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WO2023117754A1 - Process for producing alkyl methacrylates with higher yields and reduced emissions of volatile organic compounds - Google Patents

Process for producing alkyl methacrylates with higher yields and reduced emissions of volatile organic compounds Download PDF

Info

Publication number
WO2023117754A1
WO2023117754A1 PCT/EP2022/086343 EP2022086343W WO2023117754A1 WO 2023117754 A1 WO2023117754 A1 WO 2023117754A1 EP 2022086343 W EP2022086343 W EP 2022086343W WO 2023117754 A1 WO2023117754 A1 WO 2023117754A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mma
alkyl methacrylate
process step
absorption
gaseous outlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086343
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick WINGS
Florian Klasovsky
Steffen Krill
Original Assignee
Röhm Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Röhm Gmbh filed Critical Röhm Gmbh
Publication of WO2023117754A1 publication Critical patent/WO2023117754A1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/18Preparation of carboxylic acid esters by conversion of a group containing nitrogen into an ester group
    • C07C67/20Preparation of carboxylic acid esters by conversion of a group containing nitrogen into an ester group from amides or lactams
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/48Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/48Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C67/52Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C67/54Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation by distillation

Definitions

  • the present invention relates to an environmentally friendly process for the production of alkyl methacrylate, in particular methyl methacrylate (MMA), comprising preparing an alkyl methacrylate precursor; esterification; Processing of the crude product and storage of the pure product, wherein alkyl methacrylate is recovered from the gaseous outlet streams of the process by at least one absorption step and can be recycled to the process in a suitable manner.
  • the alkyl methacrylate precursor is an MMA precursor, such as methacrylic acid amide (MASA) or its hydrogen sulfate (MASA H2SO4).
  • the invention includes a method and a device for separately or jointly carrying out at least one absorption step, in which the gaseous outlet streams (e.g. exhaust air and exhaust gases), which lead gaseous by-products and co-products as well as auxiliary materials, by means of suitable receiver phases (absorbents) and under Setting optimal process engineering parameters are dealt with.
  • the gaseous outlet streams e.g. exhaust air and exhaust gases
  • suitable receiver phases e.g. absorbents
  • Methyl methacrylate is used in large quantities to produce polymers and copolymers with other polymerizable compounds. Furthermore, methyl methacrylate is an important building block for various special esters based on the chemical base methacrylic acid (MAA), which can be produced by transesterification of MMA with the corresponding alcohol or are accessible by condensation of methylacrylic acid and an alcohol. The methacrylic acid required for this can be obtained from MMA by hydrolysis with water. This results in a great interest in manufacturing processes for this starting material that are as simple, economical and environmentally friendly as possible. A number of commercial processes are known for producing alkyl methacrylates, in particular methyl methacrylate (MMA), on an industrial scale, starting from C2, C3 or C4 building blocks.
  • MAA chemical base methacrylic acid
  • MMA methyl methacrylate
  • the production processes for MMA involve the conversion of C2, C3 or C4 building blocks into a reactive MMA precursor compound, which is then reacted with methanol and optionally water to give a crude MMA-containing product (see Figure 1).
  • typical reactive MMA precursor compounds are methacrolein (MAL) for C2-based processes, derivatives of methacrylic acid amide (MASA) or 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS) for C3-based processes and methacrylic acid (MAS) for C4-based processes .
  • MAL methacrolein
  • MASA methacrylic acid amide
  • 2-HIBS 2-hydroxyisobutyric acid
  • MAS methacrylic acid
  • the propionaldehyde (PA) obtained by hydroformylation (e.g. according to C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11442-11459) is first in a first reaction step with formaldehyde (FA) to form methacrolein (MAL) (eg DE 3220858 A1).
  • MAL methacrolein
  • the MAL is selectively converted to methacrylic acid (MAA), as a reactive MMA precursor compound, on thermostable heteropolyacids in the gas phase in the presence of atmospheric oxygen.
  • MAA methacrylic acid
  • MAS is then converted to MMA by catalytic esterification with methanol.
  • ethylene is converted by methoxycarbonylation into methyl propionate (MP), as a reactive MMA precursor compound (eg WO 9619434 A1 or EP 3272733 A1).
  • MP methyl propionate
  • F formalin obtained by oxidation of methanol
  • FA anhydrous formaldehyde
  • This process often has selectivities > 94%.
  • the so-called LiMA process converts ethylene with synthesis gas to propionaldehyde (PA) in the first stage, with rhodium-based phosphine or phosphite ligands advantageously being used as catalysts.
  • PA propionaldehyde
  • MAL is then obtained in almost quantitative yields as a reactive MMA precursor compound (e.g. WO 2016/042000 A1).
  • the MAL is then converted directly to MMA in the presence of methanol in a direct oxidative esterification over a noble metal-based heterogeneous catalyst (e.g. WO 2014/170223), with high conversions and selectivities being able to be achieved.
  • acetone is first reacted with hydrocyanic acid (HON) to form the central intermediate product acetone cyanohydrin (ACH).
  • HON hydrocyanic acid
  • ACH acetone cyanohydrin
  • MAS methacrylic acid
  • MMA MMA
  • DE 102006 058250 describes a process for preparing alkyl esters of methacrylic acid comprising preparing ACH from HCN and acetone, purifying the ACH, preparing methacrylic acid amide from ACH using sulfuric acid, esterifying the methacrylic acid amide with an alkyl alcohol in the presence of a mixture from water and sulfuric acid to methacrylic acid ester and the final purification of the ester.
  • ACH is hydrolyzed using sulfuric acid to form a-hydroxyisobutyric acid amide (2-HIBA) and its sulfate ester (2-SIBA).
  • This Partial step is referred to in the relevant literature as amidation or hydrolysis, since the nitrile group of the ACH is formally converted into an amide function.
  • 2-HIBA, 2-SIBA and methacrylic acid amide sulfate (MASA) already formed by elimination in the amidation are then thermally converted into MASA and to a lesser extent into MAS in the sulfuric acid reaction mixture, with the conversion of SIBA to MASA generally being easier than that Conversion of HIBA to MASA.
  • This sub-step is often referred to as conversion.
  • reaction conditions such as heat supply and residence time, must generally be optimized to the effect that, in particular, the desired main reaction of the conversion, namely the conversion MASA, as well as the also desired conversion of the by-product HIBA to MASA.
  • the gaseous by-products formed during conversion such as carbon monoxide or carbon dioxide, are typically discharged from the process.
  • the sulfuric acid MASA solution obtained after conversion can then be esterified with methanol and water to form MMA (esterification).
  • sulfuric acid MASA solution can be converted with water to methacrylic acid (MAS) after conversion (hydrolysis).
  • Residual 2-HIBA is typically partly converted to 2-hydroxyisobutyric acid methyl ester (2-HIBSM), but partly also hydrolyzed to 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS).
  • the thermal decomposition of yield-relevant intermediate stages can occur in particular during the conversion but also in the esterification step. Together with other components, there is therefore also a need to remove gaseous secondary components in the esterification step.
  • ACH is then hydrated to form hydroxyisobutyric acid amide (2-HIBA) as a reactive MMA precursor compound using a manganese dioxide catalyst (eg EP 0487853).
  • methanol is first reacted homogeneously with CO under pressure in the presence of a strong catalyst base (e.g. sodium methoxide) to form methyl formate (e.g. according to DE 3436608).
  • a strong catalyst base e.g. sodium methoxide
  • Methyl formate as the activated ester then reacted in a transamidation reaction with hydroxyisobutyric acid amide to formamide and hydroxyisobutyric acid methyl ester HIBSM.
  • the conversion is about 85% with selectivities of 98%. (e.g.
  • formamide can be split into hydrocyanic acid and water at low pressure and 450 - 580 °C in a heterogeneous contact based on iron or aluminum phosphate with various dopings.
  • the yield to HCN is usually about 94%.
  • Both HCN and the water are typically recirculated in the MMA process, which significantly reduces the need for hydrogen cyanide.
  • 2-HIBSM is dehydrated separately in the gas phase on a heterogeneous zeolite catalyst in the presence of methanol to give MMA, with yields of >90% often being achieved.
  • Methacrylic acid is formed as a by-product in this step.
  • hydrocyanic acid e.g. obtained by the Andrussow, BMA or BF process
  • hydrocyanic acid is first converted to ACH.
  • the ACH is hydrated with water, usually on a modified manganese dioxide contact (e.g. DE 102008044218) in almost quantitative yields to form 2-HIBA, as a reactive MMA precursor compound.
  • 2-HIBA is then reacted with methanol to give methyl 2-hydroxyisobutyrate (2-HIBSM) (e.g. EP 2043994).
  • 2-HIBA 2-hydroxyisobutyrate
  • the ammonia that is released is usually recovered and recycled as a starting material in an HCN process.
  • Another key step is the catalytic cross-transesterification of methacrylic acid and 2-HIBSM to form MMA and 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS), e.g. in DE 102005023975 or DE 102005023976.
  • the methacrylic acid itself is produced by catalytic dehydration of the resulting hydroxyisobutyric acid.
  • MMA manufacturing processes based on the C4 building blocks isobutene, methyl tert-butyl ether or tert-butanol include their conversion into the reactive MMA precursor compounds methacrolein or methacrylic acid.
  • the following three C4-based methods are well known:
  • tandem C4 direct oxidation process typically takes place without intermediate isolation of methacrolein.
  • a first step MAL is produced from isobutene, which is oxidized to MAS in a second process step before MAS is esterified with methanol to form MMA in a third process step.
  • This process is also referred to in the literature as a "tandem process" since the process gas of the first stage is oxidized directly to MAS without isolating the intermediate product MAL.
  • MAL is produced from isobutene in a first process step. MAL is then typically isolated and purified in liquid form in a separate second process step before being vaporized and oxidized to MAS in a third process step. The esterification with methanol to form MMA then takes place in a fourth process step.
  • Asahi's direct metha process is often also described as a direct oxidative esterification process.
  • MAL is produced from isobutene in the gas phase at a first contact and isolated and intermediately purified in a second process step.
  • MAL is directly oxidatively esterified to MMA, with this step typically being carried out in the liquid phase on a suspended catalyst.
  • the main difference between this process and the other two C4 processes is the combination of a process step in the gas phase and an oxidative step in the liquid phase.
  • suitable stabilizers When storing alkyl methacrylates such as MMA, suitable stabilizers usually have to be added to prevent the formation of oligomeric and polymeric secondary products. In addition to loss and contamination of the product, the reaction enthalpy released and the risk of an uncontrolled exothermic reaction represent a safety-relevant aspect (e.g. Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008). Often phenolic compounds, phenylenediamine compounds, quinones or catechols or amine-N-oxides are used as stabilizers. Substances that only develop their function in the presence of small amounts of free oxygen are often used as stabilizers.
  • Dissolved oxygen is fundamentally required for the effective functioning of these stabilizers, since it acts as an initial, efficient radical scavenger. Alkyl methacrylates such as MMA should therefore never be handled in an oxygen-free atmosphere.
  • an oxygen-containing atmosphere is provided above the liquid surface in the storage tank to ensure the effectiveness of the stabilizer. Oxygen is normally slowly consumed here as part of the radical scavenging mechanism. It is therefore usually necessary to continuously and/or periodically flow through the storage tanks with a small amount of an oxygen-containing gas mixture, for example air (the so-called stabilizer air) or a nitrogen/oxygen gas mixture with 5-21% by volume of oxygen.
  • alkyl methacrylate vapors such as MMA vapors
  • a gas mixture e.g. a nitrogen/oxygen gas mixture
  • the gas mixture (atmosphere) above the alkyl methacrylate should contain at least 5% oxygen to ensure the effectiveness of the stabilizer.
  • the exhaust air resulting from the storage of alkyl methacrylate is usually loaded with alkyl methacrylate up to the saturation limit and thus discharges a considerable part of the product of value from the process.
  • a typical gas flow of 150 m 3 /h corresponding to the MMA vapor pressure at a storage temperature of 25 °C can lead to an annual loss of 18.51 MMA.
  • alkyl methacrylates such as MMA
  • derived products such as MAS and other alkyl methacrylates
  • VOCs volatile organic compounds
  • MMA is listed by the US Environmental Protection Agency (EPA) as a hazardous air pollutant under the Clean Air Act Amendment of 1990. Within the EU, the handling and storage of MMA falls under the 96-61-EC directive on the control and prevention of emissions and under the REACH regulation (EC No. 1907/2006), which requires direct emissions into the atmosphere to be monitored and permitted .
  • EPA Environmental Protection Agency
  • vapors of organic compounds can be condensed out of gas mixtures either by increasing the pressure or, depending on the temperature dependence of their vapor pressure, by targeted cooling.
  • the vapor pressure of MMA and methanol is typically reduced by a factor of 10 by lowering the temperature by 40 K.
  • the organic vapors can be cooled indirectly, for example by heat exchangers, or by direct contact, for example by sprinkling the gas stream in a tray or packed column, by atomizing the coolant in the gas stream (with a subsequent demister) or in a venturi nozzle operated with the coolant (Jet), can be accomplished. If the partial pressure of the organic substance to be condensed is greatly reduced by a high proportion of inert gas, only a small part can be condensed out at a given coolant temperature.
  • CN 104815514 A describes a recycling of polymethyl methacrylate (PMMA) by depolymerization, the resultant M MA-containing vapors first being subjected to multi-stage pre-cooling and then to a likewise multi-stage combination of compression and cooling.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the disadvantage here is that multi-stage cooling and compression and thus a considerable amount of energy are required. If the evaporation enthalpy released during the condensation of the organic vapors is to be used in the process (energy integration), this requires a high level of equipment complexity.
  • Activated carbon treatment systems for the treatment of gas flows are configured, for example, as cylindrical containers with activated carbon granulate beds, whereby several adsorbers often have to be connected in parallel and/or sequentially in order to enable the exchange of used beds during operation (e.g. CN 109045940 A) .
  • absorptive depletion of organic compounds in gaseous outlet streams are, for example, in NP Cheremisinoff, Handbook of Air Pollution Prevention and Control, Chapter 7 - Prevention and Control Hardware, Butterworth-Heinemann, 2002, pages 389-497. Absorptive processes are widely used in the treatment, separation and purification of gas streams containing high concentrations of organic substances, e.g. B. in natural gas cleaning.
  • organic substances in the gas stream are dissolved in a liquid solvent (receiver phase or absorbent).
  • the contact between the absorbing liquid and the exhaust gas takes place, for example, in countercurrent spray towers, scrubbers or packing or tray columns.
  • a suitable absorbent often limits the use of absorptive depletion.
  • a suitable absorbent should have high solubility for the vapor or gas, low vapor pressure, low viscosity and low price.
  • Commonly used absorbents include water, mineral oils, or other non-volatile oils.
  • Water is used to absorb VOCs with relatively high water solubilities.
  • Amphiphilic block copolymers added to water can increase the solubility of hydrophobic VOCs in water, but remain in the loaded absorbent and make recycling more difficult.
  • Another consideration in employing absorptive processes is the treatment or disposal of the absorbate-laden waste streams.
  • WO 9627634 A1 describes the recovery of unreacted monomers in olefin polymerization using an inert solvent as absorbent.
  • the waste gas from the polymerization process is passed through a scrubber and the unreacted monomer contained in the waste gas and the gaseous by-products of the polymerization are taken up in the inert solvent.
  • the loaded absorbent is then treated in several distillation steps and partially recycled.
  • a disadvantage of the method described is the costly and energy-intensive recovery of the absorbent.
  • DE 2023205 A1 describes a process for recovering volatile, unreacted monomers which are formed during the polymerization of monomer mixtures which contain acrylonitrile and unsaturated monomers such as MMA and which do not require any further purification before they are returned to subsequent polymerization reactions.
  • the monomer-loaded vapor mixtures are cooled to around 15°C and dried and then brought into contact with a liquid consisting essentially of acrylonitrile.
  • the remaining vapor mixtures are then brought into contact with an aqueous phase, with the acrylonitrile passing through the aqueous phase is absorbed.
  • a disadvantage of the process described is that the monomer-loaded vapor mixtures must be subjected to cooling and drying, which requires a high level of equipment complexity and high operating costs for generating the cold.
  • EP 2083020 A1 describes a process for the absorptive recovery of unreacted monomers without prior cooling.
  • 15-80% of the ethylene unreacted in the production of polyolefins can be recovered by cooled absorption with liquid long-chain hydrocarbons, e.g. hexane.
  • the hydrocarbons used for absorption are circulated for renewed absorption after subsequent desorption of the ethylene taken up.
  • a disadvantage of the method described is the use of an additional substance as an absorbent, which means the risk of further contamination.
  • a corresponding technical method is disclosed in CN 212733497 U, for example.
  • the depletion of MMA in a tank farm exhaust air from 1000 - 2500 mg/m 3 to 50 mg/m 3 is achieved in that the exhaust air is directed by means of a blower through a washing tower operated with alkaline lye, in which the MMA is first physically dissolved and is immediately hydrolyzed by the action of the base to form methanol and water-soluble alkali metal methacrylate salts.
  • the depleted exhaust gas is passed through an activated carbon bed.
  • the disadvantage of this process is that the separated MMA cannot be recovered or cannot be recovered economically.
  • CN 211216181 U describes how an exhaust gas containing butyl acetate, cyclohexanone and MMA is passed through a mixture which, in addition to hydrogen peroxide, has extremely finely divided air bubbles. A depletion of the organic components by > 90% is achieved.
  • the disadvantage here is that MMA is not available for further processing and the provision of the finely distributed bubbles requires a great deal of energy.
  • CN 111359600 A describes an unpressurized variant for the oxidative degradation of organic vapors in outlet streams using a fixed bed catalyst that contains nanostructured titanium dioxide, a photosensitizer and an active redox system. This process can also be used to remove MMA from correspondingly contaminated exhaust air and exhaust gases, but it cannot be recovered for further use.
  • the document CN 112 691 513 A describes a process for cleaning exhaust gases containing VOC, which comprises a two-stage absorption.
  • any VOC-containing exhaust gas is cooled here and treated with a water-soluble organic solvent, e.g. methanol, in a first stage and with water in a second stage.
  • a water-soluble organic solvent e.g. methanol
  • CN 109621676 A describes a process for recovering MMA, in which MMA vapors from the depolymerization of PMMA are first partially condensed out in a heat exchanger operated with cooling brine at -15 to 18°C. The remaining depleted gas stream is then heated, treated in a scrubber operated with aqueous alkali and finally fed to a total oxidation.
  • the process described here requires a lot of energy for the MMA recovery in the cooling step and additional costs for apparatus and auxiliary materials such as alkali or support gas for waste gas incineration.
  • alkyl methacrylates such as MMA
  • alkyl methacrylates such as MMA
  • gaseous outlet streams eg waste air and waste gas streams.
  • alkyl methacrylates such as MMA shall be recovered from the effluent streams of the preparation of the reactive MMA precursor compound, the esterification with methanol and the storage of the pure alkyl methacrylate product.
  • One object of the present invention is to provide a process for the preparation of alkyl methacrylate, preferably MMA, which overcomes the disadvantages of the prior art described with little investment outlay and a consistently high degree of operational reliability.
  • the yield of a low-emission process for the production of alkyl methacrylate, preferably MMA should be sustainably increased.
  • the treatment of gaseous outlet streams and the recovery of alkyl methacrylate, preferably MMA, by the process according to the invention should be possible in all conventional and above-described production processes for alkyl methacrylate, preferably MMA.
  • the process is also simple, robust, cost-effective and combines the advantages of reducing VOC emissions and increasing MMA production yields.
  • the present invention relates to a process for producing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate (MMA), comprising the process steps: a. Production of at least one alkyl methacrylate precursor compound comprising the reaction of acetone cyanohydrin and sulfuric acid in a first reaction stage (amidation) to form a first reaction mixture and conversion in a second reaction stage, comprising heating the first reaction mixture, preferably to a temperature in the range from 130 to 200° C., whereby a second reaction mixture containing the alkyl methacrylate precursor compound and sulfuric acid is obtained; and b.
  • a Production of at least one alkyl methacrylate precursor compound comprising the reaction of acetone cyanohydrin and sulfuric acid in a first reaction stage (amidation) to form a first reaction mixture and conversion in a second reaction stage, comprising heating the first reaction mixture, preferably to a temperature in the range from 130 to 200° C., whereby a second reaction mixture containing the alkyl meth
  • alkyl methacrylate preferably MMA
  • the present invention relates to a process for the production of alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate (MMA), comprising the process steps (a) to (e) as described above, wherein the at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent, which after the treatment of the gaseous outlet stream GS is obtained in process step (e) is at least partially supplied in liquid form to process step b.
  • MMA methyl methacrylate
  • ppm means ppm by weight (e.g. mg/kg) without further details.
  • stream, phase or fraction containing an educt, product and/or by-product is to be understood in the context of the invention as meaning that the compound(s) mentioned is (are) contained in the respective stream, for example is the predominant proportion of the reactant, product and/or by-product in the corresponding stream.
  • other components can be present in addition to the compounds mentioned. The naming of the components often serves to clarify the respective process step.
  • the expression “vapor” or “vapor stream” refers to a gaseous process stream, for example a gaseous overhead stream of a distillation column.
  • the expression “low boilers” designates chemical compounds which have a lower boiling point than the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA.
  • the expression “high boilers” designates chemical compounds which have a higher boiling point than the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA.
  • the expression “separated off in a distillative step” means that the compound(s) mentioned are/are depleted in the corresponding mixture or in the corresponding stream in a distillative step.
  • the present invention relates to a process for the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, by the ACH-sulfo process.
  • the absorptive post-treatment described according to the invention (absorption step (e)) of the gaseous outlet streams in another process for the production of alkyl methacrylate, in particular MMA.
  • the absorption described according to the invention can be used in a C3-based process described above, in which no sulfuric acid is used as starting material.
  • the absorption described according to the invention can be applied to the production of MMA by the Mitsubishi Gas Chemical Process (MGC), e.g. according to EP 0487853 or by the Aveneer process, e.g. according to DE 102008044218, EP 2043994, DE 102005023975, DE 102005023976 ), whereby 2-HIBA, as a reactive MMA precursor compound, is obtained and reacted with methanol.
  • MMC Mitsubishi Gas Chemical Process
  • the absorption described according to the invention can be applied to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to a C2-based process described above, for example according to the BASF process (e.g. according to C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res 2014, 53, 11442-11459), with methacrylic acid (MAS) in particular, as a reactive MMA precursor compound, being converted to MMA by catalytic esterification with methanol.
  • MAS methacrylic acid
  • the absorption described according to the invention can be applied to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to the LiMA process described above (e.g. according to WO 2016/042000 A1 and WO 2014/170223), in particular MAL, as a reactive MMA precursor compound, in the presence of methanol in a direct oxidative esterification over a heterogeneous catalyst.
  • the absorption described according to the invention can be attributed to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to a C4-based process described above Methods are used, in particular methacrylic acid (MAA), as a reactive MMA precursor compound, is converted to MMA by esterification with methanol, for example by means of tandem C4 direct oxidation according to the Sumitomo method, separate C4 direct oxidation according to the Mitsubishi method and direct metha methods according to Asahi.
  • MAA methacrylic acid
  • Alkyl methacrylate-containing, in particular MMA-containing, gaseous outlet streams which are obtained during storage of the alkyl methacrylate product, in particular the MMA product, can preferably be treated in an absorption described according to the invention.
  • gaseous outlet streams obtained during storage of the pure alkyl methacrylate product, in particular the pure MMA product, for example before bottling and/or transport of the end product can be treated in an absorption described according to the invention.
  • Such gaseous outlet streams typically arise during storage due to the provision of an oxygen-containing atmosphere, which is often necessary for the activation of the stabilizer.
  • the gaseous outlet stream GS which is treated in the absorption in process step (e), comprises at least two gaseous outlet streams selected from
  • GS2 a gaseous outlet stream GS2 obtained in process step (b) which contains alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 1.0 to 5.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA; and contains at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, of oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS2;
  • GS3 a gaseous outlet stream GS3 obtained in process step (c) which contains alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 1.0 to 5.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA; and contains at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, of oxygen, based in each case on the total volume of the outlet stream GS3; and
  • GS4 a gaseous outlet stream GS4 obtained in process step (d), which alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 0.1 to 5.0 % by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA, and at least 10% by volume, preferably from 10 to 20% by volume, oxygen, based in each case on the total volume of the outlet stream GS4.
  • the gaseous outlet stream GS which is treated in the absorption in process step (e), comprises at least two gaseous outlet streams selected from the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4; the gaseous outlet stream GS particularly preferably comprises all outlet streams GS2, GS3 and GS4.
  • the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 can in particular be conducted partially or completely, individually or in combined form as a gaseous outlet stream GS (e.g. via (5)) into the absorption in process step (e).
  • one or more stabilizers are added to various streams of process steps (b), (c) and/or (d) in order to prevent or reduce polymerization of the alkyl methacrylate, preferably of the methyl methacrylate.
  • a stabilizer can be added to the third reaction mixture obtained after esterification.
  • one or more stabilizers can be added during storage and/or the optional intermediate storage according to process step (d).
  • stabilizers are used which generally develop their effect only in the presence of gaseous oxygen.
  • an oxygen-depleted air remains, which typically occurs as waste gas in process steps (b), (c) and/or (d), and which preferably occurs as gaseous outlet stream GS2, GS3 and/or GS4 for the purpose
  • Recovery of the alkyl methacrylate can be performed in process step (e) (e.g. via (5)).
  • An oxygen-containing gas mixture preferably air, preferably flows through at least parts of the apparatus used for the work-up according to process step (c) and/or the storage devices according to process step (d) in order to provide the oxygen.
  • the amount of the oxygen-containing gas mixture is preferably small compared to the other streams of the process. Typical amounts of the oxygen-containing gas mixture are often 50 to 1500 Nm 3 /h, preferably 100 to 500 Nm 3 /h.
  • esterification in process step (b) and/or the work-up in process step (c) and/or the storage in process step (d) preference is given to phenolic ones Compounds, phenylenediamine-based compounds, quinones and / or catechols used.
  • amine-N-oxides such as TEMPOL or combinations of the stabilizers mentioned can be used.
  • Typical stabilizers include, but are not limited to, hydroquinone monomethyl ether (MEHQ, CAS 150-76-5), hydroquinone (HQ, CAS 123-31-9), 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol (BDMP, DMTBP or Topanol-A® / AO30® / IONOL K78®, CAS 1879-09-0), 2,6,-di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT/Topanol-O®, CAS 128-37-0 ), Compounds or mixtures comprising phenylenediamine compounds, for example N-(1,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (CAS 3081-01-4), N,N'-diisopropyl-p-phenylenediamine (CAS 4251-01-8), N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (CAS
  • step (a) It is also possible to add one or more stabilizers to the first and/or second reaction mixture obtained in step (a), in particular during or after the first reaction stage (amidation) and/or the second reaction stage (conversion).
  • a stabilizer can preferably be added to the cooled second reaction mixture.
  • Phenothiazine and other adequately acting stabilizers are preferably used in the amidation and/or conversion in process step (a).
  • the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) and/or the third reaction mixture obtained as crude alkyl methacrylate product in process step (b) contains at least one stabilizer; which is typically activated by molecular oxygen; and the storage device and optionally the intermediate storage device in process step (d) are flowed through with an oxygen-containing gas mixture, at least one gaseous outlet stream GS4 being obtained in process step (d) which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume , preferably 10 to 20% by volume, particularly preferably 10 to 15% by volume, oxygen, based on the total outlet stream GS4, this gaseous outlet stream GS4 being fed into the absorption in process step (e).
  • Process step (a) of the process according to the invention comprises the amidation in the first reaction stage and the conversion in the second reaction stage.
  • a gaseous outlet stream GS1 is obtained, which in particular comprises the exhaust gases from the first and/or second reaction stage of process step (a).
  • the gaseous outlet stream GS1 preferably contains predominantly carbon monoxide and sulfur dioxide, and the gaseous outlet stream GS1 particularly preferably contains 70 to 99% by volume of carbon monoxide and 1 to 20% by volume of sulfur dioxide, based in each case on the total volume of the outlet stream GS1.
  • This gaseous outlet stream GS1 can be at least partially treated in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS1 can be treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2, GS3 and GS4 in the absorption according to method step (e).
  • all gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 are at least partially, preferably completely, treated in the absorption according to method step (e).
  • the gaseous outlet stream GS1 is preferably partially or completely discharged from the process (e.g. via (1b) and (12)).
  • a gaseous outlet stream GS1 is particularly preferably obtained which contains carbon monoxide and sulfur dioxide, this gaseous outlet stream GS1 being separated from the gaseous outlet streams which are present in process steps (b), (c) and /or (d) are obtained, is discharged from the process.
  • this discharged gaseous outlet stream GS1 can be fed to an incinerator, for example in a connected plant for regenerating the sulfuric acid.
  • the discharged gaseous outlet flow GS1 can be subjected to an exhaust gas scrubbing and/or partial condensation.
  • part or all of the gaseous outlet stream GS1 from process step (a) is fed into process step (b) as stripping medium (e.g. via (1b)).
  • the process according to the invention comprises the reaction of acetone cyanohydrin (ACH) and sulfuric acid, typically in one or more reactors, in a first reaction stage (amidation), preferably at a temperature in the range from 70 to 130° C., particularly preferably 70 to 120°C, obtaining a first reaction mixture typically containing sulfoxyisobutyric acid amide (SIBA) and methacrylic acid amide (MASA).
  • SIBA sulfoxyisobutyric acid amide
  • SIBA sulfoxyisobutyric acid amide
  • MASA methacrylic acid amide
  • the sulfuric acid used in the first reaction stage preferably has a concentration in the range from 98.0% by weight to 100.5% by weight, preferably 98.0% by weight to 100.0% by weight, preferably from 99 .0% to 99.9% by weight.
  • the stated concentration of the sulfuric acid used relates to the total mass of the sulfuric acid feed stream to the first reaction stage.
  • the ACH used can be produced by means of known technical processes (see, for example, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition, volume 7). Typically, hydrocyanic acid and acetone are converted to ACH in an exothermic reaction in the presence of a basic catalyst, e.g., an amine. Such a process stage is described in DE 10 2006 058 250 and DE 10 2006 059 511, for example.
  • HIBA a-hydroxyisobutyric acid amide
  • SIBA sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • SIBA H2SO4 sulfuric acid ester of HIBA
  • the first reaction stage is preferably operated with an excess of sulfuric acid.
  • the excess sulfuric acid can serve in particular to keep the viscosity of the reaction mixture low, which means that heat of reaction can be removed more quickly and the temperature of the reaction mixture can be lowered.
  • the ACH feed stream contains from 98.0 to 99.8% by weight, preferably from 98.3 to 99.3% by weight, of acetone cyanohydrin; 0.1 to 1.5% by weight, preferably 0.2 to 1% by weight, acetone, and 0.1 to 1.5% by weight, preferably 0.3 to 1% by weight, water , related to the ACH material flow.
  • the reaction of acetone cyanohydrin with sulfuric acid in the first reaction stage is exothermic. It is therefore advantageous to dissipate most or at least some of the heat of reaction produced, for example with the aid of suitable heat exchangers, in order to obtain an improved yield.
  • excessive cooling is generally to be avoided in order not to increase the viscosity of the reaction mixture too much and to prevent the crystallization of ingredients and thus disruptive deposits, e.g. on heat exchangers.
  • the cooling medium in particular the cooling water, typically has a temperature in the range from 20 to 90.degree. C., preferably from 50 to 90.degree. C. and particularly preferably from 60 to 70.degree. As a rule, temperature differences in the product inlet/outlet of the apparatus of about 1 to 20° C., in particular 2 to 7° C., are preferred.
  • the reaction of ACH and sulfuric acid in one or more reactors in a first reaction stage takes place at a temperature in the range from 70 to 130.degree. C., preferably from 70 to 120.degree. C., particularly preferably from 85 to 110.degree.
  • the first reaction stage (amidation) can be carried out batchwise and/or continuously.
  • the first reaction stage is preferably carried out continuously, for example in one or more loop reactors. Suitable reactors and processes are described, for example, in WO 2013/143812.
  • the first reaction stage can advantageously be carried out in a cascade of two or more, preferably two, loop reactors.
  • stirred or pumped-through continuous stirred tank (CSTR) reactors can be used, or a combination of reactors.
  • the residence time in the amidation step is designed to provide sufficient time to maximize the yield of HIBA, SIBA, MAS and MASA.
  • the static residence time in the reactors, especially in the loop reactors is in the range from 5 to 35 minutes, preferably from 8 to 20 minutes.
  • the reactors for example the loop reactors, for the first reaction stage (amidation) preferably each comprise at least one gas separator (gas outlet). Typically gaseous by-products are separated and discharged here. During the amidation, the main gaseous by-product typically formed is carbon monoxide, which is preferably discharged from the process in the form of or as part of a waste gas stream GS1.
  • gaseous outlet stream obtained in the first reaction stage with a gaseous outlet stream obtained in the second reaction stage (converting).
  • the gaseous outlet stream obtained in the first and/or second reaction stage is discharged directly from the process without being fed to the absorption in process step (e).
  • the process according to the invention also comprises converting the first reaction mixture, comprising heating the first reaction mixture, preferably to a temperature in the range from 130 to 200° C., preferably 130 to 170° C., particularly preferably 140 to 170° C , more preferably 140 to 165 °C.
  • the conversion takes place in one or more reactors, for example heat conversion apparatus or conversion reactors, a second reaction mixture containing predominantly methacrylic acid amide (MASA) and sulfuric acid being obtained.
  • MMASA methacrylic acid amide
  • the amount of MASA or MASA H2SO4 is increased by dehydration of HIBA or by sulfuric acid elimination from SIBA, with the first reaction mixture being a sulfuric acid solution containing SIBA, HIBA and MASA, each predominantly in the form of the hydrogen sulfates.
  • the conversion can be carried out in known reactors which make it possible to achieve the stated temperatures in the stated periods of time.
  • the energy can be supplied in a known manner, for example by means of steam, hot water, suitable heat carriers, electrical energy or electromagnetic radiation, such as microwave radiation.
  • the conversion in the second reaction stage is preferably carried out in one or more heat conversion apparatus.
  • Any heating medium known to those skilled in the art for example a thermally loadable oil, a salt bath, electromagnetic radiation, electrical heating, superheated water or steam can be used as the heating medium. Saturated steam is preferably used as the heating medium.
  • the residence time of the reaction mixture in the second reaction stage is often in the range from 2 to 15 min, preferably from 2 to 10 min.
  • the second reaction stage preferably comprises heating the first reaction mixture in so-called preheater segments of the conversion reactor and subsequent residence the reaction mixture in so-called residence time segments, which in particular are operated adiabatically.
  • the dwell time segment can consist of one or more tubes, which, unlike the preheater segment, are usually unheated.
  • Preferred configurations of the second reaction stage (converting) and suitable devices, comprising preheater segments and dwell time segments, are described in the international patent application PCT/EP2021/077640.
  • the heat conversion apparatus used for the conversion can also preferably be combined with one or more gas separators.
  • gas separators it is possible to pass the reaction mixture through a gas separator after leaving the preheater segment and/or after leaving the residence time segment of the heat conversion apparatus.
  • gaseous by-products can be separated off from the reaction mixture in the form of the gaseous outlet stream GS1.
  • a gaseous outlet stream GS1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide is obtained in process step (a).
  • This gaseous outlet stream GS1 is formed in particular by one or more gaseous outlet streams from the first and/or second reaction stage and/or a subsequent process step, for example cooling and/or intermediate storage.
  • the second reaction mixture obtained in the second reaction stage containing predominantly methacrylic acid amide and sulfuric acid, is cooled after the conversion to a temperature below 120° C., preferably to a temperature in the range from 90 to 120° C., for example in a Cooler with a cooling medium with a temperature in the range from 60 to 100°C.
  • gaseous by-products are preferably at least partially separated off from the second reaction mixture in the form of the gas stream GS 1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide.
  • the second reaction mixture in particular the cooled second reaction mixture, is stored in a storage device, for example a storage tank (buffer container), before it is fed as a stream to the reaction in process step (b) (esterification).
  • a storage device for example a storage tank (buffer container)
  • the intermediate storage allows in particular a further degassing of the cooled second reaction mixture and thus acts as a gas separator.
  • known and suitable cooling media can be used to cool the second reaction mixture.
  • the use of cooling water is advantageous.
  • the cooling medium has a temperature in the range from 30 to 120°C.
  • a gaseous discharge stream GS1 which is obtained in the cooling step (gas separator after conversion) and/or intermediate storage after conversion, is preferably completely or partially discharged from the process (e.g. as stream 1c).
  • gaseous discharge stream GS1 can be carried out completely or partially in process step (b) (esterification) (e.g. as stream 1b). Typically, all of the degassed second reaction mixture is fed into process step (b) (esterification).
  • the process according to the invention comprises reacting the second reaction mixture, typically containing predominantly MASA, with water and alcohol in a third reaction stage (esterification), a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, being obtained as the crude alkyl methacrylate product ; and
  • the second reaction mixture containing predominantly MASA
  • water and methanol with a third reaction mixture containing M ethyl methacrylate is obtained.
  • the conditions for the esterification on an industrial scale are known to those skilled in the art and are described, for example, in US Pat. No. 5,393,918.
  • a gaseous outlet stream GS2 is preferably obtained in process step (b), the outlet stream GS2 preferably containing from 1.0 to 5.0% by volume, preferably from 3.0 to 5.0% by volume, of alkyl methacrylate Methyl methacrylate, and at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS2.
  • this gaseous outlet stream GS2 from process step (b) is at least partially treated in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS2 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS3 and GS4 in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS2 can be partially discharged from the process (e.g. via (2b) and (12)).
  • the reaction in the third reaction stage in process step (b) is preferably carried out in one or more suitable reactors, for example in heated vessels.
  • suitable reactors for example in heated vessels.
  • steam-heated boilers can be used.
  • the esterification takes place in two or more, for example three or four, successive tanks (tank cascade).
  • the esterification is carried out at temperatures in the range from 100 to 180°C, preferably from 100 to 150°C, at pressures of up to 7 bara, preferably at pressures up to 2 bara, and using sulfuric acid as catalyst.
  • the second reaction mixture is preferably reacted with an excess of alcohol, preferably methanol, and water.
  • the addition of the second reaction mixture, containing predominantly methacrylamide, and the addition of alcohol are preferably carried out in such a way that a molar ratio of methacrylamide to alcohol in the range from 1:1.0 to 1:1.6 results.
  • the alcohol fed into the third reaction stage is preferably composed of alcohol freshly fed into the process (fresh alcohol) and/or alcohol contained in recirculated streams (recycled streams) of the process according to the invention.
  • the alkyl methacrylate-loaded absorbent is obtained as a liquid phase from a waste gas scrubber.
  • the addition of water in the third reaction stage takes place in such a way that the concentration of water is in the range from 10 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight, based in each case on the entire reaction mixture.
  • the water fed into the third reaction stage (esterification) can come from any source and contain various organic compounds, provided that no compounds are present which adversely affect the esterification or the subsequent process stages.
  • the water fed into the third reaction stage preferably comes from recirculated streams (recycling streams) of the process according to the invention, for example from the purification of the alkyl methacrylate. It is also possible, if necessary, to feed fresh water, in particular deionized water or well water, into the third reaction stage (esterification).
  • At least part of the water used in the third reaction stage is provided in the form of the alkyl methacrylate-loaded absorbent which is obtained in process step (e) (e.g. 11).
  • the alkyl methacrylate-loaded absorbent is obtained as an aqueous liquid phase from a waste gas scrubber.
  • Esterification with methanol typically yields a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably MMA, alkyl hydroxyisobutyrate, especially methyl hydroxyisobutyrate (HIBSM) and other by-products, as well as significant amounts of water and unreacted alcohol, e.g., methanol.
  • alkyl methacrylate preferably MMA, alkyl hydroxyisobutyrate, especially methyl hydroxyisobutyrate (HIBSM) and other by-products, as well as significant amounts of water and unreacted alcohol, e.g., methanol.
  • the vaporizable part of the third reaction mixture is preferably removed from the reactors in gaseous form (vapours) and fed to further work-up, for example a distillation step.
  • vapours gaseous form
  • the vaporizable portion of the reaction mixture formed can be removed as a vapor stream in each tank and passed to further work-up.
  • Preference is only in the The vaporizable part of the reaction mixture produced in the last two boilers is removed as a vapor stream and fed into further work-up.
  • this vaporizable part from process step (b) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS2, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume oxygen, in the absorption according to process step (e).
  • the process according to the invention comprises the removal of alkyl methacrylate, preferably MMA, from the third reaction mixture (obtained after esterification) in a work-up section, comprising at least two distillation steps, with low boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in a distillation step and in another distillation step, high boilers are removed from the alkyl methacrylate crude product, and a pure alkyl methacrylate product, preferably a pure MMA product, is obtained as the top fraction of the last distillation step;
  • a gaseous outlet stream GS3 is typically obtained in process step (c), the outlet stream GS3 preferably containing 1.0 to 5.0% by volume, preferably 3.0 to 5.0% by volume, of alkyl methacrylate MMA, and at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, oxygen, based on the total volume of the outlet stream GS3.
  • this gaseous outlet stream GS3 from process step (c) is at least partially treated in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS3 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS4 in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS3 can be partially discharged from the process (e.g. via (3b) and (12)).
  • the separation steps known to those skilled in the art can be used, in particular rectification, extraction, stripping and/or phase separation steps.
  • the removal of methyl methacrylate from the third reaction mixture preferably comprises at least two distillation steps, at least one phase separation step and at least one extraction step.
  • Preferred versions of the work-up part are described, for example, in the international application PCT/EP2021/077488.
  • the work-up preferably comprises the pre-purification of the third reaction mixture which is obtained in the esterification.
  • the pre-cleaning comprises at least one distillation step, at least one phase separation step and at least one extraction step.
  • the pre-purification preferably comprises at least one, preferably at least two, distillation steps.
  • an alkyl methacrylate product, preferably an MMA product which has a purity in the range of at least 85% by weight is obtained in the pre-purification.
  • the work-up preferably comprises the fine purification of the alkyl methacrylate product, which has a purity in the range of at least 85% by weight, the fine purification comprising at least one, preferably at least two, distillation steps.
  • fine purification gives an alkyl methacrylate product, preferably an MMA product, which has a purity of at least 99.0% by weight.
  • the alkyl methacrylate pure product which is obtained as the top fraction of the last distillation step in process step (c), and which is typically removed from the process after storage in process step (d) as a product stream (e.g. (14)), can, in particular, be of the desired specification can be obtained.
  • the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) and/or (d) contains at least 99.9% by weight, preferably at least 99.95% by weight, based on the total alkyl methacrylate Pure product, alkyl methacrylate, especially MMA.
  • 10 to 300 ppm methacrylonitrile (MAN) and/or less than or equal to 10 ppm acetone, based in each case on the total alkyl methacrylate pure product, can be present as by-products.
  • One or more stabilizers are advantageously added to various streams of process step (c) in order to prevent or reduce polymerization of the methyl methacrylate.
  • At least one stabilizer which is activated by molecular oxygen is preferably used.
  • Small amounts of an oxygen-containing gas mixture, preferably air, are preferably passed through at least parts of the apparatus used for the work-up in process step (c) in order to provide the oxygen for activating the stabilizer. After the oxygen has reacted, there remains an oxygen-depleted gas mixture which emerges as a waste gas from process step (c) and which typically contains alkyl methacrylate product, in particular MMA.
  • this offgas from process step (c) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS3, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume oxygen in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS3 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS4 as gaseous outlet stream GS in the absorption according to method step (e).
  • process step (b) (esterification) produces a liquid waste stream consisting essentially of dilute sulfuric acid.
  • This waste stream is typically discharged from the process.
  • This waste stream is preferably fed, in particular together with one or more aqueous waste streams from the process according to the invention, to a process for regenerating sulfuric acid or to a process for obtaining ammonium sulfate.
  • the process according to the invention comprises the storage of the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) in at least one storage device and optionally the intermediate storage of the crude alkyl methacrylate product obtained in process step b (third reaction mixture) in at least one intermediate storage device.
  • the storage or the storage device and optionally the intermediate storage or the intermediate storage device preferably comprise a container (e.g. a storage tank d) for receiving the product (e.g. the alkyl methacrylate pure product and/or the alkyl methacrylate crude product), at least one inlet for the product, at least one outlet for the product and at least one inlet for an oxygen-containing gas mixture and at least one outlet for an oxygen-depleted gas mixture, the stored product containing at least one stabilizer which is activated by molecular oxygen.
  • the product e.g. the alkyl methacrylate pure product and/or the alkyl methacrylate crude product
  • the stored product containing at least one stabilizer which is activated by molecular oxygen.
  • the amount of the oxygen-containing gas mixture used in storage and optionally intermediate storage is in the range from 50 to 1500 Nm 3 /h, preferably 100 to 500 Nm 3 /h.
  • the oxygen-depleted gas mixture contains alkyl methacrylate, in particular MMA, and is treated as gaseous outlet stream GS4 in the absorption according to process step (e).
  • the pure alkyl methacrylate product stored according to process step (d) is preferably discharged via the at least one outlet into a transport device.
  • the pure alkyl methacrylate product can be filled into a transport container and/or fed to downstream processing via one or more pipelines.
  • an alkyl methacrylate-containing offgas preferably an MMA-containing offgas
  • this exhaust gas from process step (d) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS4 in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS4 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS3 as gaseous outlet stream GS (e.g. (5)) in the absorption according to process step (e).
  • the gaseous outlet stream GS4 can be partially discharged from the process (e.g. via (4b) and (12)).
  • the gaseous outlet stream GS4 preferably contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume of oxygen, based on the total volume of the outlet stream GS4.
  • a gaseous outlet stream GS4 is particularly preferably obtained in process step (d) which contains 0.1 to 5.0% by volume, preferably 0.2 to 2.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA, and at least 10 % by volume, preferably from 10 to 20% by volume, particularly preferably from 10 to 15% by volume, of oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS4.
  • LEL lower explosive limit
  • the pure alkyl methacrylate product stored in process step (d) typically contains at least one stabilizer, in particular at least one stabilizer which is activated by molecular oxygen. If necessary, such a stabilizer can be added again in process step (d).
  • the storage device and optionally the intermediate storage device in process step (d) are preferably provided with a dry, oxygen-containing atmosphere which covers the surface of the stored alkyl methacrylate in order to provide the oxygen for activating the stabilizer.
  • an oxygen-containing gas mixture for example air, can flow through the storage device and optionally the intermediate storage device. After the oxygen has reacted, an oxygen-depleted gas mixture remains, which exits as waste gas from process step (d) and which typically contains alkyl methacrylate, in particular MMA.
  • the storage and the optional intermediate storage according to process step (d) within the meaning of the invention can take place in any storage devices known to those skilled in the art, such as storage tanks.
  • the capacity of the storage device and the optional intermediate storage device can usually be freely selected. It has proven useful to adapt the capacity to the quantity and frequency of the expected loading and unloading. A minimum capacity of 1.5 times the volume of an expected load is preferred for uninterrupted operation.
  • the structural design of the storage device and the optional intermediate storage device can be, for example, an above-ground tank comprising a vertical shell, a flat bottom and a conical top.
  • the chosen design should enable the contents to be mixed evenly during loading operations.
  • the storage device and the optional intermediate storage device can be set up on a concrete base with a concrete dike with sufficient capacity to avoid damage and the risk of product spills.
  • the storage device and/or intermediate storage device and any conveyor devices connected to it should always be set up in a diked and/or walled-in area.
  • a tank shaft with a floor drain line through the tank base is preferred for complete emptying of the storage device and/or intermediate storage device.
  • the storage device and/or intermediate storage device are preferably constructed predominantly from steel or stainless steel. Polyethylene, polypropylene or fluoropolymers are also suitable and can be used in particular for seals and fittings.
  • the storage device and/or intermediate storage device preferably have suitable
  • Safety devices such as a heat-resistant paint and / or thermal insulation to minimize the absorption of thermal energy from the environment; electrical grounding to avoid energy input from sparks; temperature monitoring devices (eg thermocouples) to detect possible polymerization events; Measuring devices for determining the fill level to avoid overfilling the storage facility; a high level switch to close the tank supply line.
  • a differential pressure transmitter made of steel or stainless steel flushed with a dry, oxygen-containing gas is suitable as a level measuring device, for example.
  • the storage or optional intermediate storage according to process step (d) should in principle take place at a pressure which is higher than the vapor pressure of the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA, at the storage temperature.
  • the storage device and/or intermediate storage device can typically have a device for pressure relief, in particular to prevent damage as a result of a polymerization reaction occurring in an uncontrolled manner.
  • pressure relief devices may include predetermined breaking points in the form of seams and/or roof constructions.
  • the storage device and/or intermediate storage device can be equipped with weighted manhole covers or bursting discs with a low response pressure.
  • the storage device and/or intermediate storage device may include a pressure equalization valve and/or overflow device, for example weighted pallet or breathing valves with flexible diaphragms, sealing pots with glycol.
  • the storage and optional intermediate storage in process step (d) preferably takes place at temperatures which are suitable for minimizing the evaporation of alkyl methacrylate, for example MMA, but preferably do not necessitate separate cooling.
  • the storage and optional intermediate storage in process step (d) preferably takes place at ambient temperature.
  • the storage or optionally intermediate storage according to process step (d) comprises at least one venting device, in particular to prevent corrosion and polymerization.
  • a desiccant can be used to ensure a low water vapor concentration in the gas space of the storage device and/or intermediate storage device.
  • Suitable desiccants include, for example, alumina, molecular sieves, and calcium chloride.
  • the desiccant can, for example, on the vent line, the Filling gas line for introducing the oxygen-containing gas mixture or the inlet line of the stabilizer can be installed.
  • the desiccant is preferably refreshed at appropriate time intervals, typically every 3 to 6 months, to ensure effectiveness and prevent polymer blocking.
  • the process according to the invention comprises the absorption of a gaseous outlet stream GS, with at least one gaseous outlet stream obtained in process step b, c and/or d being treated with at least two liquid absorbents, with at least one alkyl methacrylate loaded absorbent is obtained, and wherein the liquid absorbent comprises at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and at least one aqueous absorbent.
  • an alkyl methacrylate-depleted gaseous outlet stream is obtained after treatment with the at least two liquid absorbents.
  • this alkyl methacrylate-depleted gaseous outlet stream is discharged from the process, optionally after thermal treatment (e.g. stream (9)).
  • This discharged exhaust gas stream preferably contains less than 5 g of alkyl methacrylate, in particular MMA, per cubic meter of exhaust gas.
  • the at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent which is obtained after the treatment of the gaseous outlet stream GS in process step (e), is in liquid form at least partially, preferably completely, in process step (b) (esterification) and optionally partially in supplied to process step c.
  • the alkyl methacrylate-loaded absorption medium is particularly preferably a mixture of the alcohol-containing absorption medium and the aqueous absorption medium, each in alkyl methacrylate-loaded form.
  • Alkylmethacrylat- containing, eg MMA-containing, gaseous outlet streams are in process step (e) with a liquid phase as an absorbent in contact, which preferably has a high capacity for absorbing alkyl methacrylate vapors, eg MMA vapors (pickup phase).
  • a liquid phase as an absorbent in contact
  • the alkyl methacrylate for example MMA
  • the gas phase contains only alkyl methacrylate, such as MMA, the gas phase can through the absorption process disappear completely.
  • the gas phase contains, in addition to alkyl methacrylate, eg MMA, other gaseous components which are less soluble in the absorbent than alkyl methacrylate, eg MMA, these remain in the gas phase and leave absorption step (e) as alkyl methacrylate -depleted, eg MMA-depleted, gaseous outlet stream.
  • absorption can be brought about or promoted by physical interactions (physical absorption) between the absorbent and the substance/substances to be absorbed as well as by chemical reaction (chemical absorption).
  • process step (e) for separating off alkyl methacrylate, for example MMA with the aid of alcohol and water, for example methanol and water, the intramolecular interactions described are utilized in favor of the absorption process.
  • absorbents which have a high solubility for the respective alkyl methacrylate, e.g. MMA, and which have no miscibility gap with it.
  • Absorbents are particularly preferably selected which can be introduced unchanged into the preceding process steps and contribute to the formation of the alkyl methacrylate target product, e.g. MMA, therein.
  • At least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent is used in process step (e).
  • This alcohol-containing absorbent particularly preferably contains at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, based on the total alcohol-containing absorbent, alcohol, preferably methanol.
  • the alcohol-containing absorbent contains at least 99% by weight of methanol.
  • a corresponding alcohol is preferably used as an absorbent for the preparation of other alkyl methacrylates.
  • the absorbent loaded with alkyl methacrylate and containing alcohol can advantageously be introduced directly into process step (b) of the esterification and reacted there with the reactive MMA precursor compound, preferably MASA, to form alkyl methacrylate, for example MMA.
  • the reactive MMA precursor compound preferably MASA
  • process step (e) also includes treating the gaseous outlet stream GS with at least one aqueous absorbent.
  • this aqueous absorbent contains at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, based on the total aqueous absorbent, water.
  • deionized water (DI water) or tap water can be used as an aqueous absorbent.
  • the absorption in process step (e) comprises: at least one first absorption step (e1), in which the gaseous outlet stream GS is mixed with a first liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol , is treated to obtain an alkyl methacrylate-loaded absorbent and an alcohol-enriched gas stream; and at least one second absorption step (e2) in which the alcohol-enriched gas stream (from (e1)) is treated with a second, aqueous absorbent containing at least 50% by weight water, an alcohol-loaded aqueous absorbent being obtained .
  • first absorption step (e1) in which the gaseous outlet stream GS is mixed with a first liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol , is treated to obtain an alkyl methacrylate-loaded absorbent and an alcohol-enriched gas stream
  • e2 in which the alcohol-enriched gas stream (from (e1)) is treated with a second, aqueous absorbent containing at least 50%
  • the alcohol, in particular the methanol, from the alcohol-enriched gas stream, which is obtained in the first absorption step (e1), is to be converted into the aqueous phase (receiver phase) by the second absorption step (e2) with the second aqueous absorption medium .
  • the alcohol-loaded absorbent can preferably be fed into the esterification in process step (b).
  • the alcohol-loaded aqueous absorbent obtained in the second absorption step (e2) and the alkyl methacrylate-loaded absorbent obtained in the first absorption step (e2) are at least partly in the process step (b) (esterification) and optionally partly supplied to process step (c).
  • the two loaded absorbents from (e1) and (e2) can be recycled separately or combined.
  • both loaded absorbents are completely returned to the esterification in process step (b). In particular, the amount of fresh alcohol and fresh water required in the esterification can thus be reduced.
  • the first absorption step (e1) and the second absorption step (e2) can be carried out in at least two different, separate absorption devices (washers) or in one absorption device.
  • the absorption in process step (e) comprises the following steps:
  • the absorption in process step (e) is carried out in a single absorption device, with one or more gaseous outlet streams obtained in process step b, c and/or d being fed to the lower part of the absorption device, and the at least two liquid absorbents are added in the upper part of the apparatus, preferably at different points.
  • the gaseous outlet stream and the at least two absorbents are preferably conducted in countercurrent.
  • the absorption in process step (e) is carried out in a single absorption device, whereby one or more gaseous outlet streams obtained in process step b, c and/or d are fed in the lower part of the absorption device; in a first absorption step (e1) at least one liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol; is fed above the feed of the gaseous outlet streams; in a second absorption step (e2), at least one aqueous absorbent containing at least 50% by weight of water is fed in above the inlet of the alcohol-containing absorbent; and wherein the gaseous outlet stream and the at least two absorbents are passed countercurrently.
  • the only absorption device here is a separating apparatus which comprises at least two separate packings, in particular packings for absorbing MMA with methanol and packings for absorbing methanol with water.
  • the at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and the at least one aqueous absorbent can be added together as a mixture in the absorption in process step (e), e.g. in the single absorption device.
  • the gaseous outlet stream GS with 0.1 to 5.0 kg of liquid absorbents per m 3 gaseous outlet stream GS (based on the sum of the absorbents) and at a temperature of 5 to treated at 40 °C.
  • the at least two absorbents used for the absorption in process step (e) have a temperature in the range from 5 to 30° C., and a temperature in the range from 5 to 40° C. occurs in the absorption operation in process step (e). °C on.
  • absorption devices known to those skilled in the art can be used in the absorption in process step (e).
  • gas-liquid contact apparatus (scrubbers) known to the person skilled in the art, which are used, for example, in air pollution control, can be used. These typically come in a variety of types and sizes for removing one or more gaseous components from a gas stream by mass transfer (diffusion) and converting it to a liquid phase.
  • the gas phase and the liquid phase can be brought into contact with one another in various ways in the scrubbers used according to the invention.
  • the gas is dispersed into the continuous liquid receiver phase (absorbent), e.g.
  • liquid receiver phase in a column absorber with exchangeable trays, a bubble column, a vessel absorber or a dispersing agitator.
  • the liquid receiver phase can be sprayed into the continuous gas, e.g. in a free-space scrubber without internals such as venturi, injector, spray, annular gap, radial flow scrubber or a scrubber with rotating internals such as rotary -, cross veil, dishwasher.
  • Gas-liquid contact apparatuses which are customary and known to those skilled in the art are preferably used as the absorption device in the absorption in process step (e). in which a continuous gas phase and a film of the continuous receiver phase (absorbent) are brought into contact, the film being spread out on a stationary or moving support, for example.
  • a continuous gas phase and a film of the continuous receiver phase (absorbent) are brought into contact, the film being spread out on a stationary or moving support, for example.
  • column absorbers with random packing, fluidized bed absorbers, falling film absorbers or surface absorbers are column absorbers with random packing, fluidized bed absorbers, falling film absorbers or surface absorbers.
  • This absorption device is typically characterized by a small pressure drop of about 2 to 5 mbar/m, allows a variable gas loading and, like tray columns, allows the realization of a large number of theoretical separation stages.
  • packed towers conventionally used in gas absorption are used as the absorption device in process step (e). These consist, for example, of cylindrical columns provided with a gas inlet and a distribution space at the bottom, a liquid inlet and distribution space at the top, and liquid and gas outlets at the bottom and at the top, respectively.
  • the column contains plates, screens, trays, random or structured packing, typically of a chemically inert, solid material.
  • the absorption in process step (e) can be carried out in an irrigated packed column, the liquid absorbent (receiver phase) running from above over the packing and uniformly wetting it downwards.
  • the gaseous outlet streams normally enter the column from the bottom, are distributed over the tray and flow upwards through the interstices of the packing countercurrent to the liquid absorbent.
  • External cooling of the column can be provided in order to further increase the degree of absorption.
  • the column packing can be any material which is chemically inert to the liquids used and preferably has a low bulk density. Suitable materials are, for example, steel, stainless steel, porcelain, glass, ceramics or PTFE as well as GRP materials lined with PTFE/PFA/PVDF. Beds of regularly shaped units, such as rings, grids, spirals and comminuted solids, can advantageously be used.
  • the absorption in process step (e) can be carried out in countercurrent, in cocurrent or in a combination of cocurrent and countercurrent devices.
  • cocurrent absorption can be realized through the use of jet pumps or nozzles.
  • the exhaust gas to be treated is brought into contact with a finely divided, liquid absorbent in order to create the largest possible surface area for mass transfer.
  • FIG. 1 describes the highly generalized reaction network for the formation of methyl methacrylate from reactive MMA precursor compounds, which can be generated from either the C2 building block ethylene, the C3 building block acetone or the C4 building block isobutene.
  • ethylene this is first hydroformylated in the BASF process and the resulting propionaldehyde is condensed with formaldehyde formed by oxidation of methanol to give methacrolein.
  • methacrylic acid results as a reactive MMA precursor compound that can be directly esterified with methanol to give MMA.
  • the reactive MMA precursor compound methyl propionate is formed directly from ethylene by methoxycarbonylation, which is condensed with formaldehyde formed by oxidation of methanol to give MMA.
  • the methacrolein (reactive MMA precursor compound) formed analogously to the BASF process by hydroformylation and subsequent condensation with formaldehyde from ethylene is directly oxidatively esterified with methanol to form MMA.
  • acetone cyanohydrin (ACH) is first produced with the addition of a basic catalyst (e.g. diethylamine Et2NH or alkali hydroxides).
  • a basic catalyst e.g. diethylamine Et2NH or alkali hydroxides.
  • the acetone cyanohydrin is reacted with sulfuric acid in several reaction steps in the ACH sulfo process to form the reactive MMA precursor compound methacrylamide hydrogen sulfate (MASA H2SO4), which is then hydrolyzed to form methacrylic acid (MAS) or esterified with methanol (MeOH) to form methyl methacrylate (MMA). being transformed.
  • the Aveneer process and the Mitsubishi Gas Chemical process lead via the reactive MMA precursor compound 2-HIBA, which is derived from ACH by hydrolysis.
  • FIG. 2 (scheme for comparative examples V1 and V2) shows a flow chart for the preparation of MMA, comprising the process steps a preparation of a reactive MMA precursor compound, b reaction of the reactive MMA precursor compound with methanol to form an MMA crude product, c thermal purification of the MMA Crude product to form a pure MMA product and d storage of the pure MMA product and f treatment of the gaseous outlet streams resulting from the process steps mentioned in a condensation f.
  • Process step a comprises the production of a mixture of methacrylamide (MASA), methacrylic acid (MAS) and hydroxyisobutyric acid amide (HIBA) as MMA precursor compound by reacting acetone cyanohydrin 16 (ACH) with sulfuric acid 17 by means of amidation and conversion in reactors a.
  • a gas stream GS1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide is discharged from process step a.
  • the gas stream GS1 can either be fed to the esterification in process step b via 1b and/or discharged from the process via 1c and 12 and/or fed to the condensation step f via 1a and 5.
  • the second reaction mixture obtained is then reacted with methanol 6 and water 8 by esterification in reactors b (process step b), a crude MMA product (third reaction mixture) being obtained.
  • An MMA-containing gas stream GS2 which preferably contains at most 10% by volume of oxygen, is discharged from process step b.
  • the gas stream GS2 can either be discharged from the process via 2b and 12 and/or fed to the condensation step f via 2a and 5.
  • the MMA crude product is thermally processed in the devices c (process step c), with MMA being separated from the MMA crude product, with low boilers being separated from the MMA crude product in a first distillation step and high boilers being separated from the MMA crude product in a second distillation step be, with a pure MMA product 13, is obtained as overhead fraction.
  • An MMA-containing gas stream GS3, which preferably contains at most 10% by volume of oxygen, is discharged from process step c.
  • the gas stream GS3 can either be discharged from the process via 3b and 12 and/or fed to the condensation step f via 3a and 5.
  • the pure MMA product 13 is then fed into a storage tank d (method step d), through which an oxygen-containing gas mixture 15 flows.
  • An M MA-containing gas stream GS4 which preferably contains at least 10% by volume of oxygen and whose content of combustible substances is preferably below the lower explosion limit (LEL), is discharged from the storage tank.
  • the gas stream GS4 can either be discharged from the process via 4b and 12 and/or fed to the condensation step f via 4a and 5.
  • the product stream 14 of the pure alkyl methacrylate product is discharged from the storage tank d.
  • the gaseous outlet streams 5 resulting from process steps a, b, c and/or d, in particular formed by one or more of the streams GS1/1a, GS2/2a, GS3/3a and/or GS4/4a, are fed into the condensation device f , wherein the condensate obtained in process step f is returned via 11a to process step b and optionally c and is optionally partially discharged via 11b.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • gaseous outlet streams resulting from process steps a, b, c and/or d are formed as a gaseous outlet stream 5, in particular by one or more of the streams GS1/1a, GS2/2a, GS3/3a and/or GS4/ 4a into the absorption step e.
  • the gaseous outlet stream 5 is fed into the first absorption step e1 (methanol scrubbing) and treated there with fresh methanol 6 .
  • e1 methanol scrubbing
  • MMA-loaded absorbent 11 which is fed back via 11a to process step b and optionally partially to process step c and is optionally discharged partially from the process via 11b.
  • the MMA-depleted gas stream 7 is treated with fresh water 8, with an MMA and methanol-depleted waste gas 9 being obtained, which is discharged from the process and, for example, is fed to an incinerator.
  • a methanol-loaded aqueous absorbent 10 is obtained, which is returned to the first absorption step e1; is optionally partially returned to process step b via 10a and 11 and optionally partially discharged from the process via 10b.
  • Figure 4 shows a flow chart of a further preferred embodiment of the method according to the invention for the production of MMA, in particular the treatment of the gaseous outlet stream 5, in particular formed by GS2, GS3 and GS4, by absorption, the absorptions of MMA with methanol and the absorption of methanol with water can be carried out in an apparatus e.
  • fresh methanol 6 is added above the addition of the gaseous outlet stream 5 and fresh water 8 is added above the addition of fresh methanol 6.
  • the gas stream 5 and the liquid absorbents 6 and 8 are preferably carried out in countercurrent.
  • the MMA and methanol-depleted waste gas 9 is discharged from the process.
  • the absorbent 11 loaded with MMA and methanol is returned to process step b.
  • PA Propionaldehyde 2-SIBA alpha-sulfoxyisobutyric acid amide also referred to as sulfoxyisobutyric acid amide or sulfoxyisobutyramide;
  • SIBA H2SO4 alpha-Sulfoxyisobutyric acid amide hydrogen sulfate also known as
  • SIBN alpha-sulfoxyisobutyronitrile also referred to as sulfoxyisobutyronitrile
  • Waste gas thermal treatment (containing MMA; preferably ⁇ 10% by volume O2)
  • Tank farm waste gas (containing MMA; preferably >10% by volume O2)
  • Comparative example V1 Condensation of the combined gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 for the recovery of MMA
  • Comparative example C1 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG.
  • acetone cyanohydrin (ACH) 16 with a composition of 99.0% acetone cyanohydrin, 0.3% acetone, 0.5% water and free sulfuric acid 17 were used in a mass ratio of 1.63/1 [kg H2SO4/kg ACH].
  • 99.7% sulfuric acid fed to an amidation/conversion in process step a The amidation was operated at 98° C., the conversion at 158° C. and a pressure of 980 mbara.
  • the exhaust gases GS1 formed by side reactions of the amidation/conversion were separated from the liquid reaction mixture and fed to a condensation f in the form of stream 1a.
  • the composition of the exhaust gas GS1 or 1a is shown in Table 1.
  • the second reaction mixture obtained in the course of amidation/conversion a which essentially consisted of methacrylamide (MASA), methacrylic acid (MAS) and hydroxyisobutyric acid amide (HIBA), dissolved in sulfuric acid, was then fed to esterification b.
  • the liquid second reaction mixture was fed without using recycle stream 11, feeding 4850 kg/h of methanol as stream 6; 2000 kg/h of water as stream 8 and 3220 kg/h of direct steam are esterified at approx. 100-140 °C and a slight overpressure of 50-150 mbar(g).
  • the MMA crude product formed in the esterification b was then distilled off and, together with the recycle stream 11a from the condensation f, fed to the thermal work-up c for separating off MMA.
  • the dilute waste acid remaining in process step b was discharged from process (b).
  • process step b To inhibit polymer formation, a solution of a phenylenediamine-based stabilizer was used at various points in process step b, which requires oxygen to function optimally.
  • air containing 21% by volume of O 2 was fed in as the oxygen-containing gas mixture 15 at several points for this purpose.
  • the separation of MMA from the MMA crude product comprised several thermal separation steps c and at least two distillation stages, with a low boiler fraction being separated off in the first stage and a high boiler fraction being separated from the MMA crude product in the second stage and the pure MMA product 13 as the top fraction of the last distillation step was obtained.
  • the purified MMA pure product 13 obtained in several thermal process steps c was then cooled to 8° C. and fed to a storage tank d.
  • the gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 were combined to form a combined process waste gas 5 and fed to a condensation device f.
  • Condensation f was operated at a process-side temperature level of approx. 12 °C.
  • Cold water with a flow temperature of approx. 1 °C was used as the cooling medium.
  • the gas cooling and partial condensation of MMA from 5 took place in the condensation f in countercurrent in a vertically arranged tube bundle apparatus at a slight vacuum of 990 mbara.
  • the condensed MMA 11a was fed continuously to thermal processing c, while the depleted exhaust gas 9 was fed to post-combustion.
  • Comparative example V2 Condensation of the combined gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 for the recovery of MMA
  • Comparative example V2 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG.
  • Comparative example V2 was carried out in accordance with comparative example V1 as described above. In contrast to comparative example C1, only the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form gas stream 5 and fed into condensation f to recover MMA.
  • Monomer includes MMA and MAS (included as a by-product in small amounts)
  • Example B1 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) using the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG. and d (storage of the pure MMA product) took place as described in Comparative Example C1. The results obtained are shown in Table 2.
  • MMA methyl methacrylate
  • gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form gas stream 5 and led to absorption e for the recovery of MMA.
  • the waste gases formed in the amidation/conversion a by side reactions were separated from the liquid reaction mixture and discharged from the process in the form of streams 1c and 12 and fed to incineration.
  • the amide mixture fed to process step b was recirculated using recycle stream 11a, which represents the MMA-loaded absorbent from absorption e or absorption e1 and e2, with the supply of 3220 kg/h of direct steam at approx. 100 - 140 ° C and slight excess pressure of 50-150 mbar (g).
  • the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form a combined gaseous outlet stream 5 and fed into a first countercurrent packed column e1 for scrubbing (absorption), which was operated at 20° C. and 10 mbarg.
  • the first absorption column e1 was operated with feed stream 10 from the second absorption column e2 and with feed stream 6 of 4850 kg/h of methanol.
  • the MMA contained in the combined outlet stream 5 at least partially passed into the methanol-containing liquid phase, which was carried out as MMA-loaded absorption medium 11 from column e1 and completely recycled to process step b.
  • washing liquids used in the absorption columns e1 and e2, methanol as fresh methanol 6 and water as fresh water 8, were used in the form of MMA-loaded absorption medium 11 (MMA-loaded alcohol and water-containing wash solution) as reactants for the esterification in process step b and partially replaced the supply of fresh methanol or water (see Table 2).
  • Example B2 absorption of the combined gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 in a scrubber e for the recovery of MMA
  • Example B2 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIGS. 3 and 4.
  • MMA methyl methacrylate
  • Example B2 was carried out according to example B1, as described above. In contrast to example B1, the combined gas streams GS2, GS3 and GS4 were treated in a single absorption device e (scrubber) according to FIG. 4, as described below.
  • absorption device e single absorption device
  • the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined into a combined gaseous outlet stream 5 and subjected to scrubbing (absorption) from below or fed near the bottom into a countercurrent packed column e (according to FIG. 4), which was operated at 20° C. and 10 mbarg.
  • the absorption column e had two packing units arranged one above the other.
  • the bottom packing unit of e was operated feeding 4850 kg/h of methanol as feed stream 6, with the first absorbent 6 being added at the top of the bottom packing unit.
  • the upper packing unit is operated with the supply of 2000 kg/h of deionized water as the feed stream 8, with the second absorbent 8 being added at the upper part of the upper packing unit.
  • the MMA contained in the combined outlet stream 5 went at least partially into the liquid phase (absorbent), which contains methanol and water, and which is carried out as MMA-loaded absorbent 11 from column e and completely recycled to process step b became.
  • washing liquids (absorbent) used in the absorption columns e1 and e2, methanol 6 and water 8, were fed in the form of the MMA-loaded absorbent 11 as reactants to the esterification in process step b, where they replaced the supply of fresh methanol or water (cf. table 2).
  • Monomer includes MMA and MAS (included as a by-product in small amounts)
  • the example B2 according to the invention also shows that the two-stage absorption with methanol and water can be carried out in a separation device if the packed column used in this case feed options for the at several points have appropriate absorbents.
  • the absorptive recovery of MMA is significantly simplified and does not represent a greater outlay in terms of equipment than a partial condensation, with a simultaneous increase in the recycled amount of MMA.

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Abstract

The present invention relates to an environmentally friendly process for producing alkyl methacrylate, more particularly methyl methacrylate (MMA), the process comprising the production of an alkyl methacrylate precursor; esterification; processing of the raw product and storing the pure product, the alkyl methacrylate being recovered from the gaseous outlet streams of the process by way of at least one absorption step and being suitably recirculated to the process. The alkyl methacrylate precursor is particularly an MMA precursor, such as, for example, methacrylic acid amide (MASA) or its hydrogen sulfate (MASA·H2SO4).

Description

Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylaten mit verbesserter Ausbeute und verminderten Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen Process for the production of alkyl methacrylates with improved yield and reduced emissions of volatile organic compounds
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, insbesondere Methylmethacrylat (MMA), umfassend das Herstellen einer Alkylmethacrylat-Vorstufe; Veresterung; Aufarbeitung des Rohproduktes und Lagerung des Reinproduktes, wobei Alkylmethacrylat durch mindestens einen Absorptionsschritt aus den gasförmigen Auslass-Strömen des Verfahrens zurückgewonnen wird und in geeigneter Weise in das Verfahren zurückgeführt werden kann. Insbesondere handelt es sich bei der Alkylmethacrylat-Vorstufe um eine MMA-Vorstufe, wie beispielsweise Methacrylsäureamid (MASA) bzw. dessen Hydrogensulfat (MASA H2SO4). Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können hohe Ausbeuten an Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, erzielt werden und gleichzeitig die Freisetzung (Emission) flüchtiger organischer Verbindungen in die Umwelt reduziert werden. The present invention relates to an environmentally friendly process for the production of alkyl methacrylate, in particular methyl methacrylate (MMA), comprising preparing an alkyl methacrylate precursor; esterification; Processing of the crude product and storage of the pure product, wherein alkyl methacrylate is recovered from the gaseous outlet streams of the process by at least one absorption step and can be recycled to the process in a suitable manner. In particular, the alkyl methacrylate precursor is an MMA precursor, such as methacrylic acid amide (MASA) or its hydrogen sulfate (MASA H2SO4). With the aid of the process according to the invention, high yields of alkyl methacrylate, in particular MMA, can be achieved and at the same time the release (emission) of volatile organic compounds into the environment can be reduced.
Insbesondere umfasst die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur getrennten oder gemeinsamen Durchführung mindestens eines Absorptionsschritts, in welchem die gasförmigen Auslass-Ströme (z.B. Ablüfte und Abgase), welche gasförmige Neben- und Koppelprodukte sowie Hilfsstoffe führen, mittels geeigneter Aufnehmerphasen (Absorptionsmittel) und unter Einstellung optimaler verfahrenstechnischer Parameter behandelt werden. Hierdurch werden insbesondere Vor- und Zwischenprodukte, welche in das Zielprodukt MMA überführt werden können, bzw. MMA selbst in den gasförmigen Auslass-Strömen abgereichert und in das Verfahren zurückgeführt. In particular, the invention includes a method and a device for separately or jointly carrying out at least one absorption step, in which the gaseous outlet streams (e.g. exhaust air and exhaust gases), which lead gaseous by-products and co-products as well as auxiliary materials, by means of suitable receiver phases (absorbents) and under Setting optimal process engineering parameters are dealt with. In this way, in particular, preliminary and intermediate products, which can be converted into the target product MMA, or MMA itself, are depleted in the gaseous outlet streams and returned to the process.
Stand der Technik State of the art
Methylmethacrylat (MMA) wird in großen Mengen zur Herstellung von Polymeren und Copolymeren mit anderen polymerisierbaren Verbindungen eingesetzt. Weiterhin ist Methylmethacrylat ein wichtiger Baustein für verschiedene Spezialester, basierend auf dem chemischen Grundkörper Methacrylsäure (MAS), die durch Umesterung vom MMA mit dem entsprechenden Alkohol hergestellt werden können oder durch Kondensation von Methylacrylsäure und einem Alkohol zugänglich sind. Die dafür notwendige Methacrylsäure selbst kann aus MMA durch Hydrolyse mit Wasser gewonnen werden. Hieraus ergibt sich ein großes Interesse an möglichst einfachen, wirtschaftlichen und umweltschonenden Herstellungsverfahren für diesen Ausgangsstoff. Es sind mehrere kommerzielle Verfahren bekannt, um im industriellen Maßstab Alkylmethacrylate, insbesondere Methylmethacrylat (MMA), ausgehend von C2- C3- oder C4-Bausteinen herzustellen. Der allgemeine Stand der Technik ist im Wesentlichen in aktuellen Reviews und Übersichtsartikeln beschrieben, z.B. K. Nagai, T. Ui (“Trends and Future of Monomer-MMA Technologies”, Sumitomo Chemical Co. Ltd.; Basic Chemicals Research Laboratory), “, S. Krill („Viele Wege führen zum Methacrylsäuremethylester“, Chem. Unserer Zeit, 2019, 53; 2019 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim). Methyl methacrylate (MMA) is used in large quantities to produce polymers and copolymers with other polymerizable compounds. Furthermore, methyl methacrylate is an important building block for various special esters based on the chemical base methacrylic acid (MAA), which can be produced by transesterification of MMA with the corresponding alcohol or are accessible by condensation of methylacrylic acid and an alcohol. The methacrylic acid required for this can be obtained from MMA by hydrolysis with water. This results in a great interest in manufacturing processes for this starting material that are as simple, economical and environmentally friendly as possible. A number of commercial processes are known for producing alkyl methacrylates, in particular methyl methacrylate (MMA), on an industrial scale, starting from C2, C3 or C4 building blocks. The general state of the art is essentially described in current reviews and overview articles, e.g. K. Nagai, T. Ui (“Trends and Future of Monomer-MMA Technologies”, Sumitomo Chemical Co. Ltd.; Basic Chemicals Research Laboratory), “, S. Krill (“Many roads lead to methyl methacrylate”, Chem. Our time, 2019, 53; 2019 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim).
Typischerweise umfassen die Herstellungsverfahren für MMA die Umwandlung von C2-, C3- oder C4-Bausteinen in eine reaktive MMA-Vorläuferverbindung, die anschließend mit Methanol und optional Wasser zu einem MMA enthaltenden Rohprodukt umgesetzt wird (vgl. Fig. 1). Beispiele für typische reaktive MMA-Vorläuferverbindungen sind bei C2-basierten Verfahren Methacrolein (MAL), bei C3-basierten Verfahren Derivate des Methacrylsäureamids (MASA) oder der 2-Hydroxyisobuttersäure (2-HIBS) und bei C4- basierten Verfahren die Methacrylsäure (MAS). Nach Aufarbeitung des MMA enthaltenden Rohprodukts durch eine geeignete Abfolge thermischer Trennschritte wird typischerweise ein MMA-Reinprodukt erhalten, das bis zu seiner weiteren Verwendung oftmals gelagert und/oder transportiert wird. Um die Bildung polymerer Ablagerungen und anderer Nebenprodukte zu unterbinden, wird MMA bei der Lagerung typischerweise mit geeigneten Stabilisatoren versetzt. Typically, the production processes for MMA involve the conversion of C2, C3 or C4 building blocks into a reactive MMA precursor compound, which is then reacted with methanol and optionally water to give a crude MMA-containing product (see Figure 1). Examples of typical reactive MMA precursor compounds are methacrolein (MAL) for C2-based processes, derivatives of methacrylic acid amide (MASA) or 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS) for C3-based processes and methacrylic acid (MAS) for C4-based processes . After the MMA-containing crude product has been worked up by a suitable sequence of thermal separation steps, a pure MMA product is typically obtained, which is often stored and/or transported until it is used further. In order to prevent the formation of polymeric deposits and other by-products, suitable stabilizers are typically added to MMA during storage.
C2-Bausteine als Basis für die Herstellung von MMA C2 building blocks as a basis for the production of MMA
Obwohl Ethylen als C2-Baustein gut verfügbar ist, wird MMA auf dieser Basis nur in geringem Umfang erzeugt. Allen kommerziell relevanten C2-basierten Verfahren ist gemeinsam, dass Methanol sowohl für die Bildung der Methylesterfunktion, als auch für die Herstellung des Zwischenprodukts Formaldehyd (FA) verwendet wird. Somit ist Methanol neben Ethylen der wichtigste Rohstoff von C2-basiereten Herstellverfahren. Although ethylene is readily available as a C2 building block, MMA is only produced on this basis to a small extent. All commercially relevant C2-based processes have in common that methanol is used both for the formation of the methyl ester function and for the production of the intermediate product formaldehyde (FA). Alongside ethylene, methanol is therefore the most important raw material in C2-based manufacturing processes.
Bei der Herstellung von MMA aus Ethylen nach dem BASF-Verfahren wird der durch Hydroformylierung gewonnene Propionaldehyd (PA) (z.B. gemäß C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11442-11459) zunächst in einem ersten Reaktionsschritt mit Formaldehyd (FA) zu Methacrolein (MAL) umgesetzt (z.B. DE 3220858 A1). In einem zweiten Reaktionsschritt wird das MAL an thermostabilen Heteropolysäuren in der Gasphase in Gegenwart von Luftsauerstoff selektiv zu Methacrylsäure (MAS), als reaktive MMA- Vorläuferverbindung, umgesetzt. MAS wird anschließend durch katalytische Veresterung mit Methanol zu MMA umgesetzt. Im sogenannten ALPHA-Verfahren wird Ethylen durch Methoxycarbonylierung in Methylpropionat (MP), als reaktive MMA-Vorläuferverbindung, umgewandelt (z.B. WO 9619434 A1 oder EP 3272733 A1). In einem anschließenden Reaktionsschritt wird durch Oxidation von Methanol gewonnenes Formalin zu wasserfreiem Formaldehyd (FA) entwässert und anschließend in der Gasphase an dotierten Katalysatoren auf Basis eines Zirkonium-Silicium-Mischoxids mit dem zuvor gebildeten MP zum MMA umgesetzt. Oftmals weist dieses Verfahren Selektivitäten > 94 % auf. In the production of MMA from ethylene using the BASF process, the propionaldehyde (PA) obtained by hydroformylation (e.g. according to C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11442-11459) is first in a first reaction step with formaldehyde (FA) to form methacrolein (MAL) (eg DE 3220858 A1). In a second reaction step, the MAL is selectively converted to methacrylic acid (MAA), as a reactive MMA precursor compound, on thermostable heteropolyacids in the gas phase in the presence of atmospheric oxygen. MAS is then converted to MMA by catalytic esterification with methanol. In the so-called ALPHA process, ethylene is converted by methoxycarbonylation into methyl propionate (MP), as a reactive MMA precursor compound (eg WO 9619434 A1 or EP 3272733 A1). In a subsequent reaction step, formalin obtained by oxidation of methanol is dewatered to form anhydrous formaldehyde (FA) and then reacted in the gas phase over doped catalysts based on a zirconium-silicon mixed oxide with the previously formed MP to form MMA. This process often has selectivities > 94%.
Das sogenannte LiMA-Verfahren setzt, wie das BASF-Verfahren, in der ersten Stufe Ethylen mit Synthesegas zum Propionaldehyd (PA) um, wobei vorteilhafterweise Rhodium-basierte Phosphin- oder Phosphit- Liganden als Katalysatoren eingesetzt werden. Durch Umsetzung mit Formalin wird dann in fast quantitative Ausbeuten MAL als reaktive MMA- Vorläuferverbindung erhalten (z.B. WO 2016/042000 A1). Anschließend wird das MAL in Gegenwart von Methanol in einer direkten oxidativen Veresterung an einem Edelmetallbasierten heterogenen Katalysator direkt zu MMA umgesetzt (z.B. WO 2014/170223), wobei hohe Umsätze und Selektivitäten erzielt werden können. Like the BASF process, the so-called LiMA process converts ethylene with synthesis gas to propionaldehyde (PA) in the first stage, with rhodium-based phosphine or phosphite ligands advantageously being used as catalysts. By reaction with formalin, MAL is then obtained in almost quantitative yields as a reactive MMA precursor compound (e.g. WO 2016/042000 A1). The MAL is then converted directly to MMA in the presence of methanol in a direct oxidative esterification over a noble metal-based heterogeneous catalyst (e.g. WO 2014/170223), with high conversions and selectivities being able to be achieved.
C3-Bausteine als Basis für die Herstellung von MMA C3 building blocks as a basis for the production of MMA
Ein weltweit verbreitetes, kommerzielles Verfahren basiert auf dem C3-Baustein Aceton als Grundstoff, und wird meist als C3-Prozess oder ACH-Sulfo-Verfahren bezeichnet. Hierbei wird zunächst Aceton mit Blausäure (HON) zum zentralen Zwischenprodukt Acetoncyanhydrin (ACH) umgesetzt. Dieses Zwischenprodukt wird isoliert und für die folgenden Prozessschritte zur Herstellung von Methacrylsäure (MAS) und MMA eingesetzt. Ein typischer Prozess zur Herstellung von MMA ausgehend von ACH nach dem Schwefelsäure-basierten ACH-Sulfo-Verfahren ist beispielsweise in US 4529816 beschrieben. A commercial process that is widespread worldwide is based on the C3 building block acetone as the basic material and is usually referred to as the C3 process or ACH-Sulfo process. Here, acetone is first reacted with hydrocyanic acid (HON) to form the central intermediate product acetone cyanohydrin (ACH). This intermediate product is isolated and used for the following process steps to produce methacrylic acid (MAS) and MMA. A typical process for producing MMA starting from ACH by the sulfuric acid-based ACH-Sulfo process is described in US Pat. No. 4,529,816, for example.
Beispielsweise beschreibt DE 102006 058250 ein Verfahren zur Herstellung von Alkylestern der Methacrylsäure umfassend die Herstellung von ACH aus HCN und Aceton, das Reinigen des ACH, die Herstellung von Methacrylsäureamid aus ACH unter Verwendung von Schwefelsäure, die Veresterung des Methacrylsäureamids mit einem Alkylalkohol in Gegenwart eines Gemischs von Wasser und Schwefelsäure zu Methacrylsäureester und die abschließende Reinigung des Esters. For example, DE 102006 058250 describes a process for preparing alkyl esters of methacrylic acid comprising preparing ACH from HCN and acetone, purifying the ACH, preparing methacrylic acid amide from ACH using sulfuric acid, esterifying the methacrylic acid amide with an alkyl alcohol in the presence of a mixture from water and sulfuric acid to methacrylic acid ester and the final purification of the ester.
Beim ACH-Sulfo-Prozess wird ACH mit Hilfe von Schwefelsäure unter Bildung von a- Hydroxyisobuttersäureamid (2-HIBA) und seines Sulfatesters (2-SIBA) hydrolysiert. Dieser Teilschritt wird in der einschlägigen Literatur als Amidierung oder auch Hydrolyse bezeichnet, da die Nitril-Gruppe des ACH formal in eine Amid-Funktion umgewandelt wird. 2- HIBA, 2-SIBA und bereits in der Amidierung durch Eliminierung gebildetes Methacrylsäureamid-Sulfat (MASA) werden anschließend in der schwefelsauren Reaktionsmischung thermisch in MASA und in geringem Maße in MAS umgewandelt, wobei die Umwandlung von SIBA zu MASA grundsätzlich leichter erfolgt als die Umwandlung von HIBA zu MASA. Dieser Teilschritt wird oftmals als Konvertierung bezeichnet. Die Reaktionsbedingungen, wie Wärmezufuhr und Verweilzeit, müssen in der Regel dahingehend optimiert werden, dass insbesondere die gewünschte Hauptreaktion der Konvertierung, nämlich die Umwandlung
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MASA, sowie die ebenfalls gewünschte Umwandlung des Nebenprodukts HIBA zu MASA gefördert werden. Die bei der Konvertierung gebildeten gasförmige Nebenprodukte wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid werden typischerweise aus dem Verfahren ausgeschleust.
In the ACH sulfo process, ACH is hydrolyzed using sulfuric acid to form a-hydroxyisobutyric acid amide (2-HIBA) and its sulfate ester (2-SIBA). This Partial step is referred to in the relevant literature as amidation or hydrolysis, since the nitrile group of the ACH is formally converted into an amide function. 2-HIBA, 2-SIBA and methacrylic acid amide sulfate (MASA) already formed by elimination in the amidation are then thermally converted into MASA and to a lesser extent into MAS in the sulfuric acid reaction mixture, with the conversion of SIBA to MASA generally being easier than that Conversion of HIBA to MASA. This sub-step is often referred to as conversion. The reaction conditions, such as heat supply and residence time, must generally be optimized to the effect that, in particular, the desired main reaction of the conversion, namely the conversion
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MASA, as well as the also desired conversion of the by-product HIBA to MASA. The gaseous by-products formed during conversion, such as carbon monoxide or carbon dioxide, are typically discharged from the process.
Die nach Konvertierung erhaltene schwefelsaure MASA-Lösung (reaktive MMA- Vorläuferverbindung) kann im Folgenden mit Methanol und Wasser zu MMA verestert werden (Veresterung). Alternativ hierzu kann schwefelsaure MASA-Lösung nach der Konvertierung mit Wasser zur Methacrylsäure (MAS) umgesetzt werden (Hydrolyse). Restliches 2-HIBA wird hierbei typischerweise teilweise zu 2-Hydroxy-isobuttersäure- methylester (2-HIBSM) umgesetzt, zum Teil aber auch zu 2-Hydroxyisobuttersäure (2-HIBS) hydrolysiert. Die thermische Zersetzung ausbeuterelevanter Zwischenstufen kann insbesondere bei der Konvertierung aber auch im Schritt der Veresterung auftreten. Zusammen mit anderen Komponenten ergibt sich somit auch im Veresterungsschritt der Bedarf zur Abfuhr gasförmiger Nebenkomponenten. The sulfuric acid MASA solution obtained after conversion (reactive MMA precursor compound) can then be esterified with methanol and water to form MMA (esterification). As an alternative to this, sulfuric acid MASA solution can be converted with water to methacrylic acid (MAS) after conversion (hydrolysis). Residual 2-HIBA is typically partly converted to 2-hydroxyisobutyric acid methyl ester (2-HIBSM), but partly also hydrolyzed to 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS). The thermal decomposition of yield-relevant intermediate stages can occur in particular during the conversion but also in the esterification step. Together with other components, there is therefore also a need to remove gaseous secondary components in the esterification step.
Neben dem ACH-Sulfo-Verfahren sind im Stand der Technik andere C3-basierte Prozessvarianten beschrieben, welche ohne die Verwendung von Schwefelsäure auskommen. Somit werden die Probleme bei der Verwendung von Schwefelsäure, die Teilanlage zu deren Wiedergewinnung (Sulfuric Acid Recovery, SAR) und die Bildung von Ammoniumsulfat als Nebenprodukt vermieden. Beispielsweise wurde das mehrstufige Mitsubishi-Gas-Chemical-Verfahren (MGC) seit Mitte der 1980er Jahre entwickelt und in den 1990er Jahren umgesetzt. In der ersten Stufe des MGC-Verfahrens erfolgt die Addition von Blausäure an Aceton zum ACH. Danach wird mittels eines Mangandioxid-Katalysators das ACH zum Hydroxyisobuttersäureamid (2-HIBA) als reaktive MMA-Vorläuferverbindung hydratisiert (z.B. EP 0487853). Im folgenden Schritt wird zunächst Methanol in Gegenwart einer starken Katalysatorbase (z. B. Natriummethoxid) homogen mit CO unter Druck zu Methylformiat umgesetzt (z.B. gemäß DE 3436608). Methylformiat als aktivierter Ester wird anschließend in einer Transamidierungsreaktion mit Hydroxyisobuttersäureamid zu Formamid und Hydroxyisobuttersäuremethylester HIBSM umgesetzt. Typischerweise beträgt der Umsatz etwa 85 % bei Selektivitäten von 98 %. (z.B. US 5312966A). Diese beiden Produkte werden dann meist getrennt weiterverarbeitet. Formamid kann beispielsweise bei niedrigem Druck und 450 - 580 °C an einem heterogenen Kontakt, basierend auf Eisenoder Aluminiumphosphat mit diversen Dotierungen, zu Blausäure und Wasser gespalten werden. Die Ausbeute zu HCN beträgt in der Regel etwa 94 %. Sowohl HCN als auch das Wasser werden typischerweise in den Kreislauf des MMA-Verfahrens zurückgeführt, wodurch der Bedarf an Blausäure deutlich sinkt. Wie in US 5075493, US 5371273 oder US 5739379 beschrieben, wird 2-HIBSM separat in der Gasphase an einem heterogenen Zeolith-Kontakt in Anwesenheit von Methanol zum MMA dehydratisiert, wobei oftmals Ausbeuten von > 90 % erreicht werden. Als Nebenprodukt entsteht in diesem Schritt Methacrylsäure. In addition to the ACH sulfo process, other C3-based process variants are described in the prior art, which manage without the use of sulfuric acid. Thus, the problems associated with the use of sulfuric acid, the sub-plant for its recovery (Sulfuric Acid Recovery, SAR) and the formation of ammonium sulfate as a by-product are avoided. For example, the multi-stage Mitsubishi Gas Chemical (MGC) process was developed in the mid-1980s and implemented in the 1990s. In the first stage of the MGC process, hydrocyanic acid is added to acetone to form the ACH. The ACH is then hydrated to form hydroxyisobutyric acid amide (2-HIBA) as a reactive MMA precursor compound using a manganese dioxide catalyst (eg EP 0487853). In the following step, methanol is first reacted homogeneously with CO under pressure in the presence of a strong catalyst base (e.g. sodium methoxide) to form methyl formate (e.g. according to DE 3436608). Methyl formate as the activated ester then reacted in a transamidation reaction with hydroxyisobutyric acid amide to formamide and hydroxyisobutyric acid methyl ester HIBSM. Typically, the conversion is about 85% with selectivities of 98%. (e.g. US 5312966A). These two products are then mostly processed separately. For example, formamide can be split into hydrocyanic acid and water at low pressure and 450 - 580 °C in a heterogeneous contact based on iron or aluminum phosphate with various dopings. The yield to HCN is usually about 94%. Both HCN and the water are typically recirculated in the MMA process, which significantly reduces the need for hydrogen cyanide. As described in US Pat. No. 5,075,493, US Pat. No. 5,371,273 or US Pat. No. 5,739,379, 2-HIBSM is dehydrated separately in the gas phase on a heterogeneous zeolite catalyst in the presence of methanol to give MMA, with yields of >90% often being achieved. Methacrylic acid is formed as a by-product in this step.
Der Einsatz von Schwefelsäure wird ebenfalls im C3-basierten Aveneer-Verfahren von Evonik Röhm GmbH vermieden. Hierbei wird Blausäure, z.B. nach dem Andrussow-, BMA- oder BF-Verfahren gewonnen, zunächst zu ACH umgesetzt. Das ACH wird im ersten Schritt mit Wasser meist an einem modifizierten Braunstein-Kontakt (z.B. DE 102008044218) in nahezu quantitativen Ausbeuten zu 2-HIBA, als reaktive MMA-Vorläuferverbindung, hydratisiert. 2-HIBA wird anschließend mit Methanol zum 2- Hydroxyisobuttersäuremethylester (2-HIBSM) umgesetzt (z.B. EP 2043994). Das freiwerdende Ammoniak wird hierbei meist wiedergewonnen und als Ausgangsstoff in ein HCN-Verfahren recycliert. Ein weiterer zentraler Schritt ist die katalytische Kreuz- Umesterung von Methacrylsäure und 2-HIBSM zu MMA und 2-Hydroxyisobuttersäure (2- HIBS), z.B. in DE 102005023975 oder DE 102005023976 beschrieben. Die Methacrylsäure selbst wird durch katalytische Dehydratisierung der anfallenden Hydroxyisobuttersäure erzeugt. The use of sulfuric acid is also avoided in the C3-based Aveneer process from Evonik Röhm GmbH. Here, hydrocyanic acid, e.g. obtained by the Andrussow, BMA or BF process, is first converted to ACH. In the first step, the ACH is hydrated with water, usually on a modified manganese dioxide contact (e.g. DE 102008044218) in almost quantitative yields to form 2-HIBA, as a reactive MMA precursor compound. 2-HIBA is then reacted with methanol to give methyl 2-hydroxyisobutyrate (2-HIBSM) (e.g. EP 2043994). The ammonia that is released is usually recovered and recycled as a starting material in an HCN process. Another key step is the catalytic cross-transesterification of methacrylic acid and 2-HIBSM to form MMA and 2-hydroxyisobutyric acid (2-HIBS), e.g. in DE 102005023975 or DE 102005023976. The methacrylic acid itself is produced by catalytic dehydration of the resulting hydroxyisobutyric acid.
C4-Bausteine als Basis für die Herstellung von MMA C4 building blocks as a basis for the production of MMA
MMA-Herstellungsverfahren basierend auf den C4-Bausteinen Isobuten, Methyl-tert.- butylether oder tert.-Butanol umfassen deren Umwandlung in die reaktiven MMA- Vorläuferverbindungen Methacrolein bzw. Methacrylsäure. Insbesondere sind die drei folgenden C4-basierte Verfahren gut bekannt: MMA manufacturing processes based on the C4 building blocks isobutene, methyl tert-butyl ether or tert-butanol include their conversion into the reactive MMA precursor compounds methacrolein or methacrylic acid. In particular, the following three C4-based methods are well known:
Das sogenannte Tandem-C4-Direkt-Oxidationsverfahren (Sumitomo-Verfahren) erfolgt typischerweise ohne Zwischenisolierung von Methacrolein. Hier wird in einem ersten Schritt MAL aus Isobuten hergestellt, das in einem zweiten Verfahrensschritt zu MAS oxidiert wird, bevor in einem dritten Verfahrensschritt MAS mit Methanol zu MMA verestert wird. Dieses Verfahren wird in der Literatur auch als "Tandemverfahren" bezeichnet, da das Prozessgas der ersten Stufe ohne Isolierung des Zwischenproduktes MAL direkt zu MAS oxidiert wird. The so-called tandem C4 direct oxidation process (Sumitomo process) typically takes place without intermediate isolation of methacrolein. Here is a first step MAL is produced from isobutene, which is oxidized to MAS in a second process step before MAS is esterified with methanol to form MMA in a third process step. This process is also referred to in the literature as a "tandem process" since the process gas of the first stage is oxidized directly to MAS without isolating the intermediate product MAL.
Bei der sogenannten getrennte C4-Direktoxidation (Mitsubishi-Verfahren) wird, ähnlich wie beim Tandem-Verfahren, in einem ersten Verfahrensschritt MAL aus Isobuten hergestellt. MAL wird dann typischerweise in einem separaten zweiten Verfahrensschritt in flüssiger Form isoliert und gereinigt, bevor es in einem dritten Verfahrensschritt verdampft und zu MAS oxidiert wird. Die Veresterung mit Methanol zu MMA erfolgt dann in einem vierten Verfahrensschritt. In the so-called separate C4 direct oxidation (Mitsubishi process), similar to the tandem process, MAL is produced from isobutene in a first process step. MAL is then typically isolated and purified in liquid form in a separate second process step before being vaporized and oxidized to MAS in a third process step. The esterification with methanol to form MMA then takes place in a fourth process step.
Das direkte Metha-Verfahren nach Asahi wird oftmals auch als direktes oxidatives Veresterungsverfahren beschrieben. Auch hier wird in einem ersten Verfahrensschritt MAL aus Isobuten in der Gasphase an einem ersten Kontakt hergestellt und in einem zweiten Verfahrensschritt isoliert und zwischengereinigt. Im dritten Verfahrensschritt wird MAL direkt oxidativ zu MMA verestert, wobei dieser Schritt typischerweise in der flüssigen Phase an einem suspendierten Kontakt durchgeführt wird. Der wesentliche Unterschied dieses Verfahrens im Vergleich zu den beiden anderen C4-Verfahren ist die Kombination aus einem Verfahrensschritt in der Gasphase und einem oxidativen Schritt in der Flüssigphase. Asahi's direct metha process is often also described as a direct oxidative esterification process. Here too, in a first process step, MAL is produced from isobutene in the gas phase at a first contact and isolated and intermediately purified in a second process step. In the third process step, MAL is directly oxidatively esterified to MMA, with this step typically being carried out in the liquid phase on a suspended catalyst. The main difference between this process and the other two C4 processes is the combination of a process step in the gas phase and an oxidative step in the liquid phase.
Die genannten C4-basierten Verfahren sind im Stand der Technik beschrieben, z.B. S. Nakamura, H. Ichihashi (Vapor Phase Catalytic Oxidation of Isobutene to Methacrylic Acid, Stud. Surf. Sei. Catal. 1981 , 7, 755-767). The C4-based processes mentioned are described in the prior art, e.g. S. Nakamura, H. Ichihashi (Vapor Phase Catalytic Oxidation of Isobutene to Methacrylic Acid, Stud. Surf. Sci. Catal. 1981, 7, 755-767).
Lagerung und Stabilisierung von MMA Storage and stabilization of MMA
Bei der Lagerung von Alkylmethacrylaten, wie MMA, müssen in der Regel geeignete Stabilisatoren zugesetzt werden, um die Bildung oligomerer und polymerer Folgeprodukte zu verhindern. Neben Verlust und Verunreinigung des Produkts stellt die freiwerdenden Reaktionsenthalpie und die Gefahr einer unkontrollierten exothermen Reaktion einen sicherheitsrelevanten Aspekt dar (z.B. Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008). Oftmals werden phenolische Verbindungen, Phenylendiamin-Verbindungen, Chinone oder Catechole oder auch Amin-N-Oxide als Stabilisatoren eingesetzt. Häufig kommen als Stabilisator solche Substanzen zum Einsatz, die ihre Funktion nur in Gegenwart geringer Mengen freien Sauerstoffs entfalten. Gelöster Sauerstoff ist für die effektive Funktion dieser Stabilisatoren grundsätzlich erforderlich, da dieser als initialer, effizienter Radikalfänger fungiert. Alkylmethacrylate, wie MMA, sollten daher grundsätzlich niemals in einer sauerstofffreien Atmosphäre gehandhabt werden. Typischerweise wird über der Flüssigkeitsoberfläche im Lagertank eine Sauerstoff-haltige Atmosphäre bereitgestellt, um die Wirksamkeit des Stabilisators zu gewährleisten. Sauerstoff wird hier normalerweise als Teil des Radikalfänger-Mechanismus langsam verbraucht. Darum ist es meist nötig die Lagertanks kontinuierlich und/oder periodisch mit einer geringen Menge einer Sauerstoffhaltigen Gasmischung, beispielsweise mit Luft (der sogenannten Stabilisator-Luft) oder einer Stickstoff/Sauerstoff-Gasmischung mit 5-21 Vol.-% Sauerstoff, zu durchströmen. Da ein Teil der Alkylmethacrylat-Dämpfe, wie beispielsweise MMA-Dämpfe, mit Luft bei Raumtemperatur brennbare Gemische bilden, kann es wünschenswert sein, ein Gasgemisch, z.B. ein Stickstoff/Sauerstoff-Gasgemisch, mit weniger als 21 Vol.-% Sauerstoff zu verwenden, um die Entflammbarkeit zu reduzieren. Die Gasmischung (Atmosphäre) über dem Alkylmethacrylat sollte jedoch mindestens 5 % Sauerstoff enthalten, um die Wirksamkeit des Stabilisators zu gewährleisten. When storing alkyl methacrylates such as MMA, suitable stabilizers usually have to be added to prevent the formation of oligomeric and polymeric secondary products. In addition to loss and contamination of the product, the reaction enthalpy released and the risk of an uncontrolled exothermic reaction represent a safety-relevant aspect (e.g. Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008). Often phenolic compounds, phenylenediamine compounds, quinones or catechols or amine-N-oxides are used as stabilizers. Substances that only develop their function in the presence of small amounts of free oxygen are often used as stabilizers. Dissolved oxygen is fundamentally required for the effective functioning of these stabilizers, since it acts as an initial, efficient radical scavenger. Alkyl methacrylates such as MMA should therefore never be handled in an oxygen-free atmosphere. Typically, an oxygen-containing atmosphere is provided above the liquid surface in the storage tank to ensure the effectiveness of the stabilizer. Oxygen is normally slowly consumed here as part of the radical scavenging mechanism. It is therefore usually necessary to continuously and/or periodically flow through the storage tanks with a small amount of an oxygen-containing gas mixture, for example air (the so-called stabilizer air) or a nitrogen/oxygen gas mixture with 5-21% by volume of oxygen. Since some alkyl methacrylate vapors, such as MMA vapors, form flammable mixtures with air at room temperature, it may be desirable to use a gas mixture, e.g. a nitrogen/oxygen gas mixture, containing less than 21% by volume oxygen. to reduce flammability. However, the gas mixture (atmosphere) above the alkyl methacrylate should contain at least 5% oxygen to ensure the effectiveness of the stabilizer.
Die bei der Lagerung von Alkylmethacrylat resultierende Abluft ist in der Regel bis zur Sättigungsgrenze mit Alkylmethacrylat beladen und schleust damit einen erheblichen Teil des Wertprodukts aus dem Verfahren aus. Beispielsweise kann ein typischer Gasstrom von 150 m3/h entsprechend des MMA-Dampfdrucks bei einer Lagertemperatur von 25 °C zu einem jährlichen Verlust von 18,51 MMA führen. The exhaust air resulting from the storage of alkyl methacrylate is usually loaded with alkyl methacrylate up to the saturation limit and thus discharges a considerable part of the product of value from the process. For example, a typical gas flow of 150 m 3 /h corresponding to the MMA vapor pressure at a storage temperature of 25 °C can lead to an annual loss of 18.51 MMA.
Emissionen und deren Vermeidung Emissions and how to avoid them
Die Produktion von Alkylmethacrylaten, wie MMA, und daraus abgeleiteter Folgeprodukte wie MAS und andere Alkylmethacrylate, werden in Anlagenkomplexen betrieben, die oftmals bis zu mehrere 100.000 Tonnen an Produkt pro Jahr herstellen. Insofern können bereits geringfügige Verbesserungen der Ausbeute zu signifikanten Einsparungen führen. Dabei stellen insbesondere die Abgas- und Abluft-Strömen, welche Alkylmethacrylat, z.B. MMA, und Methanol enthalten, ausbeuterelevante Verluste dar, welche durch geeignete Maßnahmen wieder in das Zielprodukt überführt werden sollen. Ebenso besteht aus ökologischen Gründen ein hoher Bedarf die gasförmigen Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs) zu vermindern. Die Minimierung von MMA-Emissionen über gasförmige Auslassströme ist darüber hinaus gesetzlich streng reglementiert. Einige Methacrylate werden gemäß dem US Clean Air Act als flüchtige organische Verbindungen (VOC) klassifiziert. MMA wird von der US- Umweltbehörde, Environmental Protection Agency (EPA), als gefährlicher Luftschadstoff gemäß der Clean Air Act Amendment von 1990 aufgeführt. Innerhalb der EU fallen Umgang mit und Lagerung von MMA unter die Richtlinie 96-61 -EG zur Kontrolle und Prävention von Emissionen sowie unter die REACH-Verordnung (EG Nr. 1907/2006), wonach direkte Emissionen in die Atmosphäre überwachungs- und genehmigungspflichtig sind. The production of alkyl methacrylates, such as MMA, and derived products such as MAS and other alkyl methacrylates, are operated in plant complexes that often produce up to several 100,000 tons of product per year. In this respect, even minor improvements in yield can lead to significant savings. In particular, the waste gas and waste air streams, which contain alkyl methacrylate, for example MMA, and methanol, represent yield-relevant losses which should be converted back into the target product by suitable measures. Likewise, for ecological reasons, there is a great need to reduce the gaseous emissions of volatile organic compounds (VOCs). The minimization of MMA emissions via gaseous exhaust streams is also strictly regulated by law. Some methacrylates are classified as volatile organic compounds (VOC) under the US Clean Air Act. MMA is listed by the US Environmental Protection Agency (EPA) as a hazardous air pollutant under the Clean Air Act Amendment of 1990. Within the EU, the handling and storage of MMA falls under the 96-61-EC directive on the control and prevention of emissions and under the REACH regulation (EC No. 1907/2006), which requires direct emissions into the atmosphere to be monitored and permitted .
Im Stand der Technik sind eine Reihe von Vorkehrungen zur Verhinderung bzw. Minimierung von VOC-Emissionen bei der Herstellung und Lagerung von MMA beschrieben. Dabei kommen neben rein physikalischen Verfahren, wie Absorption, Adsorption und Kondensation, auch kombinierte physikalisch-chemische Verfahren zum Einsatz, bei denen MMA meist irreversibel in Substanzen umgewandelt wird, die sich aufgrund ihres höheren Siedepunkts leichter als MMA aus Gasströmen abscheiden lassen und/oder die aufgrund ihrer geringeren Reaktivität und/oder Toxizität ohne weitere Behandlung in die Atmosphäre entlassen werden können. A number of precautions for preventing or minimizing VOC emissions during the manufacture and storage of MMA are described in the prior art. In addition to purely physical processes such as absorption, adsorption and condensation, combined physical-chemical processes are also used in which MMA is usually irreversibly converted into substances that can be separated from gas streams more easily than MMA due to their higher boiling point and/or which be released into the atmosphere without further treatment due to their lower reactivity and/or toxicity.
Dem Fachmann ist bekannt, dass Dämpfe organischer Verbindungen entweder durch Druckerhöhung oder, gemäß der Temperaturabhängigkeit ihres Dampfdrucks, durch gezielte Kühlung aus Gasmischungen auskondensiert werden können. Beispielsweise wird der Dampfdruck von MMA und Methanol typischerweise durch Erniedrigung der Temperatur um 40 K um den Faktor 10 verringern. Those skilled in the art know that vapors of organic compounds can be condensed out of gas mixtures either by increasing the pressure or, depending on the temperature dependence of their vapor pressure, by targeted cooling. For example, the vapor pressure of MMA and methanol is typically reduced by a factor of 10 by lowering the temperature by 40 K.
Im Stand der Technik sind beispielsweise verschiedene Kondensationsverfahren beschrieben. Eine Kühlung der organischen Dämpfe kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, oder durch direkten Kontakt, beispielsweise durch Berieselung des Gasstroms in einer Boden- oder Packungskolonne, durch Verdüsen des Kühlmittels im Gasstrom (mit nachfolgendem Demister) oder in einer mit dem Kühlmittel betriebenen Venturi-Düse (Jet), bewerkstelligt werden. Ist der Partialdruck der zu kondensierenden organischen Substanz durch einen hohen Inertgas-Anteil stark herabgesetzt, kann bei gegebener Kühlmitteltemperatur nur noch ein geringer Teil auskondensiert werden. Dies erweist sich insofern für mit MMA und/oder Methanol bei Raumtemperatur beladene gasförmige Auslassströme von Nachteil, da oftmals der hohe Inertgas-Anteil, insbesondere Stickstoff-Anteil, eine sehr niedrige Kühlmitteltemperatur und damit einen hohen Einsatz von Kühlenergie erfordert. Alternativ kann der Anteil auskondensierter organischer Substanz durch Erhöhung des Drucks im Kondensationssystem erhöht werden, was wiederum Kompressionsenergie erfordert. Various condensation processes, for example, are described in the prior art. The organic vapors can be cooled indirectly, for example by heat exchangers, or by direct contact, for example by sprinkling the gas stream in a tray or packed column, by atomizing the coolant in the gas stream (with a subsequent demister) or in a venturi nozzle operated with the coolant (Jet), can be accomplished. If the partial pressure of the organic substance to be condensed is greatly reduced by a high proportion of inert gas, only a small part can be condensed out at a given coolant temperature. This proves to be disadvantageous for gaseous outlet streams loaded with MMA and/or methanol at room temperature, since the high inert gas content, in particular nitrogen content, often requires a very low coolant temperature and thus a high use of cooling energy. Alternatively, the proportion of condensed organic substance by increasing the pressure in the condensation system, which in turn requires compression energy.
In CN 104815514 A wird ein Recycling von Polymethylmethacrylat (PMMA) durch Depolymerisation beschrieben, wobei resultierende M MA-haltige Dämpfe zunächst einer mehrstufigen Vorkühlung und anschließend einer ebenfalls mehrstufigen Kombination aus Kompression und Kühlung unterzogen werden. Nachteilig ist hierbei, dass eine mehrstufige Kühlung und Kompression und somit ein erheblichen Energieaufwand notwendig sind. Soll die bei der Kondensation der organischen Dämpfe freiwerdende Verdampfungsenthalpie im Verfahren genutzt werden (Energieintegration), erfordert dies einen hohen apparativen Aufwand. CN 104815514 A describes a recycling of polymethyl methacrylate (PMMA) by depolymerization, the resultant M MA-containing vapors first being subjected to multi-stage pre-cooling and then to a likewise multi-stage combination of compression and cooling. The disadvantage here is that multi-stage cooling and compression and thus a considerable amount of energy are required. If the evaporation enthalpy released during the condensation of the organic vapors is to be used in the process (energy integration), this requires a high level of equipment complexity.
Gängige Methoden zur adsorptiven Abreicherung organischer Verbindungen in gasförmigen Auslass-Strömen sind beispielsweise beschrieben in F. Woodard, Industrial Waste Treatment Handbook, Butterworth-Heinemann, 2001. Die Entfernung organischer Verbindungen durch Adsorption an Feststoff-Granulate, wie beispielsweise Aktivkohle, wird oftmals zur Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) eingesetzt. Aktivkohle-Behandlungssysteme (Adsorber) zur Behandlung von Gasströmen werden beispielsweise als zylindrische Behälter mit Aktivkohlegranulat-Schüttungen konfiguriert, wobei oft mehrere Adsorber parallel und/oder sequentiell verschaltet werden müssen, um den Austausch verbrauchter Schüttungen im laufenden Betrieb zu ermöglichen (z.B. CN 109045940 A). Common methods for the adsorptive depletion of organic compounds in gaseous outlet streams are described, for example, in F. Woodard, Industrial Waste Treatment Handbook, Butterworth-Heinemann, 2001. The removal of organic compounds by adsorption on solid granules, such as activated carbon, is often used for removal of volatile organic compounds (VOCs). Activated carbon treatment systems (adsorbers) for the treatment of gas flows are configured, for example, as cylindrical containers with activated carbon granulate beds, whereby several adsorbers often have to be connected in parallel and/or sequentially in order to enable the exchange of used beds during operation (e.g. CN 109045940 A) .
Nachteilig bei der adsorptiven Abtrennung mittels Aktivkohle ist oftmals, dass das beladene Adsorptionsmittel als Abfall entsorgt werden muss oder nur mit hohem Aufwand regeneriert werden kann. Im Falle der Adsorption von MMA muss zudem eine ausreichende Stabilisierung sichergestellt sein, um eine unkontrollierte Polymerisation zu verhindern (Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008). Aktivkohlebetten sollten daher nur für MMA abgereicherte Abgase verwendet werden. Um einen Rückschlag in den betreffenden Lagertank zu verhindern, müssen Aktivkohlebetten zudem immer durch ein Flammenunterdrückungssystem (d.h. Flammensperre, Wäscher usw.) vom Lagertank isoliert werden. Weiterhin sind andere Adsorptionsmittel, wie Harze, aktiviertes Aluminiumoxid, Kieselgel und Molekularsiebe, bekannt. The disadvantage of adsorptive separation using activated carbon is often that the loaded adsorbent has to be disposed of as waste or can only be regenerated with great effort. In the case of adsorption of MMA, sufficient stabilization must also be ensured to prevent uncontrolled polymerisation (Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008). Activated carbon beds should therefore only be used for MMA depleted exhaust gases. In addition, to prevent flashback into the storage tank concerned, activated carbon beds must always be isolated from the storage tank by a flame suppression system (i.e., flame arrestor, scrubber, etc.). Furthermore, other adsorbents such as resins, activated alumina, silica gel and molecular sieves are known.
Gängige Methoden zur absorptiven Abreicherung (Absorption) organischer Verbindungen in gasförmigen Auslass-Strömen sind beispielsweise in N.P. Cheremisinoff, Handbook of Air Pollution Prevention and Control, Kapitel 7 - Prevention and Control Hardware, Butterworth- Heinemann, 2002, Seiten 389-497 beschrieben. Absorptive Verfahren sind weit verbreitet in der Behandlung, Trennung und Reinigung von Gasströmen, die hohe Konzentrationen an organischen Substanzen enthalten, z. B. bei der Erdgasreinigung. Generell werden bei der Absorption organische Stoffe im Gasstrom in einem flüssigen Lösemittel (Aufnehmerphase oder Absorptionsmittel) gelöst. Der Kontakt zwischen der absorbierenden Flüssigkeit und dem Abgas erfolgt beispielsweise in Gegenstromsprühtürmen, Wäschern oder Füllkörperoder Bodenkolonnen. Die Verfügbarkeit eines geeigneten Absorptionsmittels schränkt oftmals den Einsatz einer absorptiven Abreicherung ein. Zudem sollte ein geeignetes Absorptionsmittel eine hohe Löslichkeit für den Dampf oder das Gas, einen niedrigen Dampfdruck, eine niedrige Viskosität und einen geringen Preis aufweisen. Common methods for absorptive depletion (absorption) of organic compounds in gaseous outlet streams are, for example, in NP Cheremisinoff, Handbook of Air Pollution Prevention and Control, Chapter 7 - Prevention and Control Hardware, Butterworth-Heinemann, 2002, pages 389-497. Absorptive processes are widely used in the treatment, separation and purification of gas streams containing high concentrations of organic substances, e.g. B. in natural gas cleaning. In general, during absorption, organic substances in the gas stream are dissolved in a liquid solvent (receiver phase or absorbent). The contact between the absorbing liquid and the exhaust gas takes place, for example, in countercurrent spray towers, scrubbers or packing or tray columns. The availability of a suitable absorbent often limits the use of absorptive depletion. In addition, a suitable absorbent should have high solubility for the vapor or gas, low vapor pressure, low viscosity and low price.
Häufig verwendete Absorptionsmittel umfassen Wasser, Mineralöle oder andere nichtflüchtige Öle. Wasser wird verwendet, um VOC mit relativ hohen Wasserlöslichkeiten zu absorbieren. Dem Wasser zugesetzte amphiphile Blockcopolymere können die Löslichkeit von hydrophoben VOC in Wasser erhöhen, verbleiben jedoch im beladenen Absorptionsmittel und erschweren die Widerverwertung. Eine weitere Überlegung bei der Anwendung absorptiver Verfahren ist die Behandlung oder Entsorgung der mit dem Absorbat beladenen Abfallströme. Commonly used absorbents include water, mineral oils, or other non-volatile oils. Water is used to absorb VOCs with relatively high water solubilities. Amphiphilic block copolymers added to water can increase the solubility of hydrophobic VOCs in water, but remain in the loaded absorbent and make recycling more difficult. Another consideration in employing absorptive processes is the treatment or disposal of the absorbate-laden waste streams.
WO 9627634 A1 beschreibt die Rückgewinnung nicht-umgesetzter Monomere bei der Olefin- Polymerisation mithilfe eines inerten Lösemittels als Absorptionsmittel. Dabei wird das Abgas des Polymerisationsprozess durch einen Wäscher geleitet und dabei das im Abgas enthaltene nicht umgesetzte Monomer sowie die gasförmigen Nebenprodukte der Polymerisation im inerten Lösemittel aufgenommen. Das beladene Absorptionsmittel wird nachfolgend in mehreren Destillationsschritten behandelt und teilweise zurückgeführt. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist die aufwändige und energie-intensive Rückgewinnung des Absorptionsmittels. WO 9627634 A1 describes the recovery of unreacted monomers in olefin polymerization using an inert solvent as absorbent. The waste gas from the polymerization process is passed through a scrubber and the unreacted monomer contained in the waste gas and the gaseous by-products of the polymerization are taken up in the inert solvent. The loaded absorbent is then treated in several distillation steps and partially recycled. A disadvantage of the method described is the costly and energy-intensive recovery of the absorbent.
DE 2023205 A1 beschreibt ein Verfahren zur Rückgewinnung von flüchtigen, nicht umgesetzten Monomeren, die bei der Polymerisation von Monomer-Mischungen, die Acrylnitril und ungesättigte Monomere wie MMA enthalten, entstehen, und die keiner weiteren Reinigung vor ihrer Rückführung in nachfolgende Polymerisationsreaktionen bedürfen. Dabei werden die Monomer-beladenen Dampfgemische auf ungefähr 15 °C gekühlt und getrocknet und anschließend mit einer im Wesentlichen aus Acrylnitril bestehenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht. Die verbliebenen Dämpfgemische werden dann mit einer wässrigen Phase in Kontakt gebracht, wobei das Acrylnitril durch die wässrige Phase absorbiert wird. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass die Monomerbeladenen Dampfgemische zwingend einer Kühlung und Trocknung unterzogen werden müssen, was einen hohen apparativen Aufwand und hohe Betriebskosten für die Erzeugung der Kälte erfordert. DE 2023205 A1 describes a process for recovering volatile, unreacted monomers which are formed during the polymerization of monomer mixtures which contain acrylonitrile and unsaturated monomers such as MMA and which do not require any further purification before they are returned to subsequent polymerization reactions. The monomer-loaded vapor mixtures are cooled to around 15°C and dried and then brought into contact with a liquid consisting essentially of acrylonitrile. The remaining vapor mixtures are then brought into contact with an aqueous phase, with the acrylonitrile passing through the aqueous phase is absorbed. A disadvantage of the process described is that the monomer-loaded vapor mixtures must be subjected to cooling and drying, which requires a high level of equipment complexity and high operating costs for generating the cold.
EP 2083020 A1 beschreibt ein Verfahren zur absorptiven Rückgewinnung nicht umgesetzter Monomere ohne vorherige Kühlung. Hier können 15 - 80 % des bei der Herstellung von Polyolefinen nicht umgesetzten Ethylens durch gekühlte Absorption mit flüssigen langkettigen Kohlenwasserstoffen, z.B. Hexan, zurückgewonnen werden. Dabei werden die zur Absorption eingesetzten Kohlenwasserstoffe nach anschließender Desorption des aufgenommenen Ethylens zur erneuten Absorption im Kreis geführt. Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist der Einsatz einer zusätzlichen Substanz als Absorbens, was die Gefahr von weiteren Verunreinigungen bedeutet. EP 2083020 A1 describes a process for the absorptive recovery of unreacted monomers without prior cooling. Here 15-80% of the ethylene unreacted in the production of polyolefins can be recovered by cooled absorption with liquid long-chain hydrocarbons, e.g. hexane. The hydrocarbons used for absorption are circulated for renewed absorption after subsequent desorption of the ethylene taken up. A disadvantage of the method described is the use of an additional substance as an absorbent, which means the risk of further contamination.
Etablierte Vorgehensweisen zur Minimierung von MMA-Emissionen in Prozess- und Lagerungs-bedingten Abluft- und Abgasströmen auf Basis physikalisch-chemischer Verfahren sind beispielsweise beschrieben in Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008. Demnach wird für die Behandlung von Abluft aus MMA- Lagertanks zunächst eine reaktive Wäsche empfohlen. Für die abschließende Abgas- Reinigung kann eine Aktivkohlekartusche verwendet werden, wenn diese vor hoher organischer Belastung geschützt ist. Established procedures for minimizing MMA emissions in process and storage-related waste air and waste gas streams based on physical-chemical methods are described, for example, in Methacrylate Esters Safe Handling Manual, Methacrylate Producers Association and Methacrylates Sector Group of the European Chemical Industry Council, 2008 Accordingly, a reactive scrubbing is initially recommended for the treatment of exhaust air from MMA storage tanks. An activated charcoal cartridge can be used for the final exhaust gas cleaning if it is protected against high organic pollution.
Ein entsprechendes technisches Verfahren ist beispielsweise in der CN 212733497 U offengelegt. Darin wird die Abreicherung von MMA in einer Tanklagerabluft von 1000 - 2500 mg/m3 auf 50 mg/m3 dadurch erreicht, dass die Abluft mittels Gebläse durch einen mit Alkali- Lauge betriebenen Waschturm geleitet wird, in dem das MMA zunächst physikalisch gelöst und durch die Einwirkung der Base sogleich zu Methanol und wasserlöslichen Alkali- Methacrylat-Salzen hydrolysiert wird. Das abgereicherte Abgas wird durch ein Aktivkohlebett geführt. Nachteilig in diesem Verfahren ist, dass das abgetrennte MMA nicht oder nicht wirtschaftlich zurückgewonnen werden kann. A corresponding technical method is disclosed in CN 212733497 U, for example. The depletion of MMA in a tank farm exhaust air from 1000 - 2500 mg/m 3 to 50 mg/m 3 is achieved in that the exhaust air is directed by means of a blower through a washing tower operated with alkaline lye, in which the MMA is first physically dissolved and is immediately hydrolyzed by the action of the base to form methanol and water-soluble alkali metal methacrylate salts. The depleted exhaust gas is passed through an activated carbon bed. The disadvantage of this process is that the separated MMA cannot be recovered or cannot be recovered economically.
Es ist zudem möglich organische Substanzen in einem Gasstrom oxidativ zu unschädlichen Substanzen, wie CO2, umzuwandeln. Beispielsweise wird in CN 211216181 U beschrieben, dass ein Abgas enthaltend Butylacetat, Cyclohexanon und MMA durch eine Mischung geleitet wird, die neben Wasserstoffperoxid feinstverteilte Luftblasen aufweist. Es wird eine Abreicherung der organischen Bestandteile um > 90 % erreicht. Nachteilig ist hier, dass MMA nicht für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung steht und die Bereitstellung der feinstverteilten Blasen einen hohen Energieaufwand verursacht. It is also possible to convert organic substances in a gas flow to harmless substances such as CO2 by oxidation. For example, CN 211216181 U describes how an exhaust gas containing butyl acetate, cyclohexanone and MMA is passed through a mixture which, in addition to hydrogen peroxide, has extremely finely divided air bubbles. A depletion of the organic components by > 90% is achieved. The disadvantage here is that MMA is not available for further processing and the provision of the finely distributed bubbles requires a great deal of energy.
CN 111359600 A beschreibt eine drucklose Variante zum oxidativen Abbau organischer Dämpfe in Auslass-Strömen mithilfe eines Festbettkatalysators, der nanostrukturiertes Titandioxid, einen Photosensibilisator und ein aktives Redox-System enthält. Auch mit diesem Verfahren kann MMA aus entsprechend beladenen Ablüften und Abgasen entfernt, aber nicht zur weiteren Verwendung wiedergewonnen werden. CN 111359600 A describes an unpressurized variant for the oxidative degradation of organic vapors in outlet streams using a fixed bed catalyst that contains nanostructured titanium dioxide, a photosensitizer and an active redox system. This process can also be used to remove MMA from correspondingly contaminated exhaust air and exhaust gases, but it cannot be recovered for further use.
Das Dokument CN 112 691 513 A beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von VOC-haltigen Abgasen, welches eine zweistufige Absorption umfasst. Beispielsweise wird hier ein beliebiges VOC-haltiges Abgas abgekühlt und in einer ersten Stufe mit einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, z.B. Methanol, und in einer zweiten Stufe mit Wasser behandelt. The document CN 112 691 513 A describes a process for cleaning exhaust gases containing VOC, which comprises a two-stage absorption. For example, any VOC-containing exhaust gas is cooled here and treated with a water-soluble organic solvent, e.g. methanol, in a first stage and with water in a second stage.
Des Weiteren beschreibt der Stand der Technik Verfahren, bei denen einige der oben beschriebenen Grundoperationen miteinander kombinieren werden, um die Ziele der Rückgewinnung von MMA und den Erhalt eines MMA-freien gasförmigen Auslassstroms zu erlangen. CN 109621676 A beschreibt ein Verfahren zur Rückgewinnung von MMA, bei dem zunächst in einem mit Kühlsole bei -15 bis 18 °C betriebenen Wärmetauscher MMA-Dämpfe aus der Depolymerisation von PMMA partiell auskondensiert werden. Der verbleibende abgereicherte Gasstrom wird anschließend aufgeheizt, in einem mit wässriger Alkalilauge betriebenen Wäscher behandelt und abschließend einer Totaloxidation zugeführt. Das hier beschriebene Verfahren erfordert einen hohen Energieaufwand für die MMA-Rückgewinnung im Kühlschritt und zusätzliche Kosten für Apparate und Hilfsstoffe, wie Alkalilauge oder Stützgas für die Abgasverbrennung. Furthermore, the prior art describes methods in which some of the unit operations described above are combined to achieve the goals of recovering MMA and obtaining an MMA-free gaseous outlet stream. CN 109621676 A describes a process for recovering MMA, in which MMA vapors from the depolymerization of PMMA are first partially condensed out in a heat exchanger operated with cooling brine at -15 to 18°C. The remaining depleted gas stream is then heated, treated in a scrubber operated with aqueous alkali and finally fed to a total oxidation. The process described here requires a lot of energy for the MMA recovery in the cooling step and additional costs for apparatus and auxiliary materials such as alkali or support gas for waste gas incineration.
Zusammenfassend erlaubt keines der beschriebenen Verfahren die nahezu vollständige Rückführung der Wertstoffe MMA und Methanol aus entsprechend beladenen gasförmigen Auslassströmen von MMA-Herstellverfahren, und deren verlustfreie Umwandlung in das Zielprodukt. Grundsätzlich kann bei den beschriebenen rein physikalischen Verfahren nur ein unzureichender Anteil der Wertstoffe mit vertretbarem Aufwand aus den gasförmigen Auslass-Strömen zurückgewonnen werden. Oftmals wird bei den beschriebenen physikalisch-chemischen Verfahren das abgetrennte MMA entweder irreversibel gebunden oder durch chemische Reaktion in andere Verbindungen überführt, kann somit nicht wieder in den Herstellprozess zurückgeführt werden und geht als Wertprodukt verloren. Somit besteht weiterhin ein hoher Bedarf an einem kommerziellen Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylaten, wie MMA, mit nahezu vollständiger Rückführung von in gasförmigen Auslass-Strömen, z.B. Abluft- und Abgasströmen, enthaltenem Alkylmethacrylaten, wie MMA. Insbesondere soll Alkylmethacrylaten, wie MMA, zurückgewonnen werden aus den Auslass-Strömen der Herstellung der reaktiven MMA-Vorläuferverbindung, der Veresterung mit Methanol und der Lagerung des Alkylmethacrylat-Reinprodukts. In summary, none of the processes described allow the almost complete recycling of the recyclables MMA and methanol from correspondingly charged gaseous outlet streams from MMA production processes, and their loss-free conversion into the target product. In principle, with the purely physical processes described, only an insufficient proportion of the valuable materials can be recovered from the gaseous outlet streams with justifiable effort. In the physical-chemical processes described, the separated MMA is often either irreversibly bound or converted into other compounds by chemical reaction, so it cannot be returned to the manufacturing process and is lost as a valuable product. There is thus still a great need for a commercial process for the production of alkyl methacrylates, such as MMA, with almost complete recycling of alkyl methacrylates, such as MMA, contained in gaseous outlet streams, eg waste air and waste gas streams. In particular, alkyl methacrylates such as MMA shall be recovered from the effluent streams of the preparation of the reactive MMA precursor compound, the esterification with methanol and the storage of the pure alkyl methacrylate product.
Aufgabe Task
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, bereit zu stellen, das mit geringem Investitionsaufwand und einem gleichbleibend hohen Maß an Betriebssicherheit die geschilderten Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere soll die Ausbeute eines emissionsarmen Verfahrens zur Herstellung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, nachhaltig gesteigert werden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Freisetzung des Zielprodukts MMA bei der Herstellung nach einem C3-Verfahren, insbesondere nach dem ACH-Sulfo-Verfahren, zu vermindern. Grundsätzlich soll die Behandlung von gasförmigen Auslass-Strömen und Rückgewinnung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in allen gängigen und oben beschriebenen Herstellverfahren von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, möglich sein. One object of the present invention is to provide a process for the preparation of alkyl methacrylate, preferably MMA, which overcomes the disadvantages of the prior art described with little investment outlay and a consistently high degree of operational reliability. In particular, the yield of a low-emission process for the production of alkyl methacrylate, preferably MMA, should be sustainably increased. In particular, it is the object of the present invention to reduce the release of the target product MMA during production using a C3 process, in particular using the ACH-sulfo process. In principle, the treatment of gaseous outlet streams and the recovery of alkyl methacrylate, preferably MMA, by the process according to the invention should be possible in all conventional and above-described production processes for alkyl methacrylate, preferably MMA.
Lösung Solution
Es wurde überraschend gefunden, dass die oben genannten Aufgaben dadurch gelöst sind, dass im erfindungsgemäßen Verfahren die Rückgewinnung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, durch die optimierte absorptive Behandlung von gasförmigen Auslass-Strömen (z.B. Abgas, Abluft) und die vorteilhafte Rückführung von resultierenden beladenen Absorptionsmittel signifikant verbessert wird. Hierdurch wird die Gesamtprozessausbeute des Herstellverfahrens erhöht und die Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) minimiert. Es wurde insbesondere gefunden, dass durch eine ein- oder mehrstufige Absorption (Wäsche) mit einer Kombination von einem Alkohol-haltigem, bevorzugt Methanol-haltigem, Absorptionsmittel und einem wässrigem Absorptionsmittel MMA- beladene Absorptionsmittel-Ströme bereitgestellt werden können, die unter Steigerung der Gesamtausbeute in das Herstellverfahren zurückgeführt werden können. Diese beladenen Absorptionsmittel-Ströme ergänzen oder substituieren in vorteilhafter Weise die Zufuhr an Frisch-Alkohol, insbesondere Frisch-Methanol, und Frisch-Wasser in den Schritt der Veresterung. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Verbrennung von organisch belasteten gasförmigen Auslass-Strömen unter Entstehung von CO2 vermieden werden. Zudem wird die Zufuhr prozessfremder Substanzen vermieden und die eingesetzten Absorptionsmittel können direkt als Edukt-Ströme im Prozess eingesetzt werden. It was surprisingly found that the above-mentioned objects are achieved in that the recovery of alkyl methacrylate, preferably MMA, by the optimized absorptive treatment of gaseous outlet streams (e.g. exhaust gas, exhaust air) and the advantageous recycling of the resulting laden absorbent in the process according to the invention is significantly improved. This increases the overall process yield of the manufacturing process and minimizes the emission of volatile organic compounds (VOCs). In particular, it has been found that a single-stage or multi-stage absorption (scrubbing) with a combination of an alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and an aqueous absorbent can provide MMA-loaded absorbent streams which increase the overall yield can be returned to the manufacturing process. These loaded absorbent streams supplement or substitute in an advantageous manner the supply of fresh alcohol, in particular fresh methanol, and fresh water in the esterification step. With the aid of the method according to the invention, the combustion of organically loaded gaseous outlet streams with the formation of CO2 can be avoided. In addition, the supply of non-process substances is avoided and the absorbents used can be used directly as educt streams in the process.
Das Verfahren ist zudem einfach, robust, kostengünstig und vereint die Vorteile der Reduzierung von VOC-Emissionen und der Steigerung der MMA-Produktionsausbeute. The process is also simple, robust, cost-effective and combines the advantages of reducing VOC emissions and increasing MMA production yields.
Die Erfindung und ihre kennzeichnenden Merkmale sind im Folgenden eingehend beschrieben. The invention and its characteristic features are described in detail below.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, bevorzugt M ethyl methacrylat (MMA), umfassend die Verfahrensschritte: a. Herstellung mindestens einer Alkylmethacrylat-Vorläuferverbindung umfassend die Umsetzung von Acetoncyanhydrin und Schwefelsäure in einer ersten Reaktionsstufe (Amidierung) zu einer ersten Reaktionsmischung sowie Konvertieren in einer zweiten Reaktionsstufe, umfassend Erhitzen der ersten Reaktionsmischung, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 200 °C, wobei eine zweite Reaktionsmischung, enthaltend die Alkylmethacrylat-Vorläuferverbindung und Schwefelsäure, erhalten wird; und b. Umsetzung der zweiten Reaktionsmischung mit Wasser und Alkohol, bevorzugt Methanol, in einer dritten Reaktionsstufe (Veresterung), wobei eine dritte Reaktionsmischung, enthaltend Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, als Alkylmethacrylat-Rohprodukt erhalten wird; und c. Abtrennung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, aus der dritten Reaktionsmischung in einem Aufarbeitungsteil, umfassend mindestens zwei destillative Schritte, wobei in einem destillativen Schritt Leichtsieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird und in einem anderen destillativen Schritt Schwersieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird, und wobei ein Alkylmethacrylat-Reinprodukt, bevorzugt ein MMA-Reinprodukt, als Kopf-Fraktion des letzten destillativen Schritts erhalten wird; und d. Lagerung des in Verfahrensschritt (c) erhaltenen Alkylmethacrylat- Reinprodukts in mindestens einer Lagervorrichtung und optional Zwischenlagerung der in Verfahrensschritt b erhaltenen dritten Reaktionsmischung (Alkylmethacrylat-Rohprodukt) in mindestens einer Zwischenlagervorrichtung; und e. Absorption eines gasförmigen Auslass-Stroms GS, wobei mindestens ein gasförmiger Auslass-Strom, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, mit mindestens zwei flüssigen Absorptionsmitteln behandelt wird, wobei mindestens ein Alkylmethacrylat-beladenes Absorptionsmittel, bevorzugt mindestens ein MMA-beladenes Absorptionsmittel, erhalten wird, und wobei die flüssigen Absorptionsmittel mindestens ein Alkohol-haltiges, bevorzugt Methanol-haltiges, Absorptionsmittel und mindestens ein wässriges Absorptionsmittel umfassen. The present invention relates to a process for producing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate (MMA), comprising the process steps: a. Production of at least one alkyl methacrylate precursor compound comprising the reaction of acetone cyanohydrin and sulfuric acid in a first reaction stage (amidation) to form a first reaction mixture and conversion in a second reaction stage, comprising heating the first reaction mixture, preferably to a temperature in the range from 130 to 200° C., whereby a second reaction mixture containing the alkyl methacrylate precursor compound and sulfuric acid is obtained; and b. Reacting the second reaction mixture with water and alcohol, preferably methanol, in a third reaction stage (esterification), a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, being obtained as the crude alkyl methacrylate product; and c. Separation of alkyl methacrylate, preferably MMA, from the third reaction mixture in a work-up section, comprising at least two distillation steps, with low boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in one distillation step and high boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in another distillation step, and a pure alkyl methacrylate product, preferably a pure MMA product, being obtained as the top fraction of the last distillation step; and i.e. Storage of the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) in at least one storage device and optionally intermediate storage of the third reaction mixture obtained in process step b (crude alkyl methacrylate product) in at least one intermediate storage device; and e. Absorption of a gaseous outlet stream GS, with at least one gaseous outlet stream obtained in process step b, c and/or d being treated with at least two liquid absorbents, with at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent, preferably at least one MMA-loaded absorbent , is obtained, and wherein the liquid absorbents comprise at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and at least one aqueous absorbent.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat (MMA), umfassend die Verfahrensschritte (a) bis (e) wie oben beschrieben, wobei das mindestens eine Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel, welches nach der Behandlung des gasförmige Auslass-Stroms GS in Verfahrensschritt (e) erhalten wird, in flüssiger Form zumindest teilweise in den Verfahrensschritt b zugeführt wird. In particular, the present invention relates to a process for the production of alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate (MMA), comprising the process steps (a) to (e) as described above, wherein the at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent, which after the treatment of the gaseous outlet stream GS is obtained in process step (e) is at least partially supplied in liquid form to process step b.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung meint der Ausdruck „ppm“, ohne weitere Angaben, Gew.-ppm (z.B. mg/kg). For the purposes of the present invention, the term “ppm” means ppm by weight (e.g. mg/kg) without further details.
Der Ausdruck Strom, Phase oder Fraktion enthaltend ein Edukt, Produkt und/oder Nebenprodukt ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die genannte(n) Verbindung(en) in dem jeweiligen Strom enthalten ist (sind), beispielsweise ist der überwiegende Anteil des Edukts, Produkts und/oder Nebenprodukts in dem entsprechenden Strom zu finden. Grundsätzlich können neben den genannten Verbindungen weitere Bestandteile enthalten sein. Oftmals dient die Nennung der Bestandteile der Verdeutlichung des jeweiligen Verfahrensschritts. The term stream, phase or fraction containing an educt, product and/or by-product is to be understood in the context of the invention as meaning that the compound(s) mentioned is (are) contained in the respective stream, for example is the predominant proportion of the reactant, product and/or by-product in the corresponding stream. In principle, other components can be present in addition to the compounds mentioned. The naming of the components often serves to clarify the respective process step.
Der Ausdruck „Brüden“ oder „Brüdenstrom“ bezeichnet im Sinne der Erfindung einen gasförmigen Verfahrensstrom, beispielsweise einen gasförmigen Kopfstrom einer Destillationskolonne. Der Ausdruck „Leichtsieder“ bezeichnet im Sinne der Erfindung chemische Verbindungen, welche einen niedrigeren Siedepunkt aufweisen als das entsprechende Alkylmethacrylat, z.B. MMA. Der Ausdruck „Schwersieder“ bezeichnet im Sinne der Erfindung chemische Verbindungen, welche einen höheren Siedepunkt aufweisen als das entsprechende Alkylmethacrylat, z.B. MMA. Der Ausdruck „in einem destillativen Schritt abgetrennt“ meint im Sinne der Erfindung, dass die genannte(n) Verbindung(en) in der entsprechenden Mischung oder in dem entsprechenden Stoffstrom in einem destillativen Schritt abgereichert werden. For the purposes of the invention, the expression “vapor” or “vapor stream” refers to a gaseous process stream, for example a gaseous overhead stream of a distillation column. For the purposes of the invention, the expression “low boilers” designates chemical compounds which have a lower boiling point than the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA. For the purposes of the invention, the expression “high boilers” designates chemical compounds which have a higher boiling point than the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA. For the purposes of the invention, the expression “separated off in a distillative step” means that the compound(s) mentioned are/are depleted in the corresponding mixture or in the corresponding stream in a distillative step.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, nach dem ACH-Sulfo-Verfahren. Grundsätzlich ist es möglich die erfindungsgemäß beschriebene absorptive Nachbehandlung (Absorptionsschritt (e)) der gasförmigen Auslass-Ströme auch in einem anderen Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, anzuwenden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäß beschriebene Absorption in einem oben beschriebenen C3-basierten Verfahren angewendet werden, bei dem keine Schwefelsäure als Edukt eingesetzt wird. Beispielsweise kann die erfindungsgemäß beschriebene Absorption angewendet werden auf die Herstellung von MMA nach dem Mitsubishi-Gas-Chemical-Prozess (MGC), z.B. gemäß EP 0487853 oder nach dem Aveneer-Verfahren, z.B. gemäß DE 102008044218, EP 2043994, DE 102005023975, DE 102005023976), wobei 2-HIBA, als reaktive MMA- Vorläuferverbindung erhalten und mit Methanol umgesetzt wird. In particular, the present invention relates to a process for the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, by the ACH-sulfo process. In principle, it is possible to use the absorptive post-treatment described according to the invention (absorption step (e)) of the gaseous outlet streams in another process for the production of alkyl methacrylate, in particular MMA. For example, the absorption described according to the invention can be used in a C3-based process described above, in which no sulfuric acid is used as starting material. For example, the absorption described according to the invention can be applied to the production of MMA by the Mitsubishi Gas Chemical Process (MGC), e.g. according to EP 0487853 or by the Aveneer process, e.g. according to DE 102008044218, EP 2043994, DE 102005023975, DE 102005023976 ), whereby 2-HIBA, as a reactive MMA precursor compound, is obtained and reacted with methanol.
Weiterhin kann die erfindungsgemäß beschriebene Absorption auf die Herstellung von Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, nach einem oben beschriebenen C2-basiertem Verfahren angewendet werden, beispielsweise nach dem BASF-Verfahren (z.B. gemäß C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 11442-11459), wobei insbesondere Methacrylsäure (MAS), als reaktive MMA-Vorläuferverbindung, durch katalytische Veresterung mit Methanol zu MMA umgesetzt wird. Ebenso kann die erfindungsgemäß beschriebene Absorption auf die Herstellung Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, nach dem oben beschriebenen LiMA-Verfahren (z.B. gemäß WO 2016/042000 A1 und WO 2014/170223) angewendet werden, wobei insbesondere MAL, als reaktive MMA- Vorläuferverbindung, in Gegenwart von Methanol in einer direkten oxidativen Veresterung an einem heterogenen Katalysator umgesetzt wird. Furthermore, the absorption described according to the invention can be applied to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to a C2-based process described above, for example according to the BASF process (e.g. according to C. He, F. You, Ind. Eng. Chem. Res 2014, 53, 11442-11459), with methacrylic acid (MAS) in particular, as a reactive MMA precursor compound, being converted to MMA by catalytic esterification with methanol. Likewise, the absorption described according to the invention can be applied to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to the LiMA process described above (e.g. according to WO 2016/042000 A1 and WO 2014/170223), in particular MAL, as a reactive MMA precursor compound, in the presence of methanol in a direct oxidative esterification over a heterogeneous catalyst.
Weiterhin kann die erfindungsgemäß beschriebene Absorption auf die Herstellung von Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, nach einem oben beschriebenen C4-basierten Verfahren angewendet werden, wobei insbesondere Methacrylsäure (MAS), als reaktive MMA-Vorläuferverbindung, durch Veresterung mit Methanol zu MMA umgesetzt wird, z.B. mittels Tandem-C4-Direkt-Oxidationsverfahren nach dem Sumitomo-Verfahren, getrennte C4-Direktoxidation nach dem Mitsubishi-Verfahren und direkte Metha-Verfahren nach Asahi. Furthermore, the absorption described according to the invention can be attributed to the production of alkyl methacrylate, in particular MMA, according to a C4-based process described above Methods are used, in particular methacrylic acid (MAA), as a reactive MMA precursor compound, is converted to MMA by esterification with methanol, for example by means of tandem C4 direct oxidation according to the Sumitomo method, separate C4 direct oxidation according to the Mitsubishi method and direct metha methods according to Asahi.
Bevorzugt können Alkylmethacrylat-haltige, insbesondere MMA-haltige, gasförmige Auslass- Ströme, welche bei der Lagerung des Alkylmethacrylat-Produkts, insbesondere des MMA- Produktes, erhalten werden in einer erfindungsgemäß beschriebenen Absorption behandelt werden. Besonders bevorzugt können gasförmige Auslass-Ströme, welche bei der Lagerung des Alkylmethacrylat-Reinprodukts, insbesondere des MMA-Reinproduktes, beispielsweise vor der Abfüllung und/oder dem Transport des Endproduktes, erhalten werden, in einer erfindungsgemäß beschriebenen Absorption behandelt werden. Typischerweise entstehen bei der Lagerung solche gasförmigen Auslass-Ströme durch die Bereitstellung einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre, welche oftmals für die Aktivierung des Stabilisators notwendig ist. Alkyl methacrylate-containing, in particular MMA-containing, gaseous outlet streams which are obtained during storage of the alkyl methacrylate product, in particular the MMA product, can preferably be treated in an absorption described according to the invention. Particularly preferably, gaseous outlet streams obtained during storage of the pure alkyl methacrylate product, in particular the pure MMA product, for example before bottling and/or transport of the end product, can be treated in an absorption described according to the invention. Such gaseous outlet streams typically arise during storage due to the provision of an oxygen-containing atmosphere, which is often necessary for the activation of the stabilizer.
Bevorzugt umfasst der gasförmige Auslass-Strom GS, welcher in der Absorption in Verfahrensschritt (e) behandelt wird, mindestens zwei gasförmige Auslass-Ströme, ausgewählt aus Preferably, the gaseous outlet stream GS, which is treated in the absorption in process step (e), comprises at least two gaseous outlet streams selected from
GS1 einem gasförmigen Auslass-Strom GS1 erhalten in Verfahrensschritt (a), welcher Kohlenstoffmonoxid und Schwefeldioxid, enthält; GS1 a gaseous outlet stream GS1 obtained in process step (a) which contains carbon monoxide and sulfur dioxide;
GS2 einem gasförmigen Auslass-Strom GS2 erhalten in Verfahrensschritt (b), welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, insbesondere bevorzugt 1 ,0 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA; und höchstens 10 Vol.%, bevorzugt von 0,1 bis 10 Vol.-%, Sauerstoff enthält, jeweils bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS2; GS2 a gaseous outlet stream GS2 obtained in process step (b) which contains alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 1.0 to 5.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA; and contains at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, of oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS2;
GS3 einem gasförmigen Auslass-Strom GS3 erhalten in Verfahrensschritt (c), welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, insbesondere bevorzugt 1 ,0 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA; und höchstens 10 Vol.%, bevorzugt von 0,1 bis 10 Vol.-%, Sauerstoff enthält, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS3; und GS3 a gaseous outlet stream GS3 obtained in process step (c) which contains alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 1.0 to 5.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA; and contains at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, of oxygen, based in each case on the total volume of the outlet stream GS3; and
GS4 einem gasförmigen Auslass-Strom GS4 erhalten in Verfahrensschritt (d), welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, und mindestens 10 Vol.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Vol.-%, Sauerstoff enthält, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS4. GS4 a gaseous outlet stream GS4 obtained in process step (d), which alkyl methacrylate, preferably MMA, particularly preferably 0.1 to 5.0 % by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA, and at least 10% by volume, preferably from 10 to 20% by volume, oxygen, based in each case on the total volume of the outlet stream GS4.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der gasförmige Auslass-Strom GS, welcher in der Absorption in Verfahrensschritt (e) behandelt wird, mindestens zwei gasförmige Auslass-Ströme, ausgewählt aus den gasförmigen Auslass-Strömen GS2, GS3 und GS4; besonders bevorzugt umfasst der gasförmige Auslass-Strom GS alle Auslass- Ströme GS2, GS3 und GS4. Die gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 können insbesondere teilweise oder vollständig, einzeln oder in zusammengeführter Form als gasförmige Auslass-Strom GS (z.B. über (5)) in die Absorption in Verfahrensschritt (e) geführt werden. In a further preferred embodiment, the gaseous outlet stream GS, which is treated in the absorption in process step (e), comprises at least two gaseous outlet streams selected from the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4; the gaseous outlet stream GS particularly preferably comprises all outlet streams GS2, GS3 and GS4. The gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 can in particular be conducted partially or completely, individually or in combined form as a gaseous outlet stream GS (e.g. via (5)) into the absorption in process step (e).
Vorteilhaft werden ein oder mehrere Stabilisatoren in verschiedenen Stoffströmen der Verfahrensschritte (b), (c) und/oder (d) zugesetzt, um eine Polymerisation des Alkylmethacrylats, bevorzugt des Methylmethacrylats, zu verhindern oder zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Stabilisator zu der dritten Reaktionsmischung, erhalten nach der Veresterung, zugegeben werden. Beispielsweise kann ein oder mehrere Stabilisatoren bei der Lagerung und/oder der optionalen Zwischenlagerung gemäß Verfahrensschritt (d) zugeben werden. Advantageously, one or more stabilizers are added to various streams of process steps (b), (c) and/or (d) in order to prevent or reduce polymerization of the alkyl methacrylate, preferably of the methyl methacrylate. For example, a stabilizer can be added to the third reaction mixture obtained after esterification. For example, one or more stabilizers can be added during storage and/or the optional intermediate storage according to process step (d).
Insbesondere werden Stabilisatoren eingesetzt, welche ihre Wirkung im Allgemeinen nur in Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff entfalten. Nach Reaktion des Sauerstoffs verbleibt eine Sauerstoff-abgereicherte Luft, die typischerweise als Abgas in den Verfahrensschritten (b), (c) und/oder (d) anfällt, und die bevorzugt als gasförmiger-Auslass-Strom GS2, GS3 und/oder GS4 zwecks Rückgewinnung des Alkylmethacrylats in den Verfahrensschritt (e) (z.B. über (5)) geführt werden kann. Bevorzugt werden zumindest Teile der für die Aufarbeitung gemäß Verfahrensschritt (c) verwendeten Apparate und/oder die Lagervorrichtungen gemäß Verfahrensschritt (d) mit einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung, bevorzugt Luft, durchströmt, um den Sauerstoff bereitzustellen. In particular, stabilizers are used which generally develop their effect only in the presence of gaseous oxygen. After the oxygen has reacted, an oxygen-depleted air remains, which typically occurs as waste gas in process steps (b), (c) and/or (d), and which preferably occurs as gaseous outlet stream GS2, GS3 and/or GS4 for the purpose Recovery of the alkyl methacrylate can be performed in process step (e) (e.g. via (5)). An oxygen-containing gas mixture, preferably air, preferably flows through at least parts of the apparatus used for the work-up according to process step (c) and/or the storage devices according to process step (d) in order to provide the oxygen.
Bevorzugt ist die Menge der Sauerstoff-haltigen Gasmischung gering im Vergleich zu den anderen Stoffströmen des Verfahrens. Typische Mengen der Sauerstoff-haltigen Gasmischung betragen oftmals 50 bis 1.500 Nm3/h, bevorzugt 100 bis 500 Nm3/h. The amount of the oxygen-containing gas mixture is preferably small compared to the other streams of the process. Typical amounts of the oxygen-containing gas mixture are often 50 to 1500 Nm 3 /h, preferably 100 to 500 Nm 3 /h.
Bevorzugt werden bei der Veresterung in Verfahrensschritt (b) und/oder der Aufarbeitung in Verfahrensschritt (c) und/oder der Lagerung in Verfahrensschritt (d) phenolische Verbindungen, Phenylendiamin-basierte Verbindungen, Chinone und/oder Katechole eingesetzt. Daneben können Amin-N-Oxide, wie z.B. TEMPOL bzw. Kombinationen der genannten Stabilisatoren zum Einsatz kommen. Typische Stabilisatoren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Hydrochinon Monomethylether (MEHQ, CAS 150-76-5), Hydrochinon (HQ, CAS 123-31-9), 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol (BDMP, DMTBP bzw. Topanol-A® / AO30® / IONOL K78®, CAS 1879-09-0), 2,6,-Di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT/Topanol-O®, CAS 128-37-0), Verbindungen oder Mischungen umfassend Phenylendiamin-Verbindungen, beispielsweise N-(1 ,4-dimethylpentyl)-N‘-phenyl-p- phenylendiamin (CAS 3081-01-4), N,N‘-Di-isopropyl- p-phenylendiamin (CAS 4251-01-8), N- (1 ,3-Dimethylbutyl)-N‘-phenyl-p-phenylendiamin (CAS 793-24-8), wie beispielsweise Naugard® 1-4701 oder Santoflex™ 434PD. In the esterification in process step (b) and/or the work-up in process step (c) and/or the storage in process step (d), preference is given to phenolic ones Compounds, phenylenediamine-based compounds, quinones and / or catechols used. In addition, amine-N-oxides such as TEMPOL or combinations of the stabilizers mentioned can be used. Typical stabilizers include, but are not limited to, hydroquinone monomethyl ether (MEHQ, CAS 150-76-5), hydroquinone (HQ, CAS 123-31-9), 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol (BDMP, DMTBP or Topanol-A® / AO30® / IONOL K78®, CAS 1879-09-0), 2,6,-di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT/Topanol-O®, CAS 128-37-0 ), Compounds or mixtures comprising phenylenediamine compounds, for example N-(1,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (CAS 3081-01-4), N,N'-diisopropyl-p-phenylenediamine (CAS 4251-01-8), N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (CAS 793-24-8), such as Naugard® 1-4701 or Santoflex™ 434PD.
Zudem ist es möglich, einen oder mehrere Stabilisatoren zur ersten und/oder zweiten Reaktionsmischung erhalten in Schritt (a) zu zugegeben, insbesondere während oder nach der ersten Reaktionsstufe (Amidierung) und/oder der zweiten Reaktionsstufe (Konvertierung). Bevorzugt kann ein Stabilisator der abgekühlten zweiten Reaktionsmischung zugegeben werden. Bevorzugt werden bei der Amidierung und/oder Konvertierung in Verfahrensschritt (a) Phenothiazin und andere adäquat wirkende Stabilisatoren eingesetzt. It is also possible to add one or more stabilizers to the first and/or second reaction mixture obtained in step (a), in particular during or after the first reaction stage (amidation) and/or the second reaction stage (conversion). A stabilizer can preferably be added to the cooled second reaction mixture. Phenothiazine and other adequately acting stabilizers are preferably used in the amidation and/or conversion in process step (a).
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Alkylmethacrylat-Reinprodukt, erhalten in Verfahrensschritt (c), und/oder die dritte Reaktionsmischung, erhalten als Alkylmethacrylat- Rohprodukt in Verfahrensschritt (b), mindestens einen Stabilisator; welcher typischerweise durch molekularen Sauerstoff aktiviert wird; und die Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagervorrichtung in Verfahrensschritt (d) werden mit einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung durchströmt, wobei in Verfahrensschritt (d) mindestens ein gasförmiger Auslass-Strom GS4 erhalten wird, der Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und mindestens 10 Vol.-%, bevorzugt 10 bis 20 Vol.%, besonders bevorzugt 10 bis 15 Vol.-%, Sauerstoff, bezogen auf den gesamten Auslass-Strom GS4, enthält, wobei dieser gasförmige Auslass-Strom GS4 in die Absorption in Verfahrensschritt (e) geführt wird. In a preferred embodiment, the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) and/or the third reaction mixture obtained as crude alkyl methacrylate product in process step (b) contains at least one stabilizer; which is typically activated by molecular oxygen; and the storage device and optionally the intermediate storage device in process step (d) are flowed through with an oxygen-containing gas mixture, at least one gaseous outlet stream GS4 being obtained in process step (d) which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume , preferably 10 to 20% by volume, particularly preferably 10 to 15% by volume, oxygen, based on the total outlet stream GS4, this gaseous outlet stream GS4 being fed into the absorption in process step (e).
Amidierung und Konvertierung in Schritt (a) Amidation and conversion in step (a)
Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Amidierung in der erste Reaktionsstufe und die Konvertierung in der zweiten Reaktionsstufe. Typischerweise wird in Verfahrensschritt (a) ein gasförmiger Auslass-Strom GS1 erhalten, welcher insbesondere die Abgase aus der ersten und/oder zweiten Reaktionsstufe des Verfahrensschritts (a) umfasst. Bevorzugt enthält der gasförmiger Auslass-Strom GS1 überwiegend Kohlenstoffmonoxid und Schwefeldioxid, insbesondere bevorzugt enthält der gasförmiger Auslass-Strom GS1 70 bis 99 Vol.-% Kohlenstoffmonoxid und 1 bis 20 Vol.-% Schwefeldioxid, jeweils bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS1. Process step (a) of the process according to the invention comprises the amidation in the first reaction stage and the conversion in the second reaction stage. Typically, in process step (a), a gaseous outlet stream GS1 is obtained, which in particular comprises the exhaust gases from the first and/or second reaction stage of process step (a). The gaseous outlet stream GS1 preferably contains predominantly carbon monoxide and sulfur dioxide, and the gaseous outlet stream GS1 particularly preferably contains 70 to 99% by volume of carbon monoxide and 1 to 20% by volume of sulfur dioxide, based in each case on the total volume of the outlet stream GS1.
Dieser gasförmige Auslass-Strom GS1 kann zumindest teilweise in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt werden. Insbesondere kann der gasförmige Auslass-Strom GS1 zusammen mit mindestens einem weiteren gasförmigen Auslass-Strom ausgewählt aus GS2, GS3 und GS4 in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt werden. In einer Ausführungsform werden alle gasförmige Auslass-Ströme GS1, GS2, GS3 und GS4, zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. This gaseous outlet stream GS1 can be at least partially treated in the absorption according to process step (e). In particular, the gaseous outlet stream GS1 can be treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2, GS3 and GS4 in the absorption according to method step (e). In one embodiment, all gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 are at least partially, preferably completely, treated in the absorption according to method step (e).
Bevorzugt wird der gasförmiger Auslass-Strom GS1 teilweise oder vollständig aus dem Verfahren ausgeschleust (z.B. über (1b) und (12)). Insbesondere bevorzugt wird in Verfahrensschritt (a) ein gasförmiger Auslass-Strom GS1 erhalten, welcher Kohlenstoffmonoxid- und Schwefeldioxid enthält, wobei dieser gasförmige Auslass-Strom GS1 getrennt von den gasförmigen Auslass-Strömen, welche in den Verfahrensschritten (b), (c) und/oder (d) erhalten werden, aus dem Verfahren ausgeschleust wird. Typischerweise kann dieser ausgeschleuste gasförmige Auslass-Strom GS1 einer Verbrennung zugeführt werden, beispielsweise in einer angeschlossenen Anlage zur Regenerierung der Schwefelsäure. Optional kann der ausgeschleuste gasförmige Auslass-Strom GS1 einer Abgaswäsche und/oder Partialkondensation unterzogen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der gasförmige Auslass-Strom GS1 aus Verfahrensschritt (a) teilweise oder vollständig als Stripp-Medium in den Verfahrensschritt (b) geführt (z.B. über (1b)). The gaseous outlet stream GS1 is preferably partially or completely discharged from the process (e.g. via (1b) and (12)). In process step (a), a gaseous outlet stream GS1 is particularly preferably obtained which contains carbon monoxide and sulfur dioxide, this gaseous outlet stream GS1 being separated from the gaseous outlet streams which are present in process steps (b), (c) and /or (d) are obtained, is discharged from the process. Typically, this discharged gaseous outlet stream GS1 can be fed to an incinerator, for example in a connected plant for regenerating the sulfuric acid. Optionally, the discharged gaseous outlet flow GS1 can be subjected to an exhaust gas scrubbing and/or partial condensation. In a preferred embodiment, part or all of the gaseous outlet stream GS1 from process step (a) is fed into process step (b) as stripping medium (e.g. via (1b)).
Erste Reaktionsstufe in Schritt (a) (Amidierung) First reaction step in step (a) (amidation)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (a) die Umsetzung von Acetoncyanhydrin (ACH) und Schwefelsäure, typischerweise in ein oder mehreren Reaktoren, in einer ersten Reaktionsstufe (Amidierung), bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 130°C, besonders bevorzugt 70 bis 120 °C, wobei eine erste Reaktionsmischung, welche typischerweise Sulfoxyisobuttersäureamid (SIBA) und Methacrylsäureamid (MASA) enthält, erhalten wird. Bevorzugt weist die in der ersten Reaktionsstufe eingesetzte Schwefelsäure eine Konzentration im Bereich von 98,0 Gew.-% bis 100,5 Gew.-%, bevorzugt 98,0 Gew.-% bis 100,0 Gew.-%, bevorzugt von 99,0 Gew.-% bis 99,9 Gew.-%, auf. Insbesondere bezieht sich die angegebene Konzentration der eingesetzten Schwefelsäure auf die Gesamtmasse des Schwefelsäure-Zuleitungsstroms zur ersten Reaktionsstufe. In process step (a), the process according to the invention comprises the reaction of acetone cyanohydrin (ACH) and sulfuric acid, typically in one or more reactors, in a first reaction stage (amidation), preferably at a temperature in the range from 70 to 130° C., particularly preferably 70 to 120°C, obtaining a first reaction mixture typically containing sulfoxyisobutyric acid amide (SIBA) and methacrylic acid amide (MASA). The sulfuric acid used in the first reaction stage preferably has a concentration in the range from 98.0% by weight to 100.5% by weight, preferably 98.0% by weight to 100.0% by weight, preferably from 99 .0% to 99.9% by weight. In particular, the stated concentration of the sulfuric acid used relates to the total mass of the sulfuric acid feed stream to the first reaction stage.
Das eingesetzte ACH kann mittels bekannter technischer Verfahren hergestellt werden (siehe beispielsweise Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 7). Typischerweise werden Blausäure und Aceton in Gegenwart eines basischen Katalysators, z.B. eines Amins, in einer exothermen Reaktion zu ACH umgesetzt. Eine solche Verfahrensstufe ist beispielsweise in DE 10 2006 058 250 und DE 10 2006 059 511 beschrieben. The ACH used can be produced by means of known technical processes (see, for example, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition, volume 7). Typically, hydrocyanic acid and acetone are converted to ACH in an exothermic reaction in the presence of a basic catalyst, e.g., an amine. Such a process stage is described in DE 10 2006 058 250 and DE 10 2006 059 511, for example.
Typischerweise entstehen bei der Amidierung von ACH und Schwefelsäure als Hauptprodukte a-Hydroxyisobuttersäureamid (HIBA) bzw. dessen Hydrogensulfat (HIBA H2SO4), Schwefelsäureester von HIBA (a-Sulfoxyisobuttersäureamid, SIBA) bzw. dessen Hydrogensulfat (SIBA H2SO4) und Methacrylsäureamid-Hydrogensulfat (MASA H2SO4) als Lösung in überschüssiger Schwefelsäure. Es ist dem Fachmann bekannt, dass die Anteile der genannten Komponenten in der Reaktionsmischung variabel sind und von den Reaktionsbedingungen abhängen. Typically, the amidation of ACH and sulfuric acid produces a-hydroxyisobutyric acid amide (HIBA) or its hydrogen sulfate (HIBA H2SO4), sulfuric acid ester of HIBA (a-sulfoxyisobutyric acid amide, SIBA) or its hydrogen sulfate (SIBA H2SO4) and methacrylic acid amide hydrogen sulfate (MASA) as the main products H2SO4) as a solution in excess sulfuric acid. It is known to those skilled in the art that the proportions of the components mentioned in the reaction mixture are variable and depend on the reaction conditions.
Bevorzugt wird die erste Reaktionsstufe mit einem Überschuss an Schwefelsäure betreiben. Der Schwefelsäure-Überschuss kann insbesondere dazu dienen, die Viskosität der Reaktionsmischung niedrig zu halten, wodurch eine schnellere Abfuhr von Reaktionswärme und eine niedrigere Temperatur der Reaktionsmischung gewährleistet werden können. The first reaction stage is preferably operated with an excess of sulfuric acid. The excess sulfuric acid can serve in particular to keep the viscosity of the reaction mixture low, which means that heat of reaction can be removed more quickly and the temperature of the reaction mixture can be lowered.
Typischerweise enthält der zugeführte ACH-Stoffstrom 98,0 bis 99,8 Gew.-%, bevorzugt 98,3 bis 99,3 Gew.-%, Acetoncyanhydrin; 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 1 Gew.-%, Aceton, und 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 1 Gew.-%, Wasser, bezogen auf den ACH-Stoffstrom. Typically, the ACH feed stream contains from 98.0 to 99.8% by weight, preferably from 98.3 to 99.3% by weight, of acetone cyanohydrin; 0.1 to 1.5% by weight, preferably 0.2 to 1% by weight, acetone, and 0.1 to 1.5% by weight, preferably 0.3 to 1% by weight, water , related to the ACH material flow.
Bevorzugt werden Schwefelsäure und ACH in der ersten Reaktionsstufe in Verfahrensschritt (a) in einem molaren Verhältnis von Schwefelsäure zu ACH im Bereich von 1 ,2 bis 2; bevorzugt 1 ,25 bis 1 ,6; besonders bevorzugt von 1 ,4 bis 1 ,45 eingesetzt. Preference is given to sulfuric acid and ACH in the first reaction stage in process step (a) in a molar ratio of sulfuric acid to ACH in the range from 1.2 to 2; preferably 1.25 to 1.6; particularly preferably from 1.4 to 1.45.
Für die Durchführung der Amidierung (Hydrolyse) in der ersten Reaktionsstufe kann grundsätzlich jeder dem Fachmann für die Durchführung von Hydrolysereaktionen bekannte Reaktor verwendet werden, beispielsweise Rührkessel-Reaktoren und Schlaufenreaktoren beziehungsweise Kombinationen besagter Reaktoren. Alternativ können mehrere, ggf. parallel, bevorzugt jedoch in Reihe geschaltete Reaktoren verwendet werden. In einer möglichen Ausführungsform sind dabei 1 bis 5 Reaktoren in Reihe geschaltet, bevorzugt wird eine sequenzielle Anordnung von 2-3 Reaktoren verwendet. In principle, anyone skilled in the art for carrying out hydrolysis reactions can carry out the amidation (hydrolysis) in the first reaction stage Reactor are used, for example stirred tank reactors and loop reactors or combinations of said reactors. Alternatively, several reactors connected in parallel, if necessary, but preferably in series, can be used. In one possible embodiment, 1 to 5 reactors are connected in series; a sequential arrangement of 2-3 reactors is preferably used.
Die Umsetzung von Acetoncyanhydrin mit Schwefelsäure in der ersten Reaktionsstufe ist exotherm. Daher ist es vorteilhaft, die anfallende Reaktionswärme weitgehend oder zumindest teilweise abzuführen, beispielsweise mit Hilfe geeigneter Wärmetauscher, um eine verbesserte Ausbeute zu erhalten. Eine zu starke Abkühlung ist allerdings in der Regel zu vermeiden, um die Viskosität der Reaktionsmischung nicht zu stark zu erhöhen und um die Kristallisation von Inhaltsstoffen und damit störende Ablagerungen, z.B. an Wärmetauschern, zu verhindern. Typischerweise weist das Kühlmedium, insbesondere das Kühlwasser, eine Temperatur im Bereich von 20 bis 90°C, bevorzugt von 50 bis 90°C und besonders bevorzugt von 60 bis 70°C auf. In der Regel sind Temperaturdifferenzen im produktseitigen Ein-/Austritt des Apparates von etwa 1 bis 20° C, insbesondere 2 bis 7°C bevorzugt. The reaction of acetone cyanohydrin with sulfuric acid in the first reaction stage is exothermic. It is therefore advantageous to dissipate most or at least some of the heat of reaction produced, for example with the aid of suitable heat exchangers, in order to obtain an improved yield. However, excessive cooling is generally to be avoided in order not to increase the viscosity of the reaction mixture too much and to prevent the crystallization of ingredients and thus disruptive deposits, e.g. on heat exchangers. The cooling medium, in particular the cooling water, typically has a temperature in the range from 20 to 90.degree. C., preferably from 50 to 90.degree. C. and particularly preferably from 60 to 70.degree. As a rule, temperature differences in the product inlet/outlet of the apparatus of about 1 to 20° C., in particular 2 to 7° C., are preferred.
Die Umsetzung von ACH und Schwefelsäure in ein oder mehreren Reaktoren in einer ersten Reaktionsstufe (Amidierung) erfolgt bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 130°C, bevorzugt 70 bis 120 °C, besonders bevorzugt von 85 bis 110°C. The reaction of ACH and sulfuric acid in one or more reactors in a first reaction stage (amidation) takes place at a temperature in the range from 70 to 130.degree. C., preferably from 70 to 120.degree. C., particularly preferably from 85 to 110.degree.
Typischerweise kann die erste Reaktionsstufe (Amidierung) batchweise und/oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bevorzugt wird die erste Reaktionsstufe kontinuierlich, beispielsweise in einem oder in mehreren Schlaufenreaktoren, durchgeführt. Geeignete Reaktoren und Verfahren sind beispielsweise in WO 2013/143812 beschrieben. Vorteilhaft kann die erste Reaktionsstufe in einer Kaskade von zwei oder mehreren, bevorzugt zwei, Schlaufenreaktoren durchgeführt werden. Alternativ können gerührte oder umgepumpte kontinuierliche Rührkessel-Reaktoren (CSTR-Reaktoren) verwendet werden, bzw. eine Kombination von Reaktoren. Typically, the first reaction stage (amidation) can be carried out batchwise and/or continuously. The first reaction stage is preferably carried out continuously, for example in one or more loop reactors. Suitable reactors and processes are described, for example, in WO 2013/143812. The first reaction stage can advantageously be carried out in a cascade of two or more, preferably two, loop reactors. Alternatively, stirred or pumped-through continuous stirred tank (CSTR) reactors can be used, or a combination of reactors.
Die Verweilzeit im Schritt der Amidierung wird so ausgelegt, dass die Zeit ausreicht, um die Ausbeute von HIBA, SIBA, MAS und MASA zu maximieren. Typischerweise liegt die statische Verweilzeit in den Reaktoren, insbesondere in den Schlaufenreaktoren, im Bereich von 5 bis 35 Minuten, bevorzugt von 8 bis 20 Minuten. The residence time in the amidation step is designed to provide sufficient time to maximize the yield of HIBA, SIBA, MAS and MASA. Typically, the static residence time in the reactors, especially in the loop reactors, is in the range from 5 to 35 minutes, preferably from 8 to 20 minutes.
Die Reaktoren, z.B. die Schlaufenreaktoren, für die erste Reaktionsstufe (Amidierung) umfassen bevorzugt jeweils mindestens einen Gasabscheider (Gasauslass). Typischerweise werden hier gasförmige Nebenprodukte abgetrennt und ausgeschleust. Typischerweise bildet sich bei der Amidierung als gasförmiges Nebenprodukt hauptsächlich Kohlenstoffmonoxid, das bevorzugt in Form oder als Teil eines Abgasstrom GS1 aus dem Prozess ausgeschleust wird. The reactors, for example the loop reactors, for the first reaction stage (amidation) preferably each comprise at least one gas separator (gas outlet). Typically gaseous by-products are separated and discharged here. During the amidation, the main gaseous by-product typically formed is carbon monoxide, which is preferably discharged from the process in the form of or as part of a waste gas stream GS1.
Es ist zudem möglich, den in der ersten Reaktionsstufe erhaltenen gasförmigen Auslass- Strom mit einem gasförmigen Auslass-Strom, der in der zweiten Reaktionsstufe (Konvertieren) erhalten wird, zusammenzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der gasförmige Auslass-Strom, der in der ersten und/oder zweiten Reaktionsstufe erhalten wird, direkt aus dem Verfahren ausgeschleust, ohne der Absorption in Verfahrensschritt (e) zugeführt zu werden. It is also possible to combine the gaseous outlet stream obtained in the first reaction stage with a gaseous outlet stream obtained in the second reaction stage (converting). In a preferred embodiment, the gaseous outlet stream obtained in the first and/or second reaction stage is discharged directly from the process without being fed to the absorption in process step (e).
Zweite Reaktionsstufe in Schritt (a) (Konvertierung) Second reaction step in step (a) (conversion)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (a) weiterhin das Konvertieren der ersten Reaktionsmischung, umfassend das Erhitzen der ersten Reaktionsmischung, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 200 °C, bevorzugt 130 bis 170 °C, besonders bevorzugt 140 bis 170 °C, weiterhin bevorzugt 140 bis 165 °C. Typischerweise erfolgt das Konvertieren in ein oder mehreren Reaktoren, beispielsweise Wärmeumwandlungsapparatur bzw. Konvertierungsreaktoren, wobei eine zweite Reaktionsmischung, enthaltend überwiegend Methacrylsäureamid (MASA) und Schwefelsäure, erhalten wird. In process step (a), the process according to the invention also comprises converting the first reaction mixture, comprising heating the first reaction mixture, preferably to a temperature in the range from 130 to 200° C., preferably 130 to 170° C., particularly preferably 140 to 170° C , more preferably 140 to 165 °C. Typically, the conversion takes place in one or more reactors, for example heat conversion apparatus or conversion reactors, a second reaction mixture containing predominantly methacrylic acid amide (MASA) and sulfuric acid being obtained.
Typischerweise wird während der Konvertierung beim Erhitzen der ersten Reaktionsmischung auf eine Temperatur im Bereich von 130 bis 200 °C die Menge an MASA bzw. MASA H2SO4 durch Dehydratisierung des HIBA bzw. durch Schwefelsäure- Eliminierung aus SIBA erhöht, wobei die erste Reaktionsmischung eine schwefelsaure Lösung enthaltend SIBA, HIBA und MASA, überwiegend jeweils in Form der Hydrogensulfate, darstellt. Typically, during conversion, when the first reaction mixture is heated to a temperature in the range of 130 to 200 °C, the amount of MASA or MASA H2SO4 is increased by dehydration of HIBA or by sulfuric acid elimination from SIBA, with the first reaction mixture being a sulfuric acid solution containing SIBA, HIBA and MASA, each predominantly in the form of the hydrogen sulfates.
Die Konvertierung kann grundsätzlich in bekannten Reaktoren durchgeführt werden, welche die Erzielung der genannten Temperaturen in den genannten Zeiträumen ermöglichen. Die Energiezufuhr kann hierbei in bekannter Weise, beispielsweise mittels Wasserdampfs, Heißwasser, geeigneten Wärmeträgern, elektrischer Energie oder elektromagnetischer Strahlung, wie Mikrowellenstrahlung, erfolgen. Bevorzugt wird die Konvertierung in der zweiten Reaktionsstufe in einem oder mehreren Wärmeumwandlungsapparaturen durchgeführt. Als Heizmedium kann jedes dem Fachmann bekannte Heizmedium, z.B. ein thermisch belastbares Öl, ein Salzbad, elektromagnetische Strahlung, eine elektrische Beheizung, überhitztes Wasser oder Wasserdampf verwendet werden. Bevorzugt wird Sattdampf als Heizmedium verwendet. In principle, the conversion can be carried out in known reactors which make it possible to achieve the stated temperatures in the stated periods of time. The energy can be supplied in a known manner, for example by means of steam, hot water, suitable heat carriers, electrical energy or electromagnetic radiation, such as microwave radiation. The conversion in the second reaction stage is preferably carried out in one or more heat conversion apparatus. Any heating medium known to those skilled in the art, for example a thermally loadable oil, a salt bath, electromagnetic radiation, electrical heating, superheated water or steam can be used as the heating medium. Saturated steam is preferably used as the heating medium.
Oftmals beträgt die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der zweiten Reaktionsstufe (Konvertierung) im Bereich von 2 bis 15 min, bevorzugt von 2 bis 10 min. Bevorzugt umfasst die zweite Reaktionsstufe das Erhitzen der ersten Reaktionsmischung in so genannten Vorheizer-Segmenten des Konvertierungsreaktors und das anschließende Verweilen der Reaktionsmischung in so genannten Verweilzeit-Segmenten, welche insbesondere adiabatisch betrieben werden. Im Verfahrensschritt der Konvertierung ist es vorteilhaft, die Reaktionsmischung möglichst rasch und innerhalb einer ersten definierten Zeit auf die benötigte Temperatur zu erwärmen (Vorheizen, Vorheizer-Segment) und dann bei dieser Temperatur für eine zweite definierte Zeit zu belassen (Verweilen, Verweilzeit-Segment). The residence time of the reaction mixture in the second reaction stage (conversion) is often in the range from 2 to 15 min, preferably from 2 to 10 min. The second reaction stage preferably comprises heating the first reaction mixture in so-called preheater segments of the conversion reactor and subsequent residence the reaction mixture in so-called residence time segments, which in particular are operated adiabatically. In the conversion process step, it is advantageous to heat the reaction mixture as quickly as possible and within a first defined time to the required temperature (preheating, preheater segment) and then leave it at this temperature for a second defined time (dwell, dwell time segment) .
Das Verweilzeit-Segment kann analog dem Vorheizer-Segment aus einem oder mehreren Rohren bestehen, die jedoch im Unterschied zu diesem in der Regel unbeheizt sind. Bevorzugte Ausgestaltungen der zweiten Reaktionsstufe (Konvertieren) und geeigneter Vorrichtungen, umfassend Vorheizer-Segmente und Verweilzeit-Segmente sind in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2021/077640 beschrieben. Like the preheater segment, the dwell time segment can consist of one or more tubes, which, unlike the preheater segment, are usually unheated. Preferred configurations of the second reaction stage (converting) and suitable devices, comprising preheater segments and dwell time segments, are described in the international patent application PCT/EP2021/077640.
Die für die Konvertierung verwendete Wärmeumwandlungsapparatur kann weiterhin bevorzugt mit einem oder mehreren Gasabscheidern kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, die Reaktionsmischung nach Verlassen des Vorheizer-Segments und/oder nach Verlassen des Verweilzeit-Segments der Wärmeumwandlungsapparatur durch einen Gasabscheider zu führen. Dabei können insbesondere gasförmige Nebenprodukte in Form des gasförmigen Auslassstroms GS1 aus der Reaktionsmischung abgetrennt werden. The heat conversion apparatus used for the conversion can also preferably be combined with one or more gas separators. For example, it is possible to pass the reaction mixture through a gas separator after leaving the preheater segment and/or after leaving the residence time segment of the heat conversion apparatus. In particular, gaseous by-products can be separated off from the reaction mixture in the form of the gaseous outlet stream GS1.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt (a) ein gasförmigen Auslass- Strom GS1 erhalten, welcher Kohlenstoffmonoxid- und Schwefeldioxid enthält. Dieser gasförmigen Auslass-Strom GS1 wird insbesondere durch einen oder durch mehrerer gasförmige Auslass-Ströme der ersten und/oder zweiten Reaktionsstufe und/oder einen nachfolgenden Verfahrensschritt, beispielsweise Kühlung und/oder Zwischenlagerung, gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in der zweiten Reaktionsstufe erhaltene zweite Reaktionsmischung, enthaltend überwiegend Methacrylsäureamid und Schwefelsäure, nach der Konvertierung auf eine Temperatur unterhalb von 120 °C, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 90 bis 120 °C, abgekühlt, beispielsweise in einem Kühler mit einem Kühlmedium mit einer Temperatur im Bereich von 60 bis 100°C. Bevorzugt werden bei dieser Abkühlung der zweiten Reaktionsmischung gasförmige Nebenprodukte zumindest teilweise von der zweiten Reaktionsmischung in Form des Gasstroms GS 1 , enthaltend Kohlenstoffmonoxid und Schwefeldioxid, abgetrennt. In a preferred embodiment, a gaseous outlet stream GS1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide is obtained in process step (a). This gaseous outlet stream GS1 is formed in particular by one or more gaseous outlet streams from the first and/or second reaction stage and/or a subsequent process step, for example cooling and/or intermediate storage. In a preferred embodiment, the second reaction mixture obtained in the second reaction stage, containing predominantly methacrylic acid amide and sulfuric acid, is cooled after the conversion to a temperature below 120° C., preferably to a temperature in the range from 90 to 120° C., for example in a Cooler with a cooling medium with a temperature in the range from 60 to 100°C. During this cooling of the second reaction mixture, gaseous by-products are preferably at least partially separated off from the second reaction mixture in the form of the gas stream GS 1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide.
In einer Ausführungsform wird die zweite Reaktionsmischung, insbesondere die abgekühlte zweite Reaktionsmischung, in einer Lagervorrichtung, beispielsweise einem Lagertank (Pufferbehälter) gelagert, bevor sie als Strom der Umsetzung in Verfahrensschritt (b) (Veresterung) zugeführt wird. Somit kann vorteilhaft ein gleichmäßiger Zustrom zum nachfolgenden Verfahrensschritt (b) (Veresterung) gewährleistet werden. Zum anderen gestattet die Zwischenlagerung insbesondere eine weitere Entgasung der gekühlten zweiten Reaktionsmischung und fungiert somit als Gasabscheider. Zur Kühlung der zweiten Reaktionsmischung können grundsätzlich bekannte und geeignete Kühlmedien eingesetzt werden. Vorteilhaft ist der Einsatz von Kühlwasser. Typischerweise weist das Kühlmedium eine Temperatur im Bereich von 30 bis 120°C auf. In one embodiment, the second reaction mixture, in particular the cooled second reaction mixture, is stored in a storage device, for example a storage tank (buffer container), before it is fed as a stream to the reaction in process step (b) (esterification). A uniform inflow to the subsequent process step (b) (esterification) can thus advantageously be ensured. On the other hand, the intermediate storage allows in particular a further degassing of the cooled second reaction mixture and thus acts as a gas separator. In principle, known and suitable cooling media can be used to cool the second reaction mixture. The use of cooling water is advantageous. Typically, the cooling medium has a temperature in the range from 30 to 120°C.
Bevorzugt wird ein gasförmige Ablass-Strom GS1 , welcher im Abkühl-Schritt (Gasabscheider nach der Konvertierung) und/oder der Zwischenlagerung nach der Konvertierung erhalten wird, vollständig oder teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust (z.B. als Strom 1c). A gaseous discharge stream GS1, which is obtained in the cooling step (gas separator after conversion) and/or intermediate storage after conversion, is preferably completely or partially discharged from the process (e.g. as stream 1c).
Weiterhin kann der gasförmige Ablass-Strom GS1 , vollständig oder teilweise in Verfahrensschritt (b) (Veresterung) geführt werden (z.B. als Strom 1b). Typischerweise wird die entgaste zweite Reaktionsmischung vollständig in den Verfahrensschritt (b) (Veresterung) geführt. Furthermore, the gaseous discharge stream GS1 can be carried out completely or partially in process step (b) (esterification) (e.g. as stream 1b). Typically, all of the degassed second reaction mixture is fed into process step (b) (esterification).
Dritte Reaktionsstufe in Schritt (b) (Veresterung) Third reaction stage in step (b) (esterification)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (b) die Umsetzung der zweiten Reaktionsmischung, enthaltend typischerweise überwiegend MASA, mit Wasser und Alkohol, in einer dritten Reaktionsstufe (Veresterung), wobei eine dritte Reaktionsmischung, enthaltend Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, als Alkylmethacrylat-Rohprodukt erhalten wird; und In process step (b), the process according to the invention comprises reacting the second reaction mixture, typically containing predominantly MASA, with water and alcohol in a third reaction stage (esterification), a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, being obtained as the crude alkyl methacrylate product ; and
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung (Veresterung) der zweiten Reaktionsmischung, enthaltend überwiegend MASA, mit Wasser und Methanol, wobei eine dritte Reaktionsmischung, enthaltend M ethyl methacrylat, erhalten wird. Die Bedingungen der Veresterung im großtechnischen Maßstab sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in US 5,393,918 beschrieben. In a preferred embodiment, the second reaction mixture, containing predominantly MASA, is reacted (esterified) with water and methanol, with a third reaction mixture containing M ethyl methacrylate is obtained. The conditions for the esterification on an industrial scale are known to those skilled in the art and are described, for example, in US Pat. No. 5,393,918.
Bevorzugt wird in Verfahrensschritt (b) ein gasförmiger Auslass-Strom GS2 erhalten, wobei der Auslass-Strom GS2 bevorzugt 1,0 bis 5,0 Vol.-%, bevorzugt 3,0 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol.%, bevorzugt von 0,1 bis 10 Vol.-%, Sauerstoff, jeweils bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS2 enthält. A gaseous outlet stream GS2 is preferably obtained in process step (b), the outlet stream GS2 preferably containing from 1.0 to 5.0% by volume, preferably from 3.0 to 5.0% by volume, of alkyl methacrylate Methyl methacrylate, and at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS2.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser gasförmige Auslass-Strom GS2 aus Verfahrensschritt (b) zumindest teilweise in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Insbesondere bevorzugt wird der gasförmige Auslass-Strom GS2 zusammen mit mindestens einem weiteren gasförmigen Auslass-Strom ausgewählt aus GS3 und GS4 in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Der gasförmige Auslass-Strom GS2 kann teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust werden (z.B. über (2b) und (12)). In a preferred embodiment, this gaseous outlet stream GS2 from process step (b) is at least partially treated in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS2 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS3 and GS4 in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS2 can be partially discharged from the process (e.g. via (2b) and (12)).
Die Umsetzung in der dritten Reaktionsstufe in Verfahrensschritt (b) (Veresterung) wird bevorzugt in einem oder mehreren geeigneten Reaktoren, beispielsweise in beheizten Kesseln durchgeführt. Insbesondere können mit Wasserdampf beheizte Kessel verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Veresterung in zwei oder mehreren, beispielsweise drei oder vier, aufeinander folgenden Kesseln (Kesselkaskade). The reaction in the third reaction stage in process step (b) (esterification) is preferably carried out in one or more suitable reactors, for example in heated vessels. In particular, steam-heated boilers can be used. In a preferred embodiment, the esterification takes place in two or more, for example three or four, successive tanks (tank cascade).
Typischerweise wird die Veresterung bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 180 °C, bevorzugt von 100 bis 150 °C, bei Drücken von bis zu 7 bara, bevorzugt bei Drücken bis zu 2 bara, und unter Verwendung von Schwefelsäure als Katalysator durchgeführt. Typically, the esterification is carried out at temperatures in the range from 100 to 180°C, preferably from 100 to 150°C, at pressures of up to 7 bara, preferably at pressures up to 2 bara, and using sulfuric acid as catalyst.
Bevorzugt erfolgt die Umsetzung der zweiten Reaktionsmischung mit einem Überschuss an Alkohol, bevorzugt Methanol, und Wasser. Die Zugabe der zweiten Reaktionsmischung, enthaltend überwiegend Methacrylamid, und die Zugabe von Alkohol erfolgen bevorzugt in der Art, dass sich ein molares Verhältnis von Methacrylamid zu Alkohol im Bereich von 1 :1 ,0 bis 1 :1,6 ergibt. The second reaction mixture is preferably reacted with an excess of alcohol, preferably methanol, and water. The addition of the second reaction mixture, containing predominantly methacrylamide, and the addition of alcohol are preferably carried out in such a way that a molar ratio of methacrylamide to alcohol in the range from 1:1.0 to 1:1.6 results.
Bevorzugt setzt sich der in die dritte Reaktionsstufe (Veresterung) zugeführte Alkohol zusammen aus frisch ins Verfahren zugeführtem Alkohol (Frischalkohol) und/oder aus Alkohol, welcher in zurückgeführten Strömen (Recyclingströmen) des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten ist. Bevorzugt wird zumindest ein Teil des in der dritten Reaktionsstufe eingesetzten Alkohols, besonders bevorzugt der vollständige in der dritten Reaktionsstufe eingesetzte Alkohol, in Form des Alkylmethacrylat-beladenen Absorptionsmittels, welches in Verfahrensschritt (e) erhalten wird, bereitgestellt (z.B. 11). Typischerweise wird das Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel als Flüssigphase aus einem Abgaswäscher erhalten. The alcohol fed into the third reaction stage (esterification) is preferably composed of alcohol freshly fed into the process (fresh alcohol) and/or alcohol contained in recirculated streams (recycled streams) of the process according to the invention. Preference is given to at least part of the in the third reaction stage alcohol used, particularly preferably all of the alcohol used in the third reaction stage, in the form of the alkyl methacrylate-loaded absorbent which is obtained in process step (e), provided (eg 11). Typically, the alkyl methacrylate-loaded absorbent is obtained as a liquid phase from a waste gas scrubber.
Typischerweise erfolgt die Zugabe an Wasser in der dritten Reaktionsstufe derart, dass die Konzentration an Wasser im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%, bezogen jeweils auf die gesamte Reaktionsmischung, liegt. Grundsätzlich kann das in die dritte Reaktionsstufe (Veresterung) zugeführte Wasser aus einer beliebigen Quelle stammen und verschiedene organische Verbindungen enthalten, sofern keine Verbindungen enthalten sind, welche die Veresterung oder die nachfolgenden Verfahrensstufen nachteilig beeinflussen. Bevorzugt stammt das in die dritte Reaktionsstufe zugeführte Wasser aus zurückgeführten Strömen (Recyclingströmen) des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise aus der Aufreinigung des Alkylmethacrylats. Es ist zudem möglich, falls notwendig, Frischwasser, insbesondere vollentsalztes Wasser oder Brunnenwasser, in die dritte Reaktionsstufe (Veresterung) zu zuführen. Typically, the addition of water in the third reaction stage takes place in such a way that the concentration of water is in the range from 10 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight, based in each case on the entire reaction mixture. In principle, the water fed into the third reaction stage (esterification) can come from any source and contain various organic compounds, provided that no compounds are present which adversely affect the esterification or the subsequent process stages. The water fed into the third reaction stage preferably comes from recirculated streams (recycling streams) of the process according to the invention, for example from the purification of the alkyl methacrylate. It is also possible, if necessary, to feed fresh water, in particular deionized water or well water, into the third reaction stage (esterification).
Besonders bevorzugt wird zumindest ein Teil des in der dritten Reaktionsstufe eingesetzten Wassers, besonders bevorzugt der überwiegende Teil des in der dritten Reaktionsstufe eingesetzten Wassers, in Form des Alkylmethacrylat-beladenen Absorptionsmittels, welches in Verfahrensschritt (e) erhalten wird, bereitgestellt (z.B. 11). Typischerweise wird das Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel als wässrige Flüssigphase aus einem Abgaswäscher erhalten. Particularly preferably, at least part of the water used in the third reaction stage, particularly preferably the majority of the water used in the third reaction stage, is provided in the form of the alkyl methacrylate-loaded absorbent which is obtained in process step (e) (e.g. 11). Typically, the alkyl methacrylate-loaded absorbent is obtained as an aqueous liquid phase from a waste gas scrubber.
Die Veresterung mit Methanol liefert typischerweise eine dritte Reaktionsmischung enthaltend Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, Hydroxyisobuttersäurealkylester, insbesondere Hydroxyisobuttersäuremethylester (HIBSM) und weitere Nebenprodukte sowie signifikante Mengen an Wasser und nicht umgesetzten Alkohol, z.B. Methanol. Esterification with methanol typically yields a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably MMA, alkyl hydroxyisobutyrate, especially methyl hydroxyisobutyrate (HIBSM) and other by-products, as well as significant amounts of water and unreacted alcohol, e.g., methanol.
Bevorzugt wird bei der Veresterung in Verfahrensschritt (b) der verdampfbare Teil der dritten Reaktionsmischung, in gasförmiger Form (Brüden) aus den Reaktoren abgeführt und der weiteren Aufarbeitung, beispielsweise einem Destillationsschritt, zugeführt. Wenn bevorzugt eine Kaskade aus mehreren Reaktoren, z.B. mehreren Kesseln, verwendet wird, kann in jedem Kessel der verdampfbare Teil der entstehenden Reaktionsmischung als Brüdenstrom abgeführt und in die weitere Aufarbeitung geführt werden. Bevorzugt wird lediglich der in den letzten beiden Kesseln entstehende verdampfbare Teil der Reaktionsmischung als Brüdenstrom abgeführt und in die weitere Aufarbeitung geführt. In the esterification in process step (b), the vaporizable part of the third reaction mixture is preferably removed from the reactors in gaseous form (vapours) and fed to further work-up, for example a distillation step. If preference is given to using a cascade of a plurality of reactors, for example a plurality of tanks, the vaporizable portion of the reaction mixture formed can be removed as a vapor stream in each tank and passed to further work-up. Preference is only in the The vaporizable part of the reaction mixture produced in the last two boilers is removed as a vapor stream and fed into further work-up.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser verdampfbare Teil aus Verfahrensschritt (b) zumindest teilweise als gasförmiger Auslass-Strom GS2, welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol.% Sauerstoff enthält, in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. In a preferred embodiment, this vaporizable part from process step (b) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS2, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume oxygen, in the absorption according to process step (e).
Aufarbeitung in Schritt (c) Workup in step (c)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (c) die Abtrennung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, aus der dritten Reaktionsmischung (erhalten nach Veresterung) in einem Aufarbeitungsteil, umfassend mindestens zwei destillative Schritte, wobei in einem destillativen Schritt Leichtsieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird und in einem anderen destillativen Schritt Schwersieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird, und wobei ein Alkylmethacrylat-Reinprodukt, bevorzugt ein MMA-Reinprodukt, als Kopf-Fraktion des letzten destillativen Schritts erhalten wird; In process step (c), the process according to the invention comprises the removal of alkyl methacrylate, preferably MMA, from the third reaction mixture (obtained after esterification) in a work-up section, comprising at least two distillation steps, with low boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in a distillation step and in another distillation step, high boilers are removed from the alkyl methacrylate crude product, and a pure alkyl methacrylate product, preferably a pure MMA product, is obtained as the top fraction of the last distillation step;
Typischerweise wird in Verfahrensschritt (c) ein gasförmiger Auslass-Strom GS3 erhalten, wobei der Auslass-Strom GS3 bevorzugt 1,0 bis 5,0 Vol.-%, bevorzugt 3,0 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, und höchstens 10 Vol.%, bevorzugt von 0,1 bis 10 Vol.-%, Sauerstoff, bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS3 enthält. A gaseous outlet stream GS3 is typically obtained in process step (c), the outlet stream GS3 preferably containing 1.0 to 5.0% by volume, preferably 3.0 to 5.0% by volume, of alkyl methacrylate MMA, and at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, oxygen, based on the total volume of the outlet stream GS3.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser gasförmige Auslass-Strom GS3 aus Verfahrensschritt (c) zumindest teilweise in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Insbesondere bevorzugt wird der gasförmige Auslass-Strom GS3 zusammen mit mindestens einem weiteren gasförmigen Auslass-Strom ausgewählt aus GS2 und GS4 in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Der gasförmige Auslass-Strom GS3 kann teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust werden (z.B. über (3b) und (12)). In a preferred embodiment, this gaseous outlet stream GS3 from process step (c) is at least partially treated in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS3 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS4 in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS3 can be partially discharged from the process (e.g. via (3b) and (12)).
Im Aufarbeitungsteil gemäß Verfahrensschritt (c) können insbesondere die dem Fachmann bekannten Trennschritte zum Einsatz kommen, insbesondere Rektifikations-, Extraktions-, Strippungs- und/oder Phasentrennschritte. Bevorzugt umfasst die Abtrennung von Methylmethacrylat aus der dritten Reaktionsmischung mindestens zwei Destillationsschritte, mindestens einen Phasentrennungsschritt und mindestens einen Extraktionsschritt. Bevorzugte Ausführungen des Aufarbeitungsteil sind beispielsweise in der internationalen Anmeldung PCT/EP2021/077488 beschrieben. In the work-up part according to process step (c), in particular the separation steps known to those skilled in the art can be used, in particular rectification, extraction, stripping and/or phase separation steps. The removal of methyl methacrylate from the third reaction mixture preferably comprises at least two distillation steps, at least one phase separation step and at least one extraction step. Preferred versions of the work-up part are described, for example, in the international application PCT/EP2021/077488.
Bevorzugt umfasst die Aufarbeitung die Vorreinigung der dritten Reaktionsmischung, welche in der Veresterung erhalten wird. Insbesondere umfasst die Vorreinigung mindestens einen Destillationsschritt, mindestens einen Phasentrennungsschritt und mindestens einen Extraktionsschritt. Bevorzugt umfasst die Vorreinigung mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei Destillationsschritte. Insbesondere wird in der Vorreinigung ein Alkylmethacrylat-Produkt, bevorzugt ein MMA-Produkt, erhalten, welches eine Reinheit im Bereich von mindestens 85 Gew.-% aufweist. The work-up preferably comprises the pre-purification of the third reaction mixture which is obtained in the esterification. In particular, the pre-cleaning comprises at least one distillation step, at least one phase separation step and at least one extraction step. The pre-purification preferably comprises at least one, preferably at least two, distillation steps. In particular, an alkyl methacrylate product, preferably an MMA product, which has a purity in the range of at least 85% by weight is obtained in the pre-purification.
Bevorzugt umfasst die Aufarbeitung die Feinreinigung des Alkylmethacrylat-Produkts, welches eine Reinheit im Bereich von mindestens 85 Gew.-% aufweist, wobei die Feinreinigung mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei Destillationsschritte umfasst. Insbesondere wird in der Feinreinigung ein Alkylmethacrylat-Produkt, bevorzugt ein MMA- Produkt, erhalten, welches eine Reinheit von mindestens 99.0 Gew.-% aufweist. The work-up preferably comprises the fine purification of the alkyl methacrylate product, which has a purity in the range of at least 85% by weight, the fine purification comprising at least one, preferably at least two, distillation steps. In particular, fine purification gives an alkyl methacrylate product, preferably an MMA product, which has a purity of at least 99.0% by weight.
Das Alkylmethacrylat-Reinprodukt, welches als Kopf-Fraktion des letzten destillativen Schritts in Verfahrensschritt (c) erhalten wird, und welches typischerweise nach der Lagerung in Verfahrensschritt (d) als Produktstrom (z.B. (14)) aus dem Verfahren geführt wird, kann insbesondere in der gewünschten Spezifikation erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Alkylmethacrylat-Reinprodukt, welches in Verfahrensschritt (c) und/oder (d) erhalten wird, mindestens 99,9 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99,95 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Alkylmethacrylat-Reinprodukt, Alkylmethacrylat, insbesondere MMA. Als Nebenprodukte können typischerweise 10 bis 300 ppm Methacrylnitril (MAN) und/oder kleiner oder gleich 10 ppm Aceton, jeweils bezogen auf das gesamte Alkylmethacrylat-Reinprodukt, enthalten sein. The alkyl methacrylate pure product, which is obtained as the top fraction of the last distillation step in process step (c), and which is typically removed from the process after storage in process step (d) as a product stream (e.g. (14)), can, in particular, be of the desired specification can be obtained. In a preferred embodiment, the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) and/or (d) contains at least 99.9% by weight, preferably at least 99.95% by weight, based on the total alkyl methacrylate Pure product, alkyl methacrylate, especially MMA. Typically 10 to 300 ppm methacrylonitrile (MAN) and/or less than or equal to 10 ppm acetone, based in each case on the total alkyl methacrylate pure product, can be present as by-products.
Vorteilhaft werden ein oder mehrere Stabilisatoren in verschiedenen Stoffströmen des Verfahrensschritts (c) zugesetzt, um eine Polymerisation des Methylmethacrylat zu verhindern oder zu reduzieren. Bevorzugt wird mindestens ein Stabilisator eingesetzt, der durch molekularen Sauerstoff aktiviert wird. Bevorzugt werden zumindest Teile der für die Aufarbeitung gemäß Verfahrensschritt (c) verwendeten Apparate mit geringen Mengen einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung, bevorzugt Luft, durchströmt, um den Sauerstoff zur Aktivierung des Stabilisators bereitzustellen. Nach Reaktion des Sauerstoffs verbleibt eine Sauerstoff-abgereicherte Gasmischung, die als Abgas aus dem Verfahrensschritt (c) austritt und welche typischerweise Alkylmethacrylat-Produkt, insbesondere MMA, enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses Abgas aus Verfahrensschritt (c) zumindest teilweise als gasförmiger Auslass-Strom GS3, welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol. % Sauerstoff enthält, in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Insbesondere bevorzugt wird der gasförmige Auslass-Strom GS3 zusammen mit mindestens einem weiteren gasförmigen Auslass-Strom ausgewählt aus GS2 und GS4 als gasförmiger Auslass-Strom GS in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. One or more stabilizers are advantageously added to various streams of process step (c) in order to prevent or reduce polymerization of the methyl methacrylate. At least one stabilizer which is activated by molecular oxygen is preferably used. Small amounts of an oxygen-containing gas mixture, preferably air, are preferably passed through at least parts of the apparatus used for the work-up in process step (c) in order to provide the oxygen for activating the stabilizer. After the oxygen has reacted, there remains an oxygen-depleted gas mixture which emerges as a waste gas from process step (c) and which typically contains alkyl methacrylate product, in particular MMA. In a preferred embodiment, this offgas from process step (c) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS3, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume oxygen in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS3 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS4 as gaseous outlet stream GS in the absorption according to method step (e).
Typischerweise entsteht in Verfahrensschritt (b) (Veresterung) ein flüssiger Abfallstrom, bestehend im Wesentlichen aus verdünnter Schwefelsäure. Dieser Abfallstrom wird typischerweise aus dem Verfahren ausgeschleust. Bevorzugt wird dieser Abfallstrom, insbesondere zusammen mit einem oder mehreren wässrigen Abfallströmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, einem Verfahren zur Regenerierung von Schwefelsäure oder einem Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumsulfat zugeführt. Typically, process step (b) (esterification) produces a liquid waste stream consisting essentially of dilute sulfuric acid. This waste stream is typically discharged from the process. This waste stream is preferably fed, in particular together with one or more aqueous waste streams from the process according to the invention, to a process for regenerating sulfuric acid or to a process for obtaining ammonium sulfate.
Lagerung und optionale Zwischenlagerung in Schritt (d) Storage and optional intermediate storage in step (d)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (d) die Lagerung des in Verfahrensschritt (c) erhaltenen Alkylmethacrylat-Reinprodukts in mindestens einer Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagerung des in Verfahrensschritt b erhaltenen Alkylmethacrylat-Rohprodukts (dritte Reaktionsmischung) in mindestens einer Zwischenlagervorrichtung. In process step (d), the process according to the invention comprises the storage of the pure alkyl methacrylate product obtained in process step (c) in at least one storage device and optionally the intermediate storage of the crude alkyl methacrylate product obtained in process step b (third reaction mixture) in at least one intermediate storage device.
Bevorzugt umfasst die Lagerung bzw. die Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagerung bzw. die Zwischenlagervorrichtung, einen Behälter (z.B. einen Lagertank d) zur Aufnahme des Produktes (beispielsweise das Alkylmethacrylat-Reinprodukt und/oder das Alkylmethacrylat-Rohprodukt), mindestens einen Zulauf des Produktes, mindestens einen Ablauf des Produktes sowie mindestens eine Zuleitung einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung und mindestens eine Ableitung einer Sauerstoff-abgereicherte Gasmischung, wobei das gelagerte Produkt mindestens einen Stabilisator enthält, der durch molekularen Sauerstoff aktiviert wird. The storage or the storage device and optionally the intermediate storage or the intermediate storage device preferably comprise a container (e.g. a storage tank d) for receiving the product (e.g. the alkyl methacrylate pure product and/or the alkyl methacrylate crude product), at least one inlet for the product, at least one outlet for the product and at least one inlet for an oxygen-containing gas mixture and at least one outlet for an oxygen-depleted gas mixture, the stored product containing at least one stabilizer which is activated by molecular oxygen.
Typischerweise liegt die Menge der Sauerstoff-haltigen Gasmischung, welche in der Lagerung und optional der Zwischenlagerung verwendet wird, im Bereich von 50 bis 1.500 Nm3/h, bevorzugt 100 bis 500 Nm3/h. In der Regel enthält die Sauerstoff-abgereicherte Gasmischung, Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, und wird als gasförmiger Auslass-Strom GS4 in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Typically, the amount of the oxygen-containing gas mixture used in storage and optionally intermediate storage is in the range from 50 to 1500 Nm 3 /h, preferably 100 to 500 Nm 3 /h. As a rule, the oxygen-depleted gas mixture contains alkyl methacrylate, in particular MMA, and is treated as gaseous outlet stream GS4 in the absorption according to process step (e).
Bevorzugt wird das gemäß Verfahrensschritt (d) gelagerte Alkylmethacrylat-Reinprodukt über den mindestens einen Ablauf in eine Transportvorrichtungen abgeführt. Beispielsweise kann das Alkylmethacrylat-Reinprodukt in einen Transportbehälter abgefüllt werden und/oder über eine oder mehrere Rohrleitungen einer nachgeschalteten Verarbeitung zugeführt werden. The pure alkyl methacrylate product stored according to process step (d) is preferably discharged via the at least one outlet into a transport device. For example, the pure alkyl methacrylate product can be filled into a transport container and/or fed to downstream processing via one or more pipelines.
Typischerweise wird bei der Lagerung des Alkylmethacrylat-Reinprodukts, bevorzugt des MMA-Reinprodukts, in Verfahrensschritt (d) ein Alkylmethacrylat-haltiges Abgas, bevorzugt ein MMA-haltiges Abgas, erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses Abgas aus Verfahrensschritt (d) zumindest teilweise als gasförmiger Auslass-Strom GS4 in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Insbesondere bevorzugt wird der gasförmige Auslass-Strom GS4 zusammen mit mindestens einem weiteren gasförmigen Auslass-Strom ausgewählt aus GS2 und GS3 als gasförmiger Auslass-Strom GS (z.B. (5)) in der Absorption gemäß Verfahrensschritt (e) behandelt. Der gasförmiger Auslass-Strom GS4 kann teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust werden (z.B. über (4b) und (12)). Typically, during the storage of the pure alkyl methacrylate product, preferably the pure MMA product, in process step (d) an alkyl methacrylate-containing offgas, preferably an MMA-containing offgas, is obtained. In a preferred embodiment, this exhaust gas from process step (d) is at least partially treated as gaseous outlet stream GS4 in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS4 is particularly preferably treated together with at least one further gaseous outlet stream selected from GS2 and GS3 as gaseous outlet stream GS (e.g. (5)) in the absorption according to process step (e). The gaseous outlet stream GS4 can be partially discharged from the process (e.g. via (4b) and (12)).
Bevorzugt enthält der gasförmige Auslass-Strom GS4 Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und mindestens 10 Vol.% Sauerstoff, bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS4. Insbesondere bevorzugt wird in Verfahrensschritt (d) ein gasförmiger Auslass-Strom GS4 erhalten, welcher 0,1 bis 5,0 Vol.-%, bevorzugt 0,2 bis 2,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, und mindestens 10 Vol.%, bevorzugt von 10 bis 20 Vol.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 15 Vol.-%, Sauerstoff, jeweils bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS4, enthält. The gaseous outlet stream GS4 preferably contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume of oxygen, based on the total volume of the outlet stream GS4. A gaseous outlet stream GS4 is particularly preferably obtained in process step (d) which contains 0.1 to 5.0% by volume, preferably 0.2 to 2.0% by volume, alkyl methacrylate, preferably MMA, and at least 10 % by volume, preferably from 10 to 20% by volume, particularly preferably from 10 to 15% by volume, of oxygen, in each case based on the total volume of the outlet stream GS4.
Insbesondere liegt der Volumen-Anteil an Sauerstoff; Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat; und optional Methanol im gasförmigen Auslass-Strom GS4 unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG), wobei die UEG durch Zündversuche im Autoklaven wie in DIN EN 1839:2017-04 beschrieben bestimmt wird. In particular, the volume fraction of oxygen; alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate; and optionally methanol in the gaseous outlet stream GS4 below the lower explosive limit (LEL), the LEL being determined by ignition tests in the autoclave as described in DIN EN 1839:2017-04.
Typischerweise enthält das in Verfahrensschritt (d) gelagerte Alkylmethacrylat-Reinprodukt mindestens einen Stabilisator, insbesondere mindestens einen Stabilisator, der durch molekularen Sauerstoff aktiviert wird. Bei Bedarf kann ein solcher Stabilisator in Verfahrensschritt (d) nochmals zugegeben werden. Bevorzugt werden die Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagervorrichtung in Verfahrensschritt (d) mit einer trockenen, sauerstoffhaltigen Atmosphäre versehen, welche die Oberfläche des gelagerten Alkylmethacrylat bedeckt, um den Sauerstoff zur Aktivierung des Stabilisators bereitzustellen. Beispielsweise kann die Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagervorrichtung mit einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung, beispielsweise mit Luft, durchströmt werden. Nach Reaktion des Sauerstoffs verbleibt eine Sauerstoffabgereicherte Gasmischung, die als Abgas aus dem Verfahrensschritt (d) austritt und welche typischerweise Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, enthält. The pure alkyl methacrylate product stored in process step (d) typically contains at least one stabilizer, in particular at least one stabilizer which is activated by molecular oxygen. If necessary, such a stabilizer can be added again in process step (d). The storage device and optionally the intermediate storage device in process step (d) are preferably provided with a dry, oxygen-containing atmosphere which covers the surface of the stored alkyl methacrylate in order to provide the oxygen for activating the stabilizer. For example, an oxygen-containing gas mixture, for example air, can flow through the storage device and optionally the intermediate storage device. After the oxygen has reacted, an oxygen-depleted gas mixture remains, which exits as waste gas from process step (d) and which typically contains alkyl methacrylate, in particular MMA.
Die Lagerung und die optionale Zwischenlagerung gemäß Verfahrensschritt (d) im Sinne der Erfindung kann in jeder dem Fachmann bekannten Lagervorrichtungen, wie beispielsweise Lagertanks, geschehen. Das Fassungsvolumen der Lagervorrichtung und der optionalen Zwischenlagervorrichtung ist in der Regel frei wählbar. Es hat sich bewährt, das Fassungsvolumen an Quantität und Häufigkeit der zu erwartenden Beschickungen und Entleerungen anzupassen. Für einen unterbrechungsfreien Betrieb ist eine Mindestkapazität vom 1,5-fachen des Volumens einer erwarteten Beschickung bevorzugt. The storage and the optional intermediate storage according to process step (d) within the meaning of the invention can take place in any storage devices known to those skilled in the art, such as storage tanks. The capacity of the storage device and the optional intermediate storage device can usually be freely selected. It has proven useful to adapt the capacity to the quantity and frequency of the expected loading and unloading. A minimum capacity of 1.5 times the volume of an expected load is preferred for uninterrupted operation.
Die konstruktive Ausführung der Lagervorrichtung und der optionalen Zwischenlagervorrichtung kann beispielsweise ein oberirdischer Tank sein umfassend eine vertikale Hülle, einen flachen Boden und eine konische Oberseite. Das gewählte Design sollte insbesondere eine gleichmäßige Durchmischung des Inhalts bei Beschickungsvorgängen ermöglichen. Die Aufstellung der Lagervorrichtung und der optionalen Zwischenlagervorrichtung kann zur Vermeidung von Beschädigungen und der Gefahr damit verbundener Produktaustritte auf einer Betonunterlage mit einem Betondeich mit ausreichendem Fassungsvermögen erfolgen. Bevorzugt sollte die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung sowie ggf. mit ihr verbundene Fördereinrichtungen auf Grund von Sicherheitsaspekten immer in einem eingedeichten und/oder ummauerten Bereich aufgestellt werden. Für eine vollständige Entleerung der Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung ist ein Tankschacht mit einer Bodenablaufleitung durch die Tankunterlage bevorzugt. Bevorzugt sind die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung überwiegend aus Stahl oder Edelstahl aufgebaut. Polyethylen, Polypropylen oder Fluorpolymere sind ebenfalls geeignet und können insbesondere für Dichtungen und Armaturen eingesetzt werden. The structural design of the storage device and the optional intermediate storage device can be, for example, an above-ground tank comprising a vertical shell, a flat bottom and a conical top. In particular, the chosen design should enable the contents to be mixed evenly during loading operations. The storage device and the optional intermediate storage device can be set up on a concrete base with a concrete dike with sufficient capacity to avoid damage and the risk of product spills. For safety reasons, the storage device and/or intermediate storage device and any conveyor devices connected to it should always be set up in a diked and/or walled-in area. A tank shaft with a floor drain line through the tank base is preferred for complete emptying of the storage device and/or intermediate storage device. The storage device and/or intermediate storage device are preferably constructed predominantly from steel or stainless steel. Polyethylene, polypropylene or fluoropolymers are also suitable and can be used in particular for seals and fittings.
Bevorzugt weisen die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung geeigneteThe storage device and/or intermediate storage device preferably have suitable
Sicherheitseinrichtungen auf, beispielsweise einen hitzeabweisenden Anstrich und/oder eine thermische Isolierung, um die Aufnahme thermischer Energie aus der Umgebung zu minimieren; eine elektrische Erdung zur Vermeidung des Energieeintrags durch Funken; Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung (z.B. Thermoelemente), um mögliche Polymerisationsereignis zu erkennen; Messeinrichtungen zur Bestimmung des Füllstands zur Vermeidung einer Überfüllung der Lagereinrichtung; ein Hochpegelschalter zum Schließen der Tankzuleitung. Als Füllstands-Messeinrichtung eignet sich beispielsweise ein mit trockenem, sauerstoffhaltigem Gas gespülter Differenzdruckmessumformer aus Stahl oder Edelstahl. Safety devices, such as a heat-resistant paint and / or thermal insulation to minimize the absorption of thermal energy from the environment; electrical grounding to avoid energy input from sparks; temperature monitoring devices (eg thermocouples) to detect possible polymerization events; Measuring devices for determining the fill level to avoid overfilling the storage facility; a high level switch to close the tank supply line. A differential pressure transmitter made of steel or stainless steel flushed with a dry, oxygen-containing gas is suitable as a level measuring device, for example.
Die Lagerung oder optional Zwischenlagerung gemäß Verfahrensschritt (d) sollte grundsätzlich bei einem Druck erfolgen, der höher als der Dampfdruck des entsprechenden Alkylmethacrylats, beispielsweise MMA, bei der Lagertemperatur ist. Die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung kann typischerweise eine Vorrichtung zur Druckentlastung aufweisen, insbesondere um eine Beschädigung infolge einer unkontrolliert auftretenden Polymerisationsreaktion zu verhindern. Typischerweise können solche Vorrichtung zur Druckentlastung Sollbruchstellen in Form von Nähten und/oder Dachkonstruktionen umfassen. Alternativ oder in Ergänzung können die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung mit beschwerten Mannlochabdeckungen oder Berstscheiben mit niedrigem Ansprechdruck ausgestattet sein. Oftmals können die Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung ein Druckausgleichsventil und/oder Überlaufvorrichtung umfassen, beispielsweise gewichtete Paletten- oder Atemventile mit flexiblen Membranen, Siegeltöpfe mit Glykol. The storage or optional intermediate storage according to process step (d) should in principle take place at a pressure which is higher than the vapor pressure of the corresponding alkyl methacrylate, for example MMA, at the storage temperature. The storage device and/or intermediate storage device can typically have a device for pressure relief, in particular to prevent damage as a result of a polymerization reaction occurring in an uncontrolled manner. Typically, such pressure relief devices may include predetermined breaking points in the form of seams and/or roof constructions. Alternatively or in addition, the storage device and/or intermediate storage device can be equipped with weighted manhole covers or bursting discs with a low response pressure. Often the storage device and/or intermediate storage device may include a pressure equalization valve and/or overflow device, for example weighted pallet or breathing valves with flexible diaphragms, sealing pots with glycol.
Bevorzugt erfolgt die Lagerung und optional Zwischenlagerung in Verfahrensschritt (d) bei solchen Temperaturen, die geeignet sind, die Verdampfung von Alkylmethacrylat, beispielsweise MMA, zu minimieren, aber bevorzugt keine separate Kühlung erforderlich machen. Bevorzugt erfolgt die Lagerung und optional Zwischenlagerung in Verfahrensschritt (d) bei Umgebungstemperatur. The storage and optional intermediate storage in process step (d) preferably takes place at temperatures which are suitable for minimizing the evaporation of alkyl methacrylate, for example MMA, but preferably do not necessitate separate cooling. The storage and optional intermediate storage in process step (d) preferably takes place at ambient temperature.
Insbesondere umfasst die Lagerung oder optional Zwischenlagerung gemäß Verfahrensschritt (d) mindestens eine Entlüftungsvorrichtung, insbesondere, um Korrosion und Polymerisation zu verhindern. In particular, the storage or optionally intermediate storage according to process step (d) comprises at least one venting device, in particular to prevent corrosion and polymerization.
Zur Gewährleistung einer geringen Wasserdampfkonzentration im Gasraum der Lagervorrichtung und/oder Zwischenlagervorrichtung kann ein Trockenmittel verwendet werden. Geeignete Trockenmittel umfassen beispielsweise Aluminiumoxid, Molekularsiebe und Calciumchlorid. Das Trockenmittel kann beispielsweise an der Entlüftungsleitung, der Füllgas-Leitung zur Einleitung der Sauerstoff-haltigen Gasmischung oder der Einlass-Leitung des Stabilisators installiert werden. Das Trockenmittel wird bevorzugt in geeigneten Zeitintervallen erneuert, typischerweise alle 3 bis 6 Monate, um die Wirksamkeit sicherzustellen und ein Blockieren durch Polymer zu verhindern. A desiccant can be used to ensure a low water vapor concentration in the gas space of the storage device and/or intermediate storage device. Suitable desiccants include, for example, alumina, molecular sieves, and calcium chloride. The desiccant can, for example, on the vent line, the Filling gas line for introducing the oxygen-containing gas mixture or the inlet line of the stabilizer can be installed. The desiccant is preferably refreshed at appropriate time intervals, typically every 3 to 6 months, to ensure effectiveness and prevent polymer blocking.
Absorption des gasförmigen Auslass-Stroms GS in Schritt (e) Absorption of the gaseous outlet stream GS in step (e)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Verfahrensschritt (e) die Absorption eines gasförmigen Auslass-Stroms GS, wobei mindestens ein gasförmiger Auslass-Strom, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, mit mindestens zwei flüssigen Absorptionsmitteln behandelt wird, wobei mindestens ein Alkylmethacrylat-beladenes Absorptionsmittel erhalten wird, und wobei die flüssigen Absorptionsmittel mindestens ein Alkohol-haltiges, bevorzugt Methanol-haltiges, Absorptionsmittel und mindestens ein wässriges Absorptionsmittel umfassen. In process step (e), the process according to the invention comprises the absorption of a gaseous outlet stream GS, with at least one gaseous outlet stream obtained in process step b, c and/or d being treated with at least two liquid absorbents, with at least one alkyl methacrylate loaded absorbent is obtained, and wherein the liquid absorbent comprises at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and at least one aqueous absorbent.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt (e) ein Alkylmethacrylat- abgereicherter gasförmiger Auslass-Strom nach der Behandlung mit den mindestens zwei flüssigen Absorptionsmitteln erhalten. Typischerweise wird dieser Alkylmethacrylat- abgereicherte gasförmige Auslass-Strom, optional nach einer thermischen Behandlung, aus dem Verfahren ausgeschleust (z.B. Strom (9)). Bevorzugt enthält dieser ausgeschleuste Abgas-Strom weniger als 5 g Alkylmethacrylat, insbesondere MMA, pro Kubikmeter Abgas. In a preferred embodiment, in process step (e) an alkyl methacrylate-depleted gaseous outlet stream is obtained after treatment with the at least two liquid absorbents. Typically, this alkyl methacrylate-depleted gaseous outlet stream is discharged from the process, optionally after thermal treatment (e.g. stream (9)). This discharged exhaust gas stream preferably contains less than 5 g of alkyl methacrylate, in particular MMA, per cubic meter of exhaust gas.
Erfindungsgemäß wird das mindestens eine Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel, welches nach der Behandlung des gasförmige Auslass-Stroms GS in Verfahrensschritt (e) erhalten wird, in flüssiger Form zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den Verfahrensschritt (b) (Veresterung) und optional teilweise in den Verfahrensschritt c zugeführt. Insbesondere bevorzugt stellt das Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel eine Mischung des Alkohol-haltigen Absorptionsmittels und des wässrigen Absorptionsmittels, jeweils in Alkylmethacrylat-beladener Form, dar. According to the invention, the at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent, which is obtained after the treatment of the gaseous outlet stream GS in process step (e), is in liquid form at least partially, preferably completely, in process step (b) (esterification) and optionally partially in supplied to process step c. The alkyl methacrylate-loaded absorption medium is particularly preferably a mixture of the alcohol-containing absorption medium and the aqueous absorption medium, each in alkyl methacrylate-loaded form.
Die in den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten freiwerdenden Alkylmethacrylat- haltigen, z.B. MMA-haltigen, gasförmigen Auslass-Ströme, werden in Verfahrensschritt (e) mit einer flüssigen Phase als Absorptionsmittel in Kontakt gebracht, welches bevorzugt eine hohe Kapazität zur Aufnahme von Alkylmethacrylat-Dämpfen, z.B. MMA-Dämpfen, aufweist (Aufnehmerphase). In der Regel wird das Alkylmethacrylat, z.B. MMA, durch Stoffaustausch in der flüssigen Phase gelöst und zugleich in der Gasphase abgereichert. Enthält die Gasphase ausschließlich Alkylmethacrylat, z.B. MMA, kann die Gasphase durch den Absorptionsvorgang vollständig verschwinden. Enthält die Gasphase, wie im vorliegenden Verfahren, neben Alkylmethacrylat, z.B. MMA, noch weitere gasförmige Bestandteile, die eine im Vergleich zum Alkylmethacrylat, z.B. MMA, geringere Löslichkeit im Absorptionsmittel aufweisen, verbleiben diese in der Gasphase und verlassen den Absorptionsschritt (e) als Alkylmethacrylat-abgereicherter, z.B. MMA-abgereicherter, gasförmiger Auslass-Strom. Grundsätzlich kann eine Absorption durch physikalische Wechselwirkungen (physikalische Absorption) zwischen dem Absorptionsmittel und dem zu absorbierenden Stoff/Stoffen wie auch durch chemische Reaktion (chemische Absorption) bewirkt oder begünstigt werden. In Verfahrensschritt (e) zur Abtrennung von Alkylmethacrylat, z.B. MMA, mit Hilfe von Alkohol und Wasser, z.B. Methanol und Wasser, werden die beschriebenen, intramolekularen Wechselwirkungen zu Gunsten des Absorptionsvorgangs ausgenutzt. The liberated in the process steps described above Alkylmethacrylat- containing, eg MMA-containing, gaseous outlet streams are in process step (e) with a liquid phase as an absorbent in contact, which preferably has a high capacity for absorbing alkyl methacrylate vapors, eg MMA vapors (pickup phase). As a rule, the alkyl methacrylate, for example MMA, is dissolved in the liquid phase by mass transfer and at the same time is depleted in the gas phase. If the gas phase contains only alkyl methacrylate, such as MMA, the gas phase can through the absorption process disappear completely. If, as in the present process, the gas phase contains, in addition to alkyl methacrylate, eg MMA, other gaseous components which are less soluble in the absorbent than alkyl methacrylate, eg MMA, these remain in the gas phase and leave absorption step (e) as alkyl methacrylate -depleted, eg MMA-depleted, gaseous outlet stream. In principle, absorption can be brought about or promoted by physical interactions (physical absorption) between the absorbent and the substance/substances to be absorbed as well as by chemical reaction (chemical absorption). In process step (e) for separating off alkyl methacrylate, for example MMA, with the aid of alcohol and water, for example methanol and water, the intramolecular interactions described are utilized in favor of the absorption process.
Bevorzugt sind grundsätzlich Absorptionsmittel, die eine höhe Löslichkeit für das jeweilige Alkylmethacrylat, z.B. MMA, und mit diesem keine Mischungslücke aufweisen. Besonders bevorzugt werden Absorptionsmittel ausgewählt, die unverändert in die vorangegangenen Verfahrensschritte eingebracht werden können und in diesen zur Bildung des Alkylmethacrylat-Zielprodukts, z.B. MMA, beiträgt. In principle, preference is given to absorbents which have a high solubility for the respective alkyl methacrylate, e.g. MMA, and which have no miscibility gap with it. Absorbents are particularly preferably selected which can be introduced unchanged into the preceding process steps and contribute to the formation of the alkyl methacrylate target product, e.g. MMA, therein.
Erfindungsgemäß wird in Verfahrensschritt (e) mindestens ein Alkohol-haltiges, bevorzugt Methanol-haltiges, Absorptionsmittel eingesetzt. Insbesondere bevorzugt enthält dieses Alkohol-haltige Absorptionsmittel mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Alkohol-haltige Absorptionsmittel, Alkohol, bevorzugt Methanol. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Alkohol-haltige Absorptionsmittel mindestens 99 Gew.-% Methanol. According to the invention, at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent is used in process step (e). This alcohol-containing absorbent particularly preferably contains at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, based on the total alcohol-containing absorbent, alcohol, preferably methanol. In a preferred embodiment, the alcohol-containing absorbent contains at least 99% by weight of methanol.
Für die Herstellung anderer Alkylmethacrylate wird bevorzugt ein entsprechender Alkohol als Absorptionsmittel eingesetzt. Vorteilhaft kann das mit Alkylmethacrylat-beladene und Alkohol-haltige Absorptionsmittel direkt in den Verfahrensschritt (b) der Veresterung eingebracht werden und dort mit der reaktiven MMA-Vorläuferverbindung, bevorzugt MASA, zu Alkylmethacrylat, beispielsweise MMA, reagiert. A corresponding alcohol is preferably used as an absorbent for the preparation of other alkyl methacrylates. The absorbent loaded with alkyl methacrylate and containing alcohol can advantageously be introduced directly into process step (b) of the esterification and reacted there with the reactive MMA precursor compound, preferably MASA, to form alkyl methacrylate, for example MMA.
Erfindungsgemäß umfasst der Verfahrensschritt (e) zudem, dass der gasförmige Auslass- Strom GS, mit mindestens einem wässrigen Absorptionsmittel behandelt wird. According to the invention, process step (e) also includes treating the gaseous outlet stream GS with at least one aqueous absorbent.
Typischerweise enthält dieses wässrige Absorptionsmittel mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, bezogen auf das gesamte wässrige Absorptionsmittel, Wasser. Insbesondere kann vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) oder Leitungswasser als wässriges Absorptionsmittel verwendet werden. Typically, this aqueous absorbent contains at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, based on the total aqueous absorbent, water. In particular, deionized water (DI water) or tap water can be used as an aqueous absorbent.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Absorption in Verfahrensschritt (e): mindestens einen ersten Absorptionsschritt (e1), in dem der gasförmige Auslass- Strom GS mit einem ersten flüssigen, Alkohol-haltigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol, behandelt wird, wobei ein Alkylmethacrylat-beladenes Absorptionsmittel und ein Alkohol-angereicherter Gasstrom erhalten werden; und mindestens einen zweiten Absorptionsschritt (e2), in dem der Alkohol-angereicherte Gasstrom (aus (e1)) mit einem zweiten, wässrigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser, behandelt wird, wobei ein Alkohol-beladenes wässriges Absorptionsmittel erhalten wird. In a preferred embodiment, the absorption in process step (e) comprises: at least one first absorption step (e1), in which the gaseous outlet stream GS is mixed with a first liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol , is treated to obtain an alkyl methacrylate-loaded absorbent and an alcohol-enriched gas stream; and at least one second absorption step (e2) in which the alcohol-enriched gas stream (from (e1)) is treated with a second, aqueous absorbent containing at least 50% by weight water, an alcohol-loaded aqueous absorbent being obtained .
In der Regel soll durch den zweiten Absorptionsschritt (e2) mit dem zweiten wässrigen Absorptionsmittel, der Alkohol, insbesondere das Methanol, aus dem Alkohol-angereicherten Gasstrom, welcher im ersten Absorptionsschritt (e1) erhalten wird, in die wässrige Phase (Aufnehmerphase) überführt werden. Das Alkohol-beladene Absorptionsmittel kann bevorzugt in die Veresterung in Verfahrensschritt (b) geführt werden. As a rule, the alcohol, in particular the methanol, from the alcohol-enriched gas stream, which is obtained in the first absorption step (e1), is to be converted into the aqueous phase (receiver phase) by the second absorption step (e2) with the second aqueous absorption medium . The alcohol-loaded absorbent can preferably be fed into the esterification in process step (b).
Bevorzugt werden das Alkohol-beladene wässrigen Absorptionsmittel, welches im zweiten Absorptionsschritt (e2) erhalten wird, und das Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel, welches im ersten Absorptionsschritt (e2) erhalten wird, zumindest teilweise in den Verfahrensschritt (b) (Veresterung) und optional teilweise in den Verfahrensschritt (c) zugeführt. Hierbei können die beiden beladene Absorptionsmittel aus (e1) und (e2) getrennt oder vereinigt zurückgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden beide beladenen Absorptionsmittel vollständig in die Veresterung in Verfahrensschritt (b) zurückgeführt. Insbesondere kann somit die in der Veresterung benötigte Menge an Frisch- Alkohol und Frisch-Wasser reduziert werden. Preferably, the alcohol-loaded aqueous absorbent obtained in the second absorption step (e2) and the alkyl methacrylate-loaded absorbent obtained in the first absorption step (e2) are at least partly in the process step (b) (esterification) and optionally partly supplied to process step (c). In this case, the two loaded absorbents from (e1) and (e2) can be recycled separately or combined. In a preferred embodiment, both loaded absorbents are completely returned to the esterification in process step (b). In particular, the amount of fresh alcohol and fresh water required in the esterification can thus be reduced.
Der erste Absorptionsschritt (e1) und der zweite Absorptionsschritt (e2) können in mindestens zwei verschiedenen, getrennten Absorptionsvorrichtungen (Waschapparaten) oder in einer Absorptionsvorrichtung durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Absorption in Verfahrensschritt (e) die folgenden Schritte: The first absorption step (e1) and the second absorption step (e2) can be carried out in at least two different, separate absorption devices (washers) or in one absorption device. In a preferred embodiment, the absorption in process step (e) comprises the following steps:
(e1) Behandeln des gasförmigen Auslass-Stroms GS, bevorzugt ein oder mehrere gasförmige Auslass-Ströme, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, in einer ersten Absorptionsvorrichtung mit einem flüssigen, Alkohol-haltigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol; wobei ein Alkoholangereicherter Gasstrom erhalten wird, und (e1) treating the gaseous outlet stream GS, preferably one or more gaseous outlet streams obtained in process step b, c and/or d, in a first absorption device with a liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight. % alcohol, preferably methanol; whereby an alcohol-enriched gas stream is obtained, and
(e2) Behandeln des Alkohol-angereicherten Gasstroms, welcher in Verfahrensschritt (e1) erhalten wird, in einer zweiten Absorptionsvorrichtung mit einem wässrigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser. (e2) treating the alcohol-enriched gas stream obtained in process step (e1) in a second absorption device with an aqueous absorbent containing at least 50% by weight water.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Absorption in Verfahrensschritt (e) in einer einzigen Absorptionsvorrichtung durchgeführt, wobei ein oder mehrere gasförmige Auslass-Ströme, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, im unteren Teil der Absorptionsvorrichtung zugeführt werden, und die mindestens zwei flüssigen Absorptionsmittel im oberen Teil des Apparates, bevorzugt an verschiedenen Stellen, zugegeben werden. Hierbei werden der gasförmige Auslass-Strom und die mindestens zwei Absorptionsmittel bevorzugt im Gegenstrom geführt. In another preferred embodiment, the absorption in process step (e) is carried out in a single absorption device, with one or more gaseous outlet streams obtained in process step b, c and/or d being fed to the lower part of the absorption device, and the at least two liquid absorbents are added in the upper part of the apparatus, preferably at different points. In this case, the gaseous outlet stream and the at least two absorbents are preferably conducted in countercurrent.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Absorption in Verfahrensschritt (e) in einer einzigen Absorptionsvorrichtung durchgeführt wird, wobei ein oder mehrere gasförmige Auslass-Ströme, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, im unteren Teil der Absorptionsvorrichtung zugeführt werden; in einem ersten Absorptionsschritt (e1) mindestens ein flüssiges, Alkohol-haltiges Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol; oberhalb der Zufuhr der gasförmigen Auslass-Ströme zuführt wird; in einem zweiten Absorptionsschritt (e2) mindestens ein wässriges Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser, oberhalb der Zufuhr des Alkohol-haltigen Absorptionsmittel zugeführt wird; und wobei der gasförmige Auslass-Strom und die mindestens zwei Absorptionsmittel im Gegenstrom geführt werden. Insbesondere ist hierbei die einzige Absorptionsvorrichtung ein Trennapparat, der mindestens zwei getrennte Packungen umfasst, insbesondere Packungen zur Absorption von MMA mit Methanol und Packungen zur Absorption von Methanol mit Wasser. In a further preferred embodiment, the absorption in process step (e) is carried out in a single absorption device, whereby one or more gaseous outlet streams obtained in process step b, c and/or d are fed in the lower part of the absorption device; in a first absorption step (e1) at least one liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol; is fed above the feed of the gaseous outlet streams; in a second absorption step (e2), at least one aqueous absorbent containing at least 50% by weight of water is fed in above the inlet of the alcohol-containing absorbent; and wherein the gaseous outlet stream and the at least two absorbents are passed countercurrently. In particular, the only absorption device here is a separating apparatus which comprises at least two separate packings, in particular packings for absorbing MMA with methanol and packings for absorbing methanol with water.
Es ist zudem möglich, dass das mindestens eine Alkohol-haltige, bevorzugt Methanolhaltige, Absorptionsmittel und das mindestens ein wässrige Absorptionsmittel als Mischung gemeinsam in die Absorption in Verfahrensschritt (e), z.B. in die einzige Absorptionsvorrichtung, zugegeben werden. It is also possible for the at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and the at least one aqueous absorbent to be added together as a mixture in the absorption in process step (e), e.g. in the single absorption device.
Bevorzugt wird in der Absorption in Verfahrensschritt (e) der gasförmige Auslass-Strom GS mit 0,1 bis 5,0 kg flüssigen Absorptionsmitteln pro m3 gasförmiger Auslass-Strom GS (bezogen auf die Summe der Absorptionsmittel ) und bei einer Temperatur von 5 bis 40 °C behandelt. Bevorzugt weisen die mindestens zwei Absorptionsmittel, die zur Absorption in Verfahrensschritt (e) eingesetzt werden, eine Temperatur im Bereich von 5 bis 30 °C auf und es stellt sich im Fährbetrieb der Absorption in Verfahrensschritt (e) eine Temperatur im Bereich von 5 bis 40 °C ein. In the absorption in process step (e), preference is given to the gaseous outlet stream GS with 0.1 to 5.0 kg of liquid absorbents per m 3 gaseous outlet stream GS (based on the sum of the absorbents) and at a temperature of 5 to treated at 40 °C. Preferably, the at least two absorbents used for the absorption in process step (e) have a temperature in the range from 5 to 30° C., and a temperature in the range from 5 to 40° C. occurs in the absorption operation in process step (e). °C on.
In der Absorption in Verfahrensschritt (e) können übliche und dem Fachmann bekannte Absorptionsvorrichtungen eingesetzt werden. Insbesondere können dem Fachmann bekannten Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparate (Wäscher), die beispielsweise in der Luftreinhaltung eingesetzt werden, verwendet werden. Diese sind typischerweise in einer Vielzahl von Typen und Größen erhältlich, um eine oder mehrere gasförmige Komponenten aus einem Gasstrom durch Massentransfer (Diffusion) zu entfernen und in eine flüssige Phase zu überführen. Die Gas- und die Flüssigphase können in den erfindungsgemäß eingesetzten Wäschern auf verschiedene Weisen miteinander in Kontakt gebracht werden. In einer ersten möglichen konstruktiven Ausführungsform wird das Gas in die zusammenhängende flüssige Aufnehmer-Phase (Absorptionsmittel) hinein dispergiert, z.B. in einem Kolonnenabsorber mit Austauschböden, einer Blasensäule, einem Gefäßabsorber oder einem Dispergier-Rührwerk. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die flüssige Aufnehmer-Phase (Absorptionsmittel) in das zusammenhängende Gas hinein versprüht werden, z.B. in einem Freiraumwäscher ohne Einbauten wie Venturi-, Injektor-, Sprüh-, Ringspalt-, Radialstromwäscher oder einem Wäscher mit rotierenden Einbauten wie Rotations-, Kreuzschleier-, Tellerwäscher. Conventional absorption devices known to those skilled in the art can be used in the absorption in process step (e). In particular, gas-liquid contact apparatus (scrubbers) known to the person skilled in the art, which are used, for example, in air pollution control, can be used. These typically come in a variety of types and sizes for removing one or more gaseous components from a gas stream by mass transfer (diffusion) and converting it to a liquid phase. The gas phase and the liquid phase can be brought into contact with one another in various ways in the scrubbers used according to the invention. In a first possible constructive embodiment, the gas is dispersed into the continuous liquid receiver phase (absorbent), e.g. in a column absorber with exchangeable trays, a bubble column, a vessel absorber or a dispersing agitator. In another possible embodiment, the liquid receiver phase (absorbent) can be sprayed into the continuous gas, e.g. in a free-space scrubber without internals such as venturi, injector, spray, annular gap, radial flow scrubber or a scrubber with rotating internals such as rotary -, cross veil, dishwasher.
Bevorzugt werden in der Absorption in Verfahrensschritt (e) übliche und dem Fachmann bekannte Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparate als Absorptionsvorrichtung eingesetzt, bei denen eine zusammenhängende Gasphase und ein Film aus der zusammenhängenden Aufnehmer-Phase (Absorptionsmittel) in Kontakt gebracht werden, wobei der Film beispielsweise auf einer feststehenden oder bewegten Unterlagen ausgebreitet ist. Beispiele hierfür sind Kolonnenabsorber mit regellos geschütteten Füllkörpern oder Packungen, Wirbelschichtabsorber, Rieselfilm- oder Oberflächenabsorber. Diese Absorptionsvorrichtung zeichnen sich typischerweise durch kleinen Druckverlust von ca. 2 bis 5 mbar/m aus, erlauben eine variierbare Gasbelastung und gestatten - ebenso wie Bodenkolonnen - die Realisierung einer hohen Zahl theoretischer Trennstufen. Gas-liquid contact apparatuses which are customary and known to those skilled in the art are preferably used as the absorption device in the absorption in process step (e). in which a continuous gas phase and a film of the continuous receiver phase (absorbent) are brought into contact, the film being spread out on a stationary or moving support, for example. Examples of this are column absorbers with random packing, fluidized bed absorbers, falling film absorbers or surface absorbers. This absorption device is typically characterized by a small pressure drop of about 2 to 5 mbar/m, allows a variable gas loading and, like tray columns, allows the realization of a large number of theoretical separation stages.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Absorptionsvorrichtung in Verfahrensschritt (e) gepackte Türme verwendet, die herkömmlicherweise bei der Gasabsorption verwendet werden. Diese bestehen beispielsweise aus zylindrischen Kolonnen, die mit einem Gaseinlass und einem Verteilungsraum am Boden, einem Flüssigkeitseinlass und Verteilungsraum am Kopf sowie Flüssigkeits- und Gasauslässen am Boden bzw. am Kopf versehen sind. Typischerweise enthält die Kolonne Platten, Siebe, Böden, Füllkörperschüttungen oder strukturierte Packung, typischerweise aus einem chemisch inerten, festen Material. In a preferred embodiment, packed towers conventionally used in gas absorption are used as the absorption device in process step (e). These consist, for example, of cylindrical columns provided with a gas inlet and a distribution space at the bottom, a liquid inlet and distribution space at the top, and liquid and gas outlets at the bottom and at the top, respectively. Typically, the column contains plates, screens, trays, random or structured packing, typically of a chemically inert, solid material.
Beispielsweise kann die Absorption in Verfahrensschritt (e) in einer berieselten Packungskolonne durchgeführt werden, wobei das flüssige Absorptionsmittel (Aufnehmer- Phase) von oben über die Packung läuft und diese einheitlich abwärts benetzt. Die gasförmigen Auslass-Ströme treten normalerweise von unten in die Kolonne ein, werden über den Bodenteil verteilt und strömen aufwärts durch die Zwischenräume der Packung im Gegenstrom zum flüssigen Absorptionsmittel. Eine äußere Kühlung der Kolonne kann vorgesehen werden, um den Absorptionsgrad weiter zu steigern. Die Kolonnenpackung kann jedes gegenüber den verwendeten Flüssigkeiten chemisch inertes Material von vorzugsweise geringer Schüttdichte sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Stahl, Edelstahl, Porzellan, Glas, Keramik oder PTFE sowie PTFE/PFA/PVDF ausgekleidete GFK Werkstoffe. Vorteilhaft können Schüttungen aus regulär-geformten Einheiten, wie Ringe, Grids, Spiralen und zerkleinerte Feststoffe, eingesetzt werden. For example, the absorption in process step (e) can be carried out in an irrigated packed column, the liquid absorbent (receiver phase) running from above over the packing and uniformly wetting it downwards. The gaseous outlet streams normally enter the column from the bottom, are distributed over the tray and flow upwards through the interstices of the packing countercurrent to the liquid absorbent. External cooling of the column can be provided in order to further increase the degree of absorption. The column packing can be any material which is chemically inert to the liquids used and preferably has a low bulk density. Suitable materials are, for example, steel, stainless steel, porcelain, glass, ceramics or PTFE as well as GRP materials lined with PTFE/PFA/PVDF. Beds of regularly shaped units, such as rings, grids, spirals and comminuted solids, can advantageously be used.
Grundsätzlich kann die Absorption in Verfahrensschritt (e) in Gegenstrom-, in Gleichstromoder in einer Kombination aus Gleichstrom- und Gegenstrom-Vorrichtungen durchgeführt werden. Typischerweise kann die Gleichstrom-Absorption durch den Einsatz von Strahlpumpen oder Düsen realisiert wird. Hierbei wird das zu behandelnde Abgas mit einem feinverteilten, flüssigen Absorptionsmittel in Kontakt gebracht, um eine möglichst große Oberfläche für den Stoffaustausch zu schaffen. Beschreibung der Figuren In principle, the absorption in process step (e) can be carried out in countercurrent, in cocurrent or in a combination of cocurrent and countercurrent devices. Typically, cocurrent absorption can be realized through the use of jet pumps or nozzles. Here, the exhaust gas to be treated is brought into contact with a finely divided, liquid absorbent in order to create the largest possible surface area for mass transfer. Description of the figures
Figur 1 beschreibt das stark verallgemeinertes Reaktionsnetzwerk der Bildung von Methylmethacrylat aus reaktiven MMA-Vorläuferverbindungen, die wahlweise aus dem C2- Baustein Ethylen, dem C3-Baustein Aceton oder dem C4-Baustein Isobuten erzeugt werden können. FIG. 1 describes the highly generalized reaction network for the formation of methyl methacrylate from reactive MMA precursor compounds, which can be generated from either the C2 building block ethylene, the C3 building block acetone or the C4 building block isobutene.
Ausgehend von Ethylen wird dieses im BASF-Verfahren zunächst hydroformyliert und der resultierende Propionaldehyd mit durch Oxidation von Methanol gebildetem Formaldehyd zu Methacrolein kondensiert. Nach Gasphasenoxidation resultiert Methacrylsäure als reaktive MMA-Vorläuferverbindung, die mit Methanol direkt zu MMA verestert werden kann. Im Alpha-Verfahren wird aus Ethylen durch Methoxycarbonylierung direkt die reaktive MMA- Vorläuferverbindung Methylpropionat gebildet, die mit durch Oxidation von Methanol gebildetem Formaldehyd zu MMA kondensiert wird. Starting from ethylene, this is first hydroformylated in the BASF process and the resulting propionaldehyde is condensed with formaldehyde formed by oxidation of methanol to give methacrolein. After gas-phase oxidation, methacrylic acid results as a reactive MMA precursor compound that can be directly esterified with methanol to give MMA. In the alpha process, the reactive MMA precursor compound methyl propionate is formed directly from ethylene by methoxycarbonylation, which is condensed with formaldehyde formed by oxidation of methanol to give MMA.
Beim Li MA-Verfahren wird das analog dem BASF-Verfahren durch Hydroformylierung und nachfolgende Kondensation mit Formaldehyd aus Ethylen gebildete Methacrolein (reaktive MMA-Vorläuferverbindung) direkt oxidativ mit Methanol zu MMA verestert. In the Li MA process, the methacrolein (reactive MMA precursor compound) formed analogously to the BASF process by hydroformylation and subsequent condensation with formaldehyde from ethylene is directly oxidatively esterified with methanol to form MMA.
Ausgehend von Aceton und Blausäure wird bei den C3-basierten Verfahren zunächst unter Zugabe eines basischen Katalysators (z.B. Diethylamin Et2NH oder Alkalihydroxide) Acetoncyanhydrin (ACH) hergestellt. Das Acetoncyanhydrin wird im ACH-Sulfo-Verfahren mit Schwefelsäure in mehreren Reaktionsschritten zur reaktiven MMA-Vorläuferverbindung Methacrylamid-hydrogensulfat (MASA H2SO4) umgesetzt, das nachfolgend durch Hydrolyse zu Methacrylsäure (MAS) oder durch Veresterung mit Methanol (MeOH) zu Methylmethacrylat (MMA) umgewandelt werden. Alternativ führen das Aveneer-Verfahren und das Mitsubishi-Gas-Chemical-Verfahren über die reaktive MMA-Vorläuferverbindung 2- HIBA, die aus ACH durch Hydrolyse gewonnen wird. In the C3-based process, starting with acetone and hydrocyanic acid, acetone cyanohydrin (ACH) is first produced with the addition of a basic catalyst (e.g. diethylamine Et2NH or alkali hydroxides). The acetone cyanohydrin is reacted with sulfuric acid in several reaction steps in the ACH sulfo process to form the reactive MMA precursor compound methacrylamide hydrogen sulfate (MASA H2SO4), which is then hydrolyzed to form methacrylic acid (MAS) or esterified with methanol (MeOH) to form methyl methacrylate (MMA). being transformed. Alternatively, the Aveneer process and the Mitsubishi Gas Chemical process lead via the reactive MMA precursor compound 2-HIBA, which is derived from ACH by hydrolysis.
Ausgehend vom C4-Baustein Isobuten kann dieses in einer Gasphasenoxidation zunächst zu Methacrolein umgesetzt werden, welches analog der dritten Stufe des BASF-Verfahrens in einer weiteren Gasphasenreaktion zur reaktiven MMA-Vorläuferverbindung Methacrylsäure oxidiert wird. Die anschließende Veresterung mit Methanol führt wiederum zu MMA. MMA kann weiterhin unter Freisetzung von Methanol mit anderen Alkoholen zu Alkylmethacrylaten umgeestert werden. Je nach gewählter Prozessvariante kann es zudem wirtschaftlich sein, aus MMA zudem Methacrylsäure durch Hydrolyse herzustellen. Starting from the C4 building block isobutene, this can first be converted in a gas-phase oxidation to methacrolein, which is oxidized in a further gas-phase reaction to form the reactive MMA precursor compound methacrylic acid, analogously to the third stage of the BASF process. Subsequent esterification with methanol leads in turn to MMA. MMA can also be transesterified with other alcohols to form alkyl methacrylates with the release of methanol. Depending on the process variant selected, it can also be economical to also produce methacrylic acid from MMA by hydrolysis.
Figur 2 (Schema zu den Vergleichsbeispielen V1 und V2) zeigt ein Fließschema der Herstellung von MMA umfassend die Verfahrensschritte a Herstellen einer reaktiven MMA- Vorläuferverbindung, b Umsetzung der reaktiven MMA-Vorläuferverbindung mit Methanol zu einem MMA-Rohprodukt, c thermische Aufreinigung des MMA-Rohprodukt zu einem MMA- Reinprodukt und d Lagerung des MMA-Reinprodukts sowie f eine Behandlung der aus den genannten Verfahrensschritten resultierenden gasförmigen Auslassströme in einer Kondensation f. FIG. 2 (scheme for comparative examples V1 and V2) shows a flow chart for the preparation of MMA, comprising the process steps a preparation of a reactive MMA precursor compound, b reaction of the reactive MMA precursor compound with methanol to form an MMA crude product, c thermal purification of the MMA Crude product to form a pure MMA product and d storage of the pure MMA product and f treatment of the gaseous outlet streams resulting from the process steps mentioned in a condensation f.
Verfahrensschritt a umfasst das Herstellen einer Mischung aus Methacrylamid (MASA), Methacrylsäure (MAS) sowie Hydroxyisobuttersäureamid (HIBA) als MMA- Vorläuferverbindung durch Umsetzung von Acetoncyanhydrin 16 (ACH) mit Schwefelsäure 17 mittels Amidierung und Konvertierung in Reaktoren a. Aus Verfahrensschritt a wird ein Kohlenstoffmonoxid- und Schwefeldioxid-haltiger Gasstrom GS1 abgeführt. Der Gasstrom GS1 kann entweder über 1b der Veresterung in Verfahrensschritt b zugeführt werden und/oder über 1c und 12 aus dem Verfahren ausgeschleust werden und/oder über 1a und 5 dem Kondensationsschritt f zugeführt werden. Process step a comprises the production of a mixture of methacrylamide (MASA), methacrylic acid (MAS) and hydroxyisobutyric acid amide (HIBA) as MMA precursor compound by reacting acetone cyanohydrin 16 (ACH) with sulfuric acid 17 by means of amidation and conversion in reactors a. A gas stream GS1 containing carbon monoxide and sulfur dioxide is discharged from process step a. The gas stream GS1 can either be fed to the esterification in process step b via 1b and/or discharged from the process via 1c and 12 and/or fed to the condensation step f via 1a and 5.
Anschließend wird die erhaltenen zweite Reaktionsmischung mit Methanol 6 und Wasser 8 mittels Veresterung in Reaktoren b (Verfahrensschritt b) umgesetzt, wobei ein MMA- Rohprodukt (dritte Reaktionsmischung) erhalten wird. Aus Verfahrensschritt b wird ein MMA- haltiger Gasstrom GS2 abgeführt, welcher bevorzugt höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff enthält. Der Gasstrom GS2 kann entweder über 2b und 12 aus dem Verfahren ausgeschleust werden und/oder über 2a und 5 dem Kondensationsschritt f zugeführt werden. The second reaction mixture obtained is then reacted with methanol 6 and water 8 by esterification in reactors b (process step b), a crude MMA product (third reaction mixture) being obtained. An MMA-containing gas stream GS2, which preferably contains at most 10% by volume of oxygen, is discharged from process step b. The gas stream GS2 can either be discharged from the process via 2b and 12 and/or fed to the condensation step f via 2a and 5.
Das MMA-Rohprodukt wird in den Vorrichtungen c (Verfahrensschritt c) thermisch aufgearbeitet, wobei MMA aus dem MMA-Rohprodukt abgetrennt wird, wobei in einem ersten destillativen Schritt Leichtsieder aus dem MMA-Rohprodukt und in einem zweiten destillativen Schritt Schwersieder vom MMA-Rohprodukt abgetrennt werden, wobei ein MMA-Reinprodukt 13, als Kopf-Fraktion erhalten wird. Aus Verfahrensschritt c wird ein MMA- haltiger Gasstrom GS3 abgeführt, welcher bevorzugt höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff enthält. Der Gasstrom GS3 kann entweder über 3b und 12 aus dem Verfahren ausgeschleust werden und/oder über 3a und 5 dem Kondensationsschritt f zugeführt werden. Anschließend wird das MMA-Reinprodukt 13 in einen Lagertank d (Verfahrensschritt d) geführt, welcher mit einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung 15 durchströmt wird. Aus dem Lagertank wird ein M MA-haltiger Gasstrom GS4 abgeführt, welcher bevorzugt mindestens 10 Vol.-% Sauerstoff enthält, und dessen Gehalt an brennbaren Stoffen bevorzugt unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) liegt. Der Gasstrom GS4 kann entweder über 4b und 12 aus dem Verfahren ausgeschleust werden und/oder über 4a und 5 dem Kondensationsschritt f zugeführt werden. Aus dem Lagertank d wird der Produktstrom 14 des Alkylmethacrylat-Reinprodukts abgeführt. The MMA crude product is thermally processed in the devices c (process step c), with MMA being separated from the MMA crude product, with low boilers being separated from the MMA crude product in a first distillation step and high boilers being separated from the MMA crude product in a second distillation step be, with a pure MMA product 13, is obtained as overhead fraction. An MMA-containing gas stream GS3, which preferably contains at most 10% by volume of oxygen, is discharged from process step c. The gas stream GS3 can either be discharged from the process via 3b and 12 and/or fed to the condensation step f via 3a and 5. The pure MMA product 13 is then fed into a storage tank d (method step d), through which an oxygen-containing gas mixture 15 flows. An M MA-containing gas stream GS4, which preferably contains at least 10% by volume of oxygen and whose content of combustible substances is preferably below the lower explosion limit (LEL), is discharged from the storage tank. The gas stream GS4 can either be discharged from the process via 4b and 12 and/or fed to the condensation step f via 4a and 5. The product stream 14 of the pure alkyl methacrylate product is discharged from the storage tank d.
Die aus den Verfahrensschritten a, b, c und/oder d resultierenden gasförmigen Auslass- Ströme 5, insbesondere gebildet durch einen oder mehreren der Ströme GS1 / 1a, GS2 / 2a, GS3 / 3aund/oder GS4 / 4a werden in die Kondensationsvorrichtung f geführt, wobei das in Verfahrensschritt f gewonnene Kondensat über 11a in den Verfahrensschritt b und optional c zurückgeführt wird und optional teilweise über 11b ausgeschleust wird. The gaseous outlet streams 5 resulting from process steps a, b, c and/or d, in particular formed by one or more of the streams GS1/1a, GS2/2a, GS3/3a and/or GS4/4a, are fed into the condensation device f , wherein the condensate obtained in process step f is returned via 11a to process step b and optionally c and is optionally partially discharged via 11b.
Figur 3 (Schema zum erfindungsgemäßen Beispiel B1) zeigt ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 3 (diagram for example B1 according to the invention) shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.
Die Verfahrensschritte a, b, c und d mit den zugehörigen Stoffströmen entsprechen der Beschreibung zu Figur 2 oben. Process steps a, b, c and d with the associated material flows correspond to the description of FIG. 2 above.
Die aus den Verfahrensschritten a, b, c und/oder d resultierenden gasförmigen Auslass- Ströme werden als gasförmiger Auslass-Strom 5, insbesondere gebildet durch einen oder mehreren der Ströme GS1 / 1a, GS2 / 2a, GS3 / 3a und/oder GS4 / 4a in den Absorptionsschritt e geführt. The gaseous outlet streams resulting from process steps a, b, c and/or d are formed as a gaseous outlet stream 5, in particular by one or more of the streams GS1/1a, GS2/2a, GS3/3a and/or GS4/ 4a into the absorption step e.
In der Ausführungsform gemäß Figur 3 wird der gasförmige Auslass-Strom 5 in den ersten Absorptionsschritt e1 (Methanol-Wäsche) zugeführt und dort mit Frisch-Methanol 6 behandelt. Hierbei entsteht ein Methanol-angereicherter und MMA-abgereichert Gasstrom 7, welcher in den zweiten Absorptionsschritt e2 (Wasser-Wäsche) geführt wird, sowie ein MMA- beladenes Absorptionsmittel 11 , welches über 11a in den Verfahrensschritt b und optional teilweise in den Verfahrensschritt c zurückgeführt wird und optional über 11b teilweise aus dem Verfahren ausgeschleust wird. In the embodiment according to FIG. 3, the gaseous outlet stream 5 is fed into the first absorption step e1 (methanol scrubbing) and treated there with fresh methanol 6 . This results in a methanol-enriched and MMA-depleted gas stream 7, which is fed into the second absorption step e2 (water scrubbing), and an MMA-loaded absorbent 11, which is fed back via 11a to process step b and optionally partially to process step c and is optionally discharged partially from the process via 11b.
Im zweiten Absorptionsschritt e2 wird der MMA-abgereichert Gasstrom 7 mit Frisch-Wasser 8 behandelt, wobei ein MMA und Methanol abgereichertes Abgas 9 erhalten wird, welches aus dem Verfahren ausgeschleust und beispielsweise einer Verbrennung zugeführt wird. Zudem wird ein Methanol-beladenes wässriges Absorptionsmittel 10 erhalten, welches in den ersten Absorptionsschritt e1 zurückgeführt wird; optional teilweise über 10a und 11 in den Verfahrensschritt b zurückgeführt wird und optional teilweise über 10b aus dem Verfahren ausgeschleust wird. In the second absorption step e2, the MMA-depleted gas stream 7 is treated with fresh water 8, with an MMA and methanol-depleted waste gas 9 being obtained, which is discharged from the process and, for example, is fed to an incinerator. In addition, a methanol-loaded aqueous absorbent 10 is obtained, which is returned to the first absorption step e1; is optionally partially returned to process step b via 10a and 11 and optionally partially discharged from the process via 10b.
Figur 4 (Schema zum erfindungsgemäßen Beispiel B2) zeigt ein Fließschema einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von MMA, insbesondere die Behandlung des gasförmigen Auslass-Stroms 5, insbesondere gebildet durch GS2, GS3 und GS4, durch Absorption, wobei die Absorptionen von MMA mit Methanol und die Absorption von Methanol mit Wasser in einem Apparat e durchgeführt werden. In der Absorptionskolonne e erfolgt die Zugabe von Frisch-Methanol 6 oberhalb der Zugabe des gasförmigen Auslass-Stroms 5 und die Zugabe von Frisch-Wasser 8 erfolgt oberhalb der Zugabe von Frisch-Methanol 6. Der Gasstrom 5 und die flüssigen Absorptionsmittel 6 und 8 werden bevorzugt im Gegenstrom geführt. Das MMA- und Methanol-abgereicherte Abgas 9 wird aus dem Verfahren ausgeschleust. Das MMA- und Methanol-beladene Absorptionsmittel 11 wird in den Verfahrensschritt b zurückgeführt. Figure 4 (scheme for example B2 according to the invention) shows a flow chart of a further preferred embodiment of the method according to the invention for the production of MMA, in particular the treatment of the gaseous outlet stream 5, in particular formed by GS2, GS3 and GS4, by absorption, the absorptions of MMA with methanol and the absorption of methanol with water can be carried out in an apparatus e. In the absorption column e, fresh methanol 6 is added above the addition of the gaseous outlet stream 5 and fresh water 8 is added above the addition of fresh methanol 6. The gas stream 5 and the liquid absorbents 6 and 8 are preferably carried out in countercurrent. The MMA and methanol-depleted waste gas 9 is discharged from the process. The absorbent 11 loaded with MMA and methanol is returned to process step b.
Bezugszeichenliste Reference List
Die Abkürzungen in Figur 1 und der Beschreibung zu Figur 1 haben die folgendenThe abbreviations in Figure 1 and the description of Figure 1 have the following
Bedeutungen: meanings:
ACH Acetoncyanhydrin; ACH acetone cyanohydrin;
FA Formaldehyd FA formaldehyde
2-HIBA alpha-Hydroxyisobuttersäureamid; alpha-Hydroxyisobutyramid; 2-HIBA alpha-hydroxyisobutyric acid amide; alpha-hydroxyisobutyramide;
HIBA H2SO4 alpha-Hydroxyisobuttersäureamid-Hydrogensulfat, alpha- Hydroxyisobutyramid-Hydrogensulfat; HIBA H2SO4 alpha-hydroxyisobutyric acid amide hydrogen sulfate, alpha-hydroxyisobutyramide hydrogen sulfate;
HIBS alpha-Hydroxyisobuttersäure; HIBS alpha-hydroxyisobutyric acid;
HIBSM alpha-Hydroxyisobuttersäuremethylester HIBSM alpha-hydroxyisobutyric acid methyl ester
MAL Methacrolein MAL methacrolein
MAN Methacrylnitril; MAN methacrylonitrile;
MAS Methacrylsäure; MAS methacrylic acid;
MASA Methacrylsäureamid / Methacrylamid; MASA methacrylic acid amide / methacrylamide;
MASA- H2SO4 Methacrylsäureamid-Hydrogensulfat; MASA- H2SO4 Methacrylic acid amide hydrogen sulfate;
MMA Methylmethacrylat; MMA methyl methacrylate;
MP Methylpropionat MP methyl propionate
PA Propionaldehyd 2-SIBA alpha-Sulfoxyisobuttersäureamid, auch als Sulfoxyisobuttersäureamid oder Sulfoxyisobutyramid bezeichnet; PA Propionaldehyde 2-SIBA alpha-sulfoxyisobutyric acid amide, also referred to as sulfoxyisobutyric acid amide or sulfoxyisobutyramide;
SIBA H2SO4 alpha-Sulfoxyisobuttersäureamid-Hydrogensulfat, auch alsSIBA H2SO4 alpha-Sulfoxyisobutyric acid amide hydrogen sulfate, also known as
Sulfoxyisobuttersäureamid-Hydrogensulfat bezeichnet; denotes sulfoxyisobutyric acid amide hydrogen sulfate;
SIBN alpha-Sulfoxy-isobuttersäurenitril, auch als Sulfoxyisobutyronitril bezeichnet; SIBN alpha-sulfoxyisobutyronitrile, also referred to as sulfoxyisobutyronitrile;
In den Figuren 2 bis 4 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung: In FIGS. 2 to 4, the reference symbols have the following meaning:
Apparate: apparatuses:
(a) Amidierung und Konvertierung (a) Amidation and Conversion
(b) Veresterung (b) esterification
(c) Thermischer Aufarbeitungsteil (c) Thermal processing part
(d) Lagerung / Lagertank (d) Storage / storage tank
(e1) Erster Absorptionsschritt (Methanol-Wäsche) (e1) First absorption step (methanol scrubbing)
(e2) Zweiter Absorptionsschritt (Wasser-Wäsche) (e2) Second absorption step (water washing)
(e) Absorption / kombinierte Methanol-Wasser-Wäsche (e) Absorption / combined methanol-water scrubbing
(f) Partialkondensation (f) partial condensation
Stoffströme: Material flows:
(GS1) Kohlenstoffmonoxid- und Schwefeldioxid-haltiger Gasstrom aus Verfahrensschritt a (GS1) Gas stream containing carbon monoxide and sulfur dioxide from process step a
(GS2) MMA-haltiger Gasstrom aus Verfahrensschritt b (bevorzugt mit Sauerstoffkonzentration < 10 Vol.%) (GS2) MMA-containing gas stream from process step b (preferably with an oxygen concentration of <10% by volume)
(GS3) MMA-haltiger Gasstrom aus Verfahrensschritt c (bevorzugt mit Sauerstoffkonzentration < 10 Vol.%) (GS3) MMA-containing gas stream from process step c (preferably with an oxygen concentration of <10% by volume)
(GS4) MMA-haltiger Gasstrom aus Lagerung d (bevorzugt unterhalb der unteren Explosionsgrenze UEG) (GS4) Gas stream containing MMA from storage d (preferably below the lower explosion limit LEL)
(1a,b,c) Abgas Amidierung/Konvertierung (bevorzugt <10Vol% O2) (1a,b,c) exhaust gas amidation/conversion (preferably <10Vol% O2)
(2a, b) Abgas Veresterung (MMA-haltig; bevorzugt<10Vol% O2) (2a, b) Exhaust gas esterification (containing MMA; preferably <10% by volume O2)
(3a, b) Abgas thermische Aufarbeitung (MMA-haltig; bevorzugt <10Vol% O2)(3a, b) Waste gas thermal treatment (containing MMA; preferably <10% by volume O2)
(4a, b) Tanklagerabgas (MMA-haltig; bevorzugt >10Vol% O2) (4a, b) Tank farm waste gas (containing MMA; preferably >10% by volume O2)
(5) gasförmiger Auslass-Strom GS zur Nachbehandlung (5) Gaseous outlet stream GS for aftertreatment
(6) Frisch-Methanol (Edukt und optional Waschflüssigkeit) (6) fresh methanol (educt and optional washing liquid)
(7) Methanol-angereicherter Gasstrom aus e1 (MMA-abgereichert) (7) Methanol-enriched gas stream from e1 (MMA-depleted)
(8) Frisch-Wasser (Edukt und optional Waschflüssigkeit) (8) Fresh water (educt and optional washing liquid)
(9) Abgas (MMA und Methanol abgereichert) (10, 10a, b) Methanol-beladenes wässriges Absorptionsmittel (9) Exhaust gas (MMA and methanol depleted) (10, 10a,b) Methanol-loaded aqueous absorbent
(11 , 11 a,b) MMA-beladenes Absorptionsmittel (Wasser-, MMA- und Methanol-haltig)(11 , 11 a,b) MMA-loaded absorbent (containing water, MMA and methanol)
(12) Abgas zur thermischen Nachbehandlung (12) Exhaust gas for thermal aftertreatment
(13) MMA-Reinprodukt (13) MMA pure product
(14) Produktstrom des MMA-Reinprodukts aus Lagerung (14) Product stream of pure MMA product from storage
(15) Zufuhr Sauerstoff-haltige Gasmischung (15) Feed oxygen-containing gas mixture
(16) ACH-Zufuhr (16) ACH feed
(17) Schwefelsäure-Zufuhr (17) Sulfuric Acid Feed
Beispiele examples
Vergleichsbeispiel V1: Kondensation der vereinigten gasförmigen Auslass-Ströme GS1, GS2, GS3 und GS4 zur Rückgewinnung von MMA Comparative example V1: Condensation of the combined gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 for the recovery of MMA
Vergleichsbeispiel V1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methylmethacrylat (MMA) nach dem ACH-Sulfo-Verfahren basierend auf dem Fließschema gemäß Figur 2. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Comparative example C1 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG.
(a) Amidierung/Konvertierung (a) Amidation/Conversion
13847 kg/h Acetoncyanhydrin (ACH) 16 mit einer Zusammensetzung von 99,0 % Acetoncyanhydrin, 0,3 % Aceton, 0,5 % Wasser sowie freie Schwefelsäure 17 wurden im Massenverhältnis 1 ,63/1 [kg H2SO4/kg ACH] mit 99,7 %-iger Schwefelsäure in Verfahrensschritt a einer Amidierung/Konvertierung zugeführt. Die Amidierung wurde bei 98 °C, die Konvertierung bei 158 °C und einem Druck von 980 mbara betrieben. Weiterhin wurden die durch Nebenreaktionen gebildeten Abgase GS1 der Amidierung/Konvertierung vom flüssigen Reaktionsgemisch getrennt und in Form von Stoffstrom 1a einer Kondensation f zugeführt. Die Zusammensetzung des Abgases GS1 bzw. 1a ist in Tabelle 1 ausgewiesen. 13847 kg/h of acetone cyanohydrin (ACH) 16 with a composition of 99.0% acetone cyanohydrin, 0.3% acetone, 0.5% water and free sulfuric acid 17 were used in a mass ratio of 1.63/1 [kg H2SO4/kg ACH]. 99.7% sulfuric acid fed to an amidation/conversion in process step a. The amidation was operated at 98° C., the conversion at 158° C. and a pressure of 980 mbara. Furthermore, the exhaust gases GS1 formed by side reactions of the amidation/conversion were separated from the liquid reaction mixture and fed to a condensation f in the form of stream 1a. The composition of the exhaust gas GS1 or 1a is shown in Table 1.
(b) Veresterung (b) esterification
Die im Ablauf der Amidierung/Konvertierung a erhaltene zweite Reaktionsmischung, welche im Wesentlichen aus Methacrylamid (MASA), Methacrylsäure (MAS) sowie Hydroxyisobuttersäureamid (HIBA), gelöst in Schwefelsäure bestand, wurde anschließend der Veresterung b zugeführt. Die flüssige zweite Reaktionsmischung wurde ohne Verwendung des Rückführ-Stroms 11 , unter Zufuhr von 4850 kg/h Methanol als Strom 6; 2000 kg/h Wasser als Strom 8 und 3220 kg/h Direktdampf bei ca. 100 - 140 °C und leichtem Überdruck von 50-150 mbar(g) verestert. The second reaction mixture obtained in the course of amidation/conversion a, which essentially consisted of methacrylamide (MASA), methacrylic acid (MAS) and hydroxyisobutyric acid amide (HIBA), dissolved in sulfuric acid, was then fed to esterification b. The liquid second reaction mixture was fed without using recycle stream 11, feeding 4850 kg/h of methanol as stream 6; 2000 kg/h of water as stream 8 and 3220 kg/h of direct steam are esterified at approx. 100-140 °C and a slight overpressure of 50-150 mbar(g).
Das in der Veresterung b gebildete MMA-Rohprodukt wurde anschließend abdestiliert und zusammen mit dem Rückführstrom 11a aus der Kondensation f der thermischen Aufarbeitung c zur Abtrennung von MMA zugeführt. Die in Verfahrensschritt b verbleibende, verdünnte Abfallsäure wurde aus dem Prozess (b) ausgeschleust. The MMA crude product formed in the esterification b was then distilled off and, together with the recycle stream 11a from the condensation f, fed to the thermal work-up c for separating off MMA. The dilute waste acid remaining in process step b was discharged from process (b).
Zur Inhibierung der Polymerbildung wurde in Verfahrensschritt b an diversen Stellen eine Lösung eines Phenylendiamin-basierten Stabilisators eingesetzt, welche zur optimalen Funktionsweise Sauerstoff benötigt. In Verfahrensschritt b wurde hierfür an mehreren Stellen Luft mit einem Gehalt von 21 Vol.-% O2 als Sauerstoff-haltige Gasmischung 15 eingespeist. To inhibit polymer formation, a solution of a phenylenediamine-based stabilizer was used at various points in process step b, which requires oxygen to function optimally. In process step b, air containing 21% by volume of O 2 was fed in as the oxygen-containing gas mixture 15 at several points for this purpose.
Bei der Veresterung b, insbesondere der Destillation des MMA-Rohproduktes in b, wurde ein gasförmiger Auslass-Strom GS2 erhalten. In the esterification b, in particular the distillation of the MMA crude product in b, a gaseous outlet stream GS2 was obtained.
(c) Thermische Aufarbeitung (c) Thermal processing
Die Abtrennung von MMA aus dem MMA-Rohprodukt umfasste mehrere thermische Trennschritt c und mindestens zwei Destillationsstufen, wobei in der ersten Stufe eine Leichtsieder-Fraktion und in der zweiten Stufe eine Schwersieder-Fraktion vom MMA- Rohprodukt abgetrennt und das MMA-Reinprodukt 13 als Kopf-Fraktion des letzten destillativen Schritts erhalten wurde. The separation of MMA from the MMA crude product comprised several thermal separation steps c and at least two distillation stages, with a low boiler fraction being separated off in the first stage and a high boiler fraction being separated from the MMA crude product in the second stage and the pure MMA product 13 as the top fraction of the last distillation step was obtained.
In der thermischen Aufarbeitung c wurde, wie in Verfahrensschritt b, Luft mit einem Gehalt von 21 Vol.-% O2 als Co-Agens des Stabilisators in Form der Sauerstoff-haltigen Gasmischung 15 zugegeben. Es wurde ein gasförmiger Auslass-Strom GS3 erhalten. Menge und Zusammensetzung von GS2 und GS3 sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die resultierenden Abgas-Mengen sind in Tabelle 1 ausgewiesen. In the thermal processing c, as in process step b, air containing 21% by volume of O 2 was added as a co-agent of the stabilizer in the form of the oxygen-containing gas mixture 15 . A gaseous outlet stream GS3 was obtained. The amount and composition of GS2 and GS3 are summarized in Table 1. The resulting exhaust gas quantities are shown in Table 1.
Das in mehreren thermischen Prozessschritten c erhaltene aufgereinigte MMA-Reinprodukt 13 wurde anschließend auf 8 °C gekühlt und einem Lagertank d zugeführt. The purified MMA pure product 13 obtained in several thermal process steps c was then cooled to 8° C. and fed to a storage tank d.
(d) Lagerung des MMA-Reinprodukts (d) Storage of the MMA pure product
Zur optimalen Funktion des Stabilisators im Tanklager d wurde ebenfalls kontrolliert Luft mit einem Gehalt von 21 Vol.% O2 als Sauerstoff-haltigen Gasmischung 15 in das Tanklager d eingespeist. Es wurde ein gasförmiger Auslass-Strom GS4 mit einem Gehalt an MMA gemäß Tabelle 1 erhalten. Zudem wurden weitere M MA-gesättigte Abgas-Mengen, welche durch Befüll- und Entleerungsvorgängen kontinuierlich entstanden, zu dem Auslass-Strom GS4 hinzugegeben. Der Auslass-Strom GS4 wurde ebenfalls der Partialkondensation f zwecks MMA-Rückgewinnung zugeführt. Menge und Zusammensetzung von GS4 sind in Tabelle 1 zusammengefasst. For the optimal function of the stabilizer in the tank farm d, air with a content of 21% by volume O2 was also fed into the tank farm d as an oxygen-containing gas mixture 15 in a controlled manner. There was a gaseous effluent stream GS4 containing MMA obtained according to Table 1. In addition, further M MA-saturated exhaust gas quantities, which continuously arose as a result of filling and emptying processes, were added to the outlet flow GS4. The outlet stream GS4 was also fed to the partial condensation f for the purpose of MMA recovery. The amount and composition of GS4 are summarized in Table 1.
(f) Kondensation der gasförmigen Auslass-Ströme (f) Condensation of the gaseous outlet streams
Die gasförmigen Auslass-Ströme GS1, GS2, GS3 und GS4 wurden zu einem vereinigten Prozessabgas 5 zusammengefasst und einer Vorrichtung zur Kondensation f zugeführt. Die Kondensation f wurde auf einem prozessseitigen Temperaturniveau von ca. 12 °C betrieben. Als Kühlmedium wurde Kaltwasser von ca. 1 °C Vorlauftemperatur eingesetzt. Die Gaskühlung und partielle Kondensation von MMA aus 5 erfolgten in der Kondensation f im Gegenstrom in einem senkrecht angeordneten Rohrbündelapparat bei leichtem Unterdrück von 990 mbara. The gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 were combined to form a combined process waste gas 5 and fed to a condensation device f. Condensation f was operated at a process-side temperature level of approx. 12 °C. Cold water with a flow temperature of approx. 1 °C was used as the cooling medium. The gas cooling and partial condensation of MMA from 5 took place in the condensation f in countercurrent in a vertically arranged tube bundle apparatus at a slight vacuum of 990 mbara.
Das auskondensierte MMA 11a wurde kontinuierlich der thermischen Aufarbeitung c zugeführt, während das abgereicherte Abgas 9 einer Nachverbrennung zugeführt wurde. The condensed MMA 11a was fed continuously to thermal processing c, while the depleted exhaust gas 9 was fed to post-combustion.
Vergleichsbeispiel V2: Kondensation der vereinigten gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 zur Rückgewinnung von MMA Comparative example V2: Condensation of the combined gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 for the recovery of MMA
Vergleichsbeispiel V2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methylmethacrylat (MMA) nach dem ACH-Sulfo-Verfahren basierend auf dem Fließschema gemäß Figur 2. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Comparative example V2 relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG.
Die Durchführung von Vergleichsbeispiel V2 erfolgte gemäß Vergleichsbeispiel V1 wie oben beschrieben. Im Unterschied zu Vergleichsbeispiel V1 wurden nur die gasförmigen Auslass- Ströme GS2, GS3 und GS4 zu Gasstrom 5 zusammengefasst und zur Rückgewinnung von MMA in die Kondensation f geführt. Comparative example V2 was carried out in accordance with comparative example V1 as described above. In contrast to comparative example C1, only the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form gas stream 5 and fed into condensation f to recover MMA.
Die in der Amidierung/Konvertierung in a durch Nebenreaktionen gebildeten Abgase GS1 wurden vom flüssigen Reaktionsgemisch getrennt und in Form von Stoffstrom 1c aus dem Verfahren ausgeschleust und einer Verbrennung zugeführt. Zusammensetzung des Abgases GS1 bzw. 1c ist in Tabelle 1 ausgewiesen. Tabelle 1 : Gegenüberstellung der Vergleichsbeispiele V1 und V2
Figure imgf000049_0001
The exhaust gases GS1 formed by side reactions in the amidation/conversion to a were separated from the liquid reaction mixture and discharged from the process in the form of stream 1c and fed to incineration. The composition of the exhaust gas GS1 or 1c is shown in Table 1. Table 1: Comparison of comparative examples C1 and C2
Figure imgf000049_0001
Monomer umfasst MMA und MAS (in geringen Mengen als Nebenprodukt enthalten) Erfindunqsqemäßes Beispiel B1: Absorption der vereinigten gasförmigen Auslass-StrömeMonomer includes MMA and MAS (included as a by-product in small amounts) Example B1 according to the invention: absorption of the combined gaseous outlet streams
GS1 , GS2, GS3 und GS4 in Wäschern e1 und e2 zur Rückgewinnung von MMA GS1, GS2, GS3 and GS4 in scrubbers e1 and e2 for the recovery of MMA
Das erfindungsgemäße Beispiel B1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methylmethacrylat (MMA) nach dem ACH-Sulfo-Verfahren basierend auf dem Fließschema gemäß Figur 3. Die Durchführung der Verfahrensschritte a (Amidierung/Konvertierung), b (Veresterung), c (thermische Aufarbeitung) und d (Lagerung des MMA-Reinprodukts) erfolgte wie in Vergleichsbeispiel V1 beschrieben. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Example B1 according to the invention relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) using the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIG. and d (storage of the pure MMA product) took place as described in Comparative Example C1. The results obtained are shown in Table 2.
Im Unterschied zu Vergleichsbeispiel V1 wurden nur die gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 zu Gasstrom 5 zusammengefasst und zur Rückgewinnung von MMA in die Absorption e geführt. Die in der Amidierung/Konvertierung a durch Nebenreaktionen gebildeten Abgase (gasförmiger Auslass-Strom GS1) wurden vom flüssigen Reaktionsgemisch getrennt und in Form von Stoffstrom 1c und 12 aus dem Verfahren ausgeschleust und einer Verbrennung zugeführt. In contrast to comparative example C1, only the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form gas stream 5 and led to absorption e for the recovery of MMA. The waste gases formed in the amidation/conversion a by side reactions (gaseous outlet stream GS1) were separated from the liquid reaction mixture and discharged from the process in the form of streams 1c and 12 and fed to incineration.
Das dem Verfahrensschritt b zugeführte Amidgemisch (zweite Reaktionsmischung) wurde unter Verwendung von Rückführstrom 11a , welcher das MMA-beladene Absorptionsmittel aus der Absorption e bzw. der Absorption e1 und e2 darstellt, unter Zufuhr von 3220 kg/h Direktdampf bei ca. 100 - 140 °C und leichtem Überdruck von 50-150 mbar(g) verestert. The amide mixture fed to process step b (second reaction mixture) was recirculated using recycle stream 11a, which represents the MMA-loaded absorbent from absorption e or absorption e1 and e2, with the supply of 3220 kg/h of direct steam at approx. 100 - 140 ° C and slight excess pressure of 50-150 mbar (g).
(e) Absorption der gasförmigen Auslass-Ströme in e1 und e2 (e) Absorption of the gaseous outlet streams in e1 and e2
Die gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 wurden zu einem vereinigten gasförmigen Ablass-Strom 5 zusammengefasst und zur Wäsche (Absorption) in eine erste Gegenstrom-Packungskolonne e1 zugeführt, welche bei 20°C und 10 mbarg betrieben wurde. The gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined to form a combined gaseous outlet stream 5 and fed into a first countercurrent packed column e1 for scrubbing (absorption), which was operated at 20° C. and 10 mbarg.
Die erste Absorptionskolonne e1 wurde unter Zufuhr des Ablaufstroms 10 aus der zweiten Absorptionskolonne e2 sowie unter Zufuhr von 4850 kg/h Methanol als Zulaufstrom 6 betrieben. Im diesem ersten Absorptionsschritt ei ging das im vereinigten Ablass-Strom 5 enthaltene MMA zumindest teilweise in die Methanol-haltige Flüssigphase über, welche als MMA-beladenes Absorptionsmittel 11 aus der Kolonne e1 ausgeführt und vollständig in Verfahrensschritt b zurückgeführt wurde. Der aus der Absorptionskolonne e1 austretende Methanol-angereicherte Gasstrom 7, welcher nahezu mit Methanol gesättigt und an MMA abgereichert war, wurde anschließend einem zweiten Absorptionsschritt e2 in einer zweiten Gegenstrom-Packungskolonne e2 zugeführt, welche bei 20°C und 10 mbarg unter Zufuhr von 2000 kg/h Wasser als Zulauf- Strom 8 betrieben wurde. The first absorption column e1 was operated with feed stream 10 from the second absorption column e2 and with feed stream 6 of 4850 kg/h of methanol. In this first absorption step ei, the MMA contained in the combined outlet stream 5 at least partially passed into the methanol-containing liquid phase, which was carried out as MMA-loaded absorption medium 11 from column e1 and completely recycled to process step b. The methanol-enriched gas stream 7 leaving the absorption column e1, which was almost saturated with methanol and depleted in MMA, was then fed to a second absorption step e2 in a second countercurrent packed column e2, which was operated at 20° C. and 10 mbarg with the feed of 2000 kg / h water was operated as inflow stream 8.
Im diesem zweiten Absorptionsschritt e2 ging der im Gasstrom 7 enthaltene Methanol zumindest teilweise in die wässrige Flüssigphase über, wobei ein Methanol-beladenes wässriges Absorptionsmittel 10 erhalten wurde, welches aus der Kolonne e2 ausgeführt und vollständig in Verfahrensschritt e1 zurückgeführt wurde. In this second absorption step e2, at least part of the methanol contained in the gas stream 7 passed into the aqueous liquid phase, with a methanol-loaded aqueous absorbent 10 being obtained, which was carried out from the column e2 and completely recycled into process step e1.
Zudem wurde im zweiten Absorptionsschritt e2 am Kopf der Kolonne e2 ein Methanolabgereicherter und mit Wasser nahezu gesättigter Gasstrom erhalten, der als Abgas 9 aus dem Verfahren ausgeschleust wurde. In addition, in the second absorption step e2, a methanol-depleted gas stream almost saturated with water was obtained at the top of column e2, which gas stream was discharged from the process as waste gas 9 .
Die in den Absorptionskolonnen e1 und e2 eingesetzten Waschflüssigkeiten (Absorptionsmittel) Methanol als Frisch-Methanol 6 sowie Wasser als Frisch-Wasser 8 wurden in Form des MMA-beladenes Absorptionsmittel 11 (MMA-beladene Alkohol und Wasser enthaltende Waschlösung) als Reaktionspartner der Veresterung in Verfahrensschritt b zugeführt und ersetzten dort teilweise die Zufuhr von Frisch-Methanol bzw. Wasser (vgl. Tabelle 2). The washing liquids (absorbents) used in the absorption columns e1 and e2, methanol as fresh methanol 6 and water as fresh water 8, were used in the form of MMA-loaded absorption medium 11 (MMA-loaded alcohol and water-containing wash solution) as reactants for the esterification in process step b and partially replaced the supply of fresh methanol or water (see Table 2).
Erfindungsgemäßes Beispiel B2: Absorption der vereinigten gasförmigen Auslass-Ströme GS1, GS2, GS3 und GS4 in einem Wäscher e zur Rückgewinnung von MMA Example B2 according to the invention: absorption of the combined gaseous outlet streams GS1, GS2, GS3 and GS4 in a scrubber e for the recovery of MMA
Das erfindungsgemäße Beispiel B2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methylmethacrylat (MMA) nach dem ACH-Sulfo-Verfahren basierend auf dem Fließschema gemäß Figuren 3 und 4. Example B2 according to the invention relates to a process for the production of methyl methacrylate (MMA) by the ACH-Sulfo process based on the flow chart according to FIGS. 3 and 4.
Die Durchführung von Beispiel B2 erfolgte gemäß Beispiel B1 , wie oben beschrieben. Im Unterschied zu Beispiel B1 wurden die vereinigten Gasströme GS2, GS3 und GS4 in einer einzigen Absorptionsvorrichtung e (Wäscher) gemäß Figur 4 behandelt, wie im Folgenden beschrieben. Example B2 was carried out according to example B1, as described above. In contrast to example B1, the combined gas streams GS2, GS3 and GS4 were treated in a single absorption device e (scrubber) according to FIG. 4, as described below.
(e) Absorption der gasförmigen Auslass-Ströme in e (e) absorption of the gaseous outlet streams in e
Die gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 wurden zu einem vereinigten gasförmigen Ablass-Strom 5 zusammengefasst und zur Wäsche (Absorption) von unten oder nahe des Bodens in eine Gegenstrom-Packungskolonne e (gemäß Figur 4) zugeführt, welche bei 20°C und 10 mbarg betrieben wurde. Die Absorptionskolonne e wies zwei übereinander angeordnete Packungseinheiten auf. The gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 were combined into a combined gaseous outlet stream 5 and subjected to scrubbing (absorption) from below or fed near the bottom into a countercurrent packed column e (according to FIG. 4), which was operated at 20° C. and 10 mbarg. The absorption column e had two packing units arranged one above the other.
Die untere Packungseinheiten von e wurde unter Zufuhr von 4850 kg/h Methanol als Zulaufstrom 6 betrieben, wobei das erste Absorptionsmittel 6 am oberen Teil der unteren Packungseinheit zugegeben wurde. Die obere Packungseinheit wird unter Zufuhr von 2000 kg/h VE-Wasser als Zulaufstrom 8 betrieben, wobei das zweite Absorptionsmittel 8 am oberen Teil der oberen Packungseinheit zugegeben wurde. The bottom packing unit of e was operated feeding 4850 kg/h of methanol as feed stream 6, with the first absorbent 6 being added at the top of the bottom packing unit. The upper packing unit is operated with the supply of 2000 kg/h of deionized water as the feed stream 8, with the second absorbent 8 being added at the upper part of the upper packing unit.
Im diesem Absorptionsschritt e ging das im vereinigten Ablass-Strom 5 enthaltene MMA zumindest teilweise in die flüssige Phase (Absorptionsmittel) über, welche Methanol und Wasser enthält, und welche als MMA-beladenes Absorptionsmittel 11 aus der Kolonne e ausgeführt und vollständig in Verfahrensschritt b zurückgeführt wurde. In this absorption step e, the MMA contained in the combined outlet stream 5 went at least partially into the liquid phase (absorbent), which contains methanol and water, and which is carried out as MMA-loaded absorbent 11 from column e and completely recycled to process step b became.
Zudem wurde im Absorptionsschritt e am Kopf der Kolonne e ein Methanol- und MMA- abgereicherter und mit Wasser nahezu gesättigter Gasstrom erhalten, der als Abgas 9 aus dem Verfahren ausgeschleust wurde. In addition, in absorption step e at the top of column e, a gas stream depleted in methanol and MMA and almost saturated with water was obtained, which was discharged from the process as waste gas 9 .
Die in den Absorptionskolonnen e1 und e2 eingesetzten Waschflüssigkeiten (Absorptionsmittel) Methanol 6 sowie Wasser 8 wurden in Form des MMA-beladenes Absorptionsmittel 11 als Reaktionspartner der Veresterung in Verfahrensschritt b zugeführt und ersetzten dort die Zufuhr von Frisch-Methanol bzw. Wasser (vgl. Tabelle 2). The washing liquids (absorbent) used in the absorption columns e1 and e2, methanol 6 and water 8, were fed in the form of the MMA-loaded absorbent 11 as reactants to the esterification in process step b, where they replaced the supply of fresh methanol or water (cf. table 2).
Tabelle 2: Gegenüberstellung der Beispiele B1 und B2 mit Vergleichsbeispiel V2
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Table 2: Comparison of examples B1 and B2 with comparative example V2
Figure imgf000053_0001
Monomer umfasst MMA und MAS (in geringen Mengen als Nebenprodukt enthalten) Erläuterungen zu den Beispielen V1, V2, B1 und B2 Monomer includes MMA and MAS (included as a by-product in small amounts) Explanations of examples V1, V2, B1 and B2
Aus den Vergleichsbeispielen V1 und V2 ist ersichtlich, dass eine erhebliche Menge an MMA im Auslass-Strom GS4 des beschriebenen Verfahrens enthalten ist, wobei dieser Auslass- Strom durch die zur Stabilisierung eingebrachten Luft bedingt ist. Dieser Auslassstrom GS4 weist zwar eine vergleichsweise geringe Konzentration an MMA auf, ist allerdings größer als die anderen gasförmigen Auslass-Ströme GS2 und GS3. Der hohe Inertgas-Anteil der eingespeisten Luft führt zur Partialdruckabsenkung des MMA im Auslass-Strom, was die Rückgewinnung von MMA durch Abkühlen und Partial-Kondensation des Auslass-Stroms erschwert. It can be seen from Comparative Examples V1 and V2 that a considerable amount of MMA is contained in the outlet stream GS4 of the method described, this outlet stream being caused by the air introduced for stabilization. Although this outlet stream GS4 has a comparatively low concentration of MMA, it is larger than the other gaseous outlet streams GS2 and GS3. The high proportion of inert gas in the air fed in leads to a reduction in the partial pressure of the MMA in the outlet stream, which makes it more difficult to recover MMA by cooling and partial condensation of the outlet stream.
In Vergleichsbeispiel V1 wird eine Verschaltung aller gasförmigen Auslass-Ströme der Verfahrensschritten a, b, c und d und eine nachgeschaltete Kondensation bei niedrigen Temperaturen eingesetzt, was dem in Stand der Technik standardmäßig angewandten Verfahren entspricht. Wenn, wie in Vergleichsbeispiel V2, ausschließlich die MMA-reichen gasförmigen Auslass-Ströme GS2, GS3 und GS4 aus den Verfahrensschritten b, c und d zur Rückgewinnung verwendet werden, kann die Menge des zurückgewonnenen MMA von 69 t/h auf 198 t/h gesteigert werden, was einer Erhöhung der Ausbeute um 0.1 % entspricht. Diese Erhöhung ist jedoch deutlich geringer als die Erhöhung der zurückgewonnenen Menge an MMA in den erfindungsgemäßen Beispielen B1 und B2. In comparative example V1, all the gaseous outlet streams of process steps a, b, c and d are interconnected and a downstream condensation at low temperatures is used, which corresponds to the process used as standard in the prior art. If, as in Comparative Example C2, only the MMA-rich gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4 from process steps b, c and d are used for recovery, the amount of MMA recovered can go from 69 t/h to 198 t/h be increased, which corresponds to an increase in yield of 0.1%. However, this increase is significantly lower than the increase in the amount of MMA recovered in Examples B1 and B2 according to the invention.
Aus den erfindungsgemäßen Beispielen B1 und B2 wird ersichtlich, dass durch den Einsatz einer Absorption, betrieben mit Methanol und Wasser, deutlich größere Mengen an MMA aus den gasförmigen Auslassströmen des C3-Verfahrens zurückgewonnen werden können, als es gemäß Stand der Technik mittels Partialkondensation der Fall ist. Im erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, eine um 0,2% höhere MMA-Ausbeute bei gleichzeitig höherer Methanol-Ausbeute zu erzielen, ohne den Einsatz zusätzlicher Edukte oder die Erzeugung zusätzlicher Abfallströme. From Examples B1 and B2 according to the invention it is evident that significantly larger amounts of MMA can be recovered from the gaseous outlet streams of the C3 process through the use of absorption, operated with methanol and water, than is the case according to the prior art by means of partial condensation is. In the process according to the invention it is possible to achieve a 0.2% higher MMA yield with a simultaneously higher methanol yield without the use of additional educts or the generation of additional waste streams.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, wird ein Teilstrom der in der Veresterung eingesetzten Edukte Methanol und VE-Wasser jeweils als Absorptionsmittel in einer Absorptionsvorrichtung e oder in zwei getrennten Absorptionsvorrichtungen e1 und e2 verwendet und beladen mit MMA in die Veresterung als Edukte zurückgeführt. As can be seen from Table 2, a partial stream of the reactants used in the esterification, methanol and deionized water, is used as an absorbent in an absorption device e or in two separate absorption devices e1 and e2 and, loaded with MMA, is returned to the esterification as reactants.
Das erfindungsgemäße Beispiel B2 zeigt darüber hinaus, dass die zweistufige Absorption mit Methanol und Wasser in einer Trennvorrichtung durchgeführt werden kann, wenn die hierbei verwendete Packungskolonne an mehreren Stellen Aufgabemöglichkeiten für die entsprechenden Absorptionsmittel aufweisen. Auf diese Weise wird die absorptive Rückgewinnung von MMA deutlich vereinfacht und stellt keinen größeren apparativen Aufwand dar als eine Partialkondensation, bei gleichzeitiger Erhöhung der rückgeführten MMA-Menge. The example B2 according to the invention also shows that the two-stage absorption with methanol and water can be carried out in a separation device if the packed column used in this case feed options for the at several points have appropriate absorbents. In this way, the absorptive recovery of MMA is significantly simplified and does not represent a greater outlay in terms of equipment than a partial condensation, with a simultaneous increase in the recycled amount of MMA.

Claims

Patentansprüche . Verfahren zur Herstellung von Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, umfassend die Verfahrensschritte: a. Herstellung mindestens einer Alkylmethacrylat-Vorläuferverbindung umfassend die Umsetzung von Acetoncyanhydrin und Schwefelsäure in einer ersten Reaktionsstufe (Amidierung) zu einer ersten Reaktionsmischung sowie Konvertieren in einer zweiten Reaktionsstufe, umfassend Erhitzen der ersten Reaktionsmischung, wobei eine zweite Reaktionsmischung, enthaltend die Alkylmethacrylat-Vorläuferverbindung und Schwefelsäure, erhalten wird; und b. Umsetzung der zweiten Reaktionsmischung mit Wasser und Alkohol, bevorzugt Methanol, in einer dritten Reaktionsstufe (Veresterung), wobei eine dritte Reaktionsmischung, enthaltend Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, als Alkylmethacrylat-Rohprodukt erhalten wird; und c. Abtrennung von Alkylmethacrylat, bevorzugt MMA, aus der dritten Reaktionsmischung in einem Aufarbeitungsteil, umfassend mindestens zwei destillative Schritte, wobei in einem destillativen Schritt Leichtsieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird und in einem anderen destillativen Schritt Schwersieder aus dem Alkylmethacrylat-Rohprodukt abgetrennt wird, und wobei ein Alkylmethacrylat-Reinprodukt, bevorzugt ein MMA-Reinprodukt, als Kopf-Fraktion des letzten destillativen Schritts erhalten wird; und d. Lagerung des in Verfahrensschritt c erhaltenen Alkylmethacrylat-Reinprodukts in mindestens einer Lagervorrichtung und optional Zwischenlagerung der in Verfahrensschritt b erhaltenen dritten Reaktionsmischung (Alkylmethacrylat- Rohprodukt) in mindestens einer Zwischenlagervorrichtung; und e. Absorption eines gasförmigen Auslass-Stroms GS, wobei mindestens ein gasförmiger Auslass-Strom, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, mit mindestens zwei flüssigen Absorptionsmitteln behandelt wird, wobei mindestens ein Alkylmethacrylat-beladenes Absorptionsmittel erhalten wird, und wobei die flüssigen Absorptionsmittel mindestens ein Alkohol-haltiges, bevorzugt Methanol-haltiges, Absorptionsmittel und mindestens ein wässrigespatent claims . Process for the production of alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, comprising the process steps: a. Production of at least one alkyl methacrylate precursor compound comprising the reaction of acetone cyanohydrin and sulfuric acid in a first reaction stage (amidation) to form a first reaction mixture and conversion in a second reaction stage comprising heating the first reaction mixture, with a second reaction mixture containing the alkyl methacrylate precursor compound and sulfuric acid is obtained; and b. Reacting the second reaction mixture with water and alcohol, preferably methanol, in a third reaction stage (esterification), a third reaction mixture containing alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, being obtained as the crude alkyl methacrylate product; and c. Separation of alkyl methacrylate, preferably MMA, from the third reaction mixture in a work-up section, comprising at least two distillation steps, with low boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in one distillation step and high boilers being separated off from the alkyl methacrylate crude product in another distillation step, and a pure alkyl methacrylate product, preferably a pure MMA product, being obtained as the top fraction of the last distillation step; and d. Storage of the pure alkyl methacrylate product obtained in process step c in at least one storage device and optionally intermediate storage of the third reaction mixture obtained in process step b (crude alkyl methacrylate product) in at least one intermediate storage device; and e. Absorption of a gaseous outlet stream GS, with at least one gaseous outlet stream obtained in process step b, c and/or d being treated with at least two liquid absorbents, with at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent being obtained, and with the liquid absorbent at least one alcohol-containing, preferably methanol-containing, absorbent and at least one aqueous
Absorptionsmittel umfassen, wobei das mindestens eine Alkylmethacrylat-beladene Absorptionsmittel, welches nach der Behandlung des gasförmigen Auslass-Stroms GS in Verfahrensschritt e erhalten wird, in flüssiger Form zumindest teilweise in den Verfahrensschritt b zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkylmethacrylat-Reinprodukt erhalten in Verfahrensschritt c und/oder die dritte Reaktionsmischung erhalten als Alkylmethacrylat-Rohprodukt in Verfahrensschritt b mindestens ein Stabilisator enthält; und die Lagervorrichtung und optional die Zwischenlagervorrichtung in Verfahrensschritt d mit einer Sauerstoff-haltigen Gasmischung durchströmt werden, wobei in Verfahrensschritt d mindestens ein gasförmiger Auslass-Strom GS4 erhalten wird, der Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und mindestens 10 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS4, Sauerstoff, enthält, wobei dieser gasförmige Auslass-Strom GS4 in die Absorption in Verfahrensschritt e geführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Auslass-Strom GS, welcher in der Absorption in Verfahrensschritt e behandelt wird, mindestens zwei gasförmige Auslass-Ströme umfasst, ausgewählt aus Absorbents comprise, wherein the at least one alkyl methacrylate-loaded absorbent, which is obtained after the treatment of the gaseous outlet stream GS in process step e, is at least partially fed into process step b in liquid form. Process according to Claim 1, characterized in that the pure alkyl methacrylate product obtained in process step c and/or the third reaction mixture obtained as crude alkyl methacrylate product in process step b contains at least one stabilizer; and the storage device and optionally the intermediate storage device are flowed through with an oxygen-containing gas mixture in process step d, at least one gaseous outlet stream GS4 being obtained in process step d, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume, based on the Total volume of the outlet stream GS4, containing oxygen, this gaseous outlet stream GS4 being fed into the absorption in process step e. Process according to claim 1 or 2, characterized in that the gaseous outlet stream GS treated in the absorption in process step e comprises at least two gaseous outlet streams selected from
GS1 einem gasförmigen Auslass-Strom GS1 erhalten in Verfahrensschritt a, welcher Kohlenstoffmonoxid und Schwefeldioxid enthält; GS1 a gaseous outlet stream GS1 obtained in process step a, which contains carbon monoxide and sulfur dioxide;
GS2 einem gasförmigen Auslass-Strom GS2 erhalten in Verfahrensschritt b, welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS2, Sauerstoff enthält; GS2 a gaseous outlet stream GS2 obtained in process step b, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume, based on the total volume of the outlet stream GS2, oxygen;
GS3 einem gasförmigen Auslass-Strom GS3 erhalten in Verfahrensschritt c, welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS3, Sauerstoff enthält; und GS3 a gaseous outlet stream GS3 obtained in process step c, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume, based on the total volume of the outlet stream GS3, oxygen; and
GS4 einem gasförmigen Auslass-Strom GS4 erhalten in Verfahrensschritt d, welcher Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und mindestens 10 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Auslass-Stroms GS4, Sauerstoff enthält. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Auslass- Strom GS, welcher in der Absorption in Verfahrensschritt e behandelt wird, mindestens zwei gasförmige Auslass-Ströme umfasst, ausgewählt aus den gasförmigen Auslass- Strömen GS2, GS3 und GS4, besonders bevorzugt umfasst der gasförmige Auslass- Strom GS alle Auslass-Strömen GS2, GS3 und GS4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in Verfahrensschritt e mindestens einen ersten Absorptionsschritt e1 , in dem der gasförmige Auslass-Strom GS mit einem ersten flüssigen, Alkohol-haltigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol, behandelt wird, wobei ein Alkylmethacrylat-beladenes Absorptionsmittel und ein Alkohol-angereicherte Gasstrom erhalten werden; und mindestens einen zweiten Absorptionsschritt e2, in dem der Alkohol-angereicherte Gasstrom mit einem zweiten, wässrigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser, behandelt wird, wobei ein Alkohol-beladenes wässriges Absorptionsmittel erhalten wird; umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alkylmethacrylat-abgereicherter gasförmiger Auslass-Strom, welcher in Verfahrensschritt e nach der Behandlung mit den mindestens zwei flüssigen Absorptionsmitteln erhalten wird, optional nach einer thermischen Behandlung aus dem Verfahren ausgeschleust wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt a ein gasförmiger Auslass-Strom GS1 erhalten wird, welcher Kohlenstoffmonoxid- und Schwefeldioxid enthält, und wobei dieser gasförmige Auslass-Strom GS1 getrennt von den gasförmigen Auslass-Strömen, welche in den Verfahrensschritten b, c und/oder d erhalten werden, aus dem Verfahren ausgeschleust wird. GS4 a gaseous outlet stream GS4 obtained in process step d, which contains alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume, based on the total volume of the outlet stream GS4, oxygen. Process according to Claim 3, characterized in that the gaseous outlet stream GS which is treated in the absorption in process step e comprises at least two gaseous outlet streams selected from the gaseous outlet streams GS2, GS3 and GS4, particularly preferably the gaseous outlet stream GS all outlet streams GS2, GS3 and GS4. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the absorption in process step e at least a first absorption step e1, in which the gaseous outlet stream GS with a first liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50 wt .-% alcohol , preferably methanol, to obtain an alkyl methacrylate-loaded absorbent and an alcohol-enriched gas stream; and at least one second absorption step e2, in which the alcohol-enriched gas stream is treated with a second, aqueous absorbent containing at least 50% by weight of water, an alcohol-loaded aqueous absorbent being obtained; includes. Process according to one of Claims 1 to 5, characterized in that an alkyl methacrylate-depleted gaseous outlet stream, which is obtained in process step e after treatment with the at least two liquid absorbents, is optionally discharged from the process after thermal treatment. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in process step a a gaseous outlet stream GS1 is obtained which contains carbon monoxide and sulfur dioxide, and wherein this gaseous outlet stream GS1 is separated from the gaseous outlet streams which in the process steps b, c and / or d are obtained, is discharged from the process.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt a ein gasförmiger Auslass-Strom GS1 erhalten wird, welcher 70 bis 99 Vol.-% Kohlenstoffmonoxid und 1 bis 20 Vol.-% Schwefeldioxid enthält. 8. The process as claimed in any of claims 1 to 7, characterized in that in process step a a gaseous outlet stream GS1 is obtained which contains 70 to 99% by volume of carbon monoxide and 1 to 20% by volume of sulfur dioxide.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt b ein gasförmiger Auslass-Strom GS2 erhalten wird und in Verfahrensschritt c ein gasförmiger Auslass-Strom GS3 erhalten wird, wobei die Ströme GS2 und GS3 1 ,0 bis 5,0 Vol.-%, bevorzugt 3,0 bis 5,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und höchstens 10 Vol.%, bevorzugt von 0,1 bis 10 Vol.-%, Sauerstoff, jeweils bezogen auf das gesamte Volumen des Auslass-Stroms GS2 oder GS3, enthalten. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in process step b a gaseous outlet stream GS2 is obtained and in process step c a gaseous outlet stream GS3 is obtained, the streams GS2 and GS3 being 1.0 to 5 0% by volume, preferably 3.0 to 5.0% by volume, of alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at most 10% by volume, preferably from 0.1 to 10% by volume, of oxygen, based on the total volume of outlet stream GS2 or GS3.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt d ein gasförmiger Auslass-Strom GS4 erhalten wird, welcher 0,1 bis 5,0 Vol.-%, bevorzugt 0,2 bis 2,0 Vol.-%, Alkylmethacrylat, bevorzugt Methylmethacrylat, und mindestens 10 Vol.%, bevorzugt 10 bis 20 Vol.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 15 Vol.-%, Sauerstoff enthält. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that in process step d a gaseous outlet stream GS4 is obtained, which 0.1 to 5.0 vol .-%, preferably 0.2 to 2.0 vol. -%, alkyl methacrylate, preferably methyl methacrylate, and at least 10% by volume, preferably 10 to 20% by volume, particularly preferably from 10 to 15% by volume, oxygen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absorption in Verfahrensschritt (e) der gasförmige Auslass-Strom GS mit 0,1 bis 5,0 kg flüssigen Absorptionsmitteln pro m3 gasförmiger Auslass-Strom GS (bezogen auf die Summe der Absorptionsmittel) und bei einer Temperatur von 5 bis 40 °C behandelt wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that in the absorption in process step (e) the gaseous outlet stream GS with 0.1 to 5.0 kg of liquid absorbents per m 3 gaseous outlet stream GS (related to the sum of the absorbents) and treated at a temperature of 5 to 40 °C.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in Verfahrensschritt (e) die folgenden Schritte umfasst e1. Behandeln des gasförmigen Auslass-Stroms GS in einer ersten Absorptionsvorrichtung mit einem flüssigen, Alkohol-haltigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol; wobei ein Alkoholangereicherten Gasstrom erhalten wird, und e2. Behandeln des Alkohol-angereicherten Gasstroms, welcher in Verfahrensschritt e1 erhalten wird, in einer zweiten Absorptionsvorrichtung mit einem wässrigen Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in Verfahrensschritt e in einer einzigen Absorptionsvorrichtung durchgeführt wird, wobei ein oder mehrere gasförmige Auslass-Ströme, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, im unteren Teil der Absorptionsvorrichtung zugeführt werden, und die mindestens zwei flüssigen Absorptionsmittel im oberen Teil des Apparates, bevorzugt an verschiedenen Stellen, zugegeben werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption in Verfahrensschritt e in einer einzigen Absorptionsvorrichtung durchgeführt wird, wobei ein oder mehrere gasförmige Auslass-Ströme, erhalten in Verfahrensschritt b, c und/oder d, im unteren Teil der Absorptionsvorrichtung zugeführt werden; in einem ersten Absorptionsschritt (e1) mindestens ein flüssiges, Alkohol-haltiges Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Alkohol, bevorzugt Methanol; oberhalb der Zufuhr der gasförmigen Auslass-Ströme zuführt wird; in einem zweiten Absorptionsschritt (e2) mindestens ein wässriges Absorptionsmittel, enthaltend mindestens 50 Gew.-% Wasser, oberhalb der Zufuhr des Alkohol-haltigen Absorptionsmittel zugeführt wird; und wobei der gasförmige Auslass-Strom und die mindestens zwei Absorptionsmittel im Gegenstrom geführt werden. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the absorption in method step (e) comprises the following steps e1. treating the gaseous outlet stream GS in a first absorption device with a liquid alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol; whereby an alcohol-enriched gas stream is obtained, and e2. Treating the alcohol-enriched gas stream, which is obtained in process step e1, in a second absorption device with an aqueous absorbent containing at least 50% by weight of water. Process according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the absorption in step e is carried out in a single absorption device, with one or more gaseous outlet streams obtained in step b, c and/or d in the lower part of the absorption device are supplied, and the at least two liquid absorbents are added in the upper part of the apparatus, preferably at different points. Process according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the absorption in step e is carried out in a single absorption device, with one or more gaseous outlet streams obtained in step b, c and/or d in the lower part of the absorption device be fed; in a first absorption step (e1) at least one liquid, alcohol-containing absorbent containing at least 50% by weight alcohol, preferably methanol; is fed above the feed of the gaseous outlet streams; in a second absorption step (e2), at least one aqueous absorbent containing at least 50% by weight of water is fed in above the inlet of the alcohol-containing absorbent; and wherein the gaseous outlet stream and the at least two absorbents are passed countercurrently.
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