PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004044639A1 24.05.2006
Titel Verfahren zur extraktiven Aufreinigung von (Meth)Acrylsäure unter Einsatz eines Trennmittels
Anmelder Stockhausen GmbH, 47805 Krefeld, DE
Erfinder Balduf, Torsten, Dr., 45772 Marl, DE;
Rathke, Thomas, Dr., Mandeville, La., US;
Kobus, Axel, Dr., 44797 Bochum, DE;
Nordhoff, Stefan, Dr., 45657 Recklinghausen, DE;
Yu-Chiang, Dennis Thong, Dr., 45772 Marl, DE;
Leistner, Jörg, Dr., 44225 Dortmund, DE
Vertreter Kahlhöfer - Neumann - Herzog - Fiesser, Patentanwälte, 40210 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 13.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004044639
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse C07C 57/07(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C07C 57/05(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C08F 20/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, wobei
(a) in einer Quencheinheit (1) ein aus einer Gasphasenoxidation erhaltenes (Meth)Acrylsäure beinhaltendes Produktgas mit einer wässrigen Phase unter Erhalt einer wässrigen Quenchphase in Kontakt gebracht wird,
(b) in einer Extraktionseinheit (3) die Quenchphase mit einem organischen Trennmittel unter Erhalt einer ersten Phase und mindestens einer weiteren Phase in Kontakt gebracht wird,
(c) mindestens eine der ersten Phase und der mindestens einen weiteren Phase in einer Kristallisationseinheit einer Kristallisation, vorzugsweise einer Suspensionskristallisation, unter Erhalt einer Rein-(Meth)Acrylsäure zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers aus einer nach dem vorstehenden Verfahren erhältlichen (Meth)Acrylsäure, eine Vorrichtung zur Herstellung dieses Polymers, ein durch dieses Verfahren erhältliches Polymer, sowie die Verwendung der (Meth)Acrylsäure oder des Polymers in chemischen Produkten wie Fasern oder Formkörpern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von oder (Meth)Acrylsäure, eine Vorrichtung zur Herstellung von (Meth)acrylsäure, ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers aus einer nach dem vorstehenden Verfahren erhältlichen (Meth)Acrylsäure, eine Vorrichtung zur Herstellung dieses Polyrmers, ein durch dieses Verfahren erhältliches Polymer, sowie die Verwendung der (Meth)Acrylsäure oder des Polymers in chemischen Produkten wie Fasern oder Formkörpern.

Unter (Meth)Acrylsäure wird vorliegend sowohl Methacrylsäure als auch Acrylsäure verstanden, wobei Acrylsäure bevorzugt ist.

(Meth)Acrylsäure und insbesondere Acrylsäure ist ein heutzutage in vielen Polymeren verwendetes Monomer. Insbesondere findet Acrylsäure Verwendung bei der Herstellung von Polymeren, die zur Wasseraufbereitung, beispielsweise als Flockungsmittel, eingesetzt werden oder die als superabsorbierende Polymere in Hygieneartikel, insbesondere Windeln, eingearbeitet werden (vgl. Modern Superabsorbent Polymer Technology, F.L. Buchholz, A.T. Graham; Wiley-VCH 1998). Sowohl in der Anwendung im Bereich der Wasseraufbereitung als auch in dem Bereich der Hygieneartikel werden an die dort eingesetzten Polymere sehr hohe Anforderungen bezüglich ihrer Reinheit gestellt. Dieses ist insbesondere bei Hygieneartikeln der Fall, die meist als Babywindeln eingesetzt werden und worin das Polymer direkt oder mittelbar über eine meist wässrige Flüssigkeit mit der Haut des Säuglings oder Kleinkinds in Kontakt kommt. Diese Haut ist gegenüber Verunreinigungen, insbesondere wenn diese reizend oder gar toxisch sind, sehr sensibel.

Es ist ferner allgemein bekannt, dass oftmals Acrylsäure und weniger häufig auch Methacrylsäure durch heterogene katalysierte Gasphasenoxidation von Propylen mit Sauerstoff an im allgemeinen sich festen Aggregatzustand befindenden Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 200 und 400°C hergestellt werden kann. In diesem Zusammenhang wird auf DE OS 19 62 431, DE OS 29 43 707 und auf DE 108 38 845 A1 verwiesen.

Zudem ist aus WO 03/051809 A1 bekannt, ein aus der Gasphasenoxidation von Propylen erhaltenes (Meth)Acrylsäure beinhaltendes Produktgas mit einer wässrigen Phase und Erhalt einer wässrigen Quenchphase in Kontakt zu bringen. In einer derartigen Quenchphase ist die (Meth)Acrylsäure noch von diversen anderen als Verunreinigungen geltenden Reaktionsprodukten und darüber hinaus von Wasser als Absorptionsmittel begleitet. Diese Tatsache macht es in der Regel notwendig, die vorstehend erhaltene Quenchphase mindestens einem weiteren Reinigungsprozess zuzuführen. Oftmals handelt es sich bei diesem Reinigungsprozess um eine Destillation. Hierbei kann jede dem Fachmann geläufige und als geeignet erscheinende Destillationsmethode Anwendung finden.

So offenbart die japanische Patentschrift 32417/1970 ein Verfahren zur Aufreinigung von Acrylsäure, wobei ein durch Gasphasenoxidation erhaltenes Produktgas zunächst in einer Quencheinheit mit einem Absorptionsmittel wie Wasser absorbiert wird, die Quenchphase einer Extraktionskolonne zugeführt wird, in der eine wasserbeinhaltende Extraktionsphase erzeugt wird, die einer Destillationseinheit zum Entfernen des Wassers zugeführt wird, wobei das Sumpfprodukt dieser Destillationskolonne einer Kristallisation unterzogen wird.

Der Nachteil einer destillativen Aufreinigung der Quenchphase oder eines Sumpfproduktes, wie es in der japanische Patentschrift 32417/1970 beschrieben wird, besteht jedoch darin, dass die Destillation ein thermisch stark belastendes Trennverfahren ist, welches insbesondere bei der Aufreinung (meth)acrylsäurehaltiger Zusammensetzungen zu einem hohen Ausbeuteverlust in Folge einer während der Destillation erfolgenden Polymerisation der (Meth)Acrylsäure unter Bildung von (Meth)Acrylsäure-Dimeren oder (Meth)Acrylsäure-Oligomeren führt.

Die DE 198 38 845 A1 offenbart ein Verfahren zur Aufreinigung von Acrylsäure, die aus einem Gemisch mit Lösungsmitteln direkt auskristallisiert werden kann, wobei die Kristalle beispielsweise als Kristallsuspension vorliegen können. Bei dem Lösungsmittel handelt es sich um hochsiedende Lösungsmittel, deren Siedepunkte vorzugsweise um mindestens 20°C über dem Siedepunkt der Acrylsäure liegt.

Im Allgemeinen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, sich aus dem Stand der Technik ergebende Nachteile zu überwinden.

Insbesondere liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zur Aufreinigung von (Meth)Acrylsäure zu Verfügung zu stellen, das sowohl umweltfreundlich als auch wirtschaftlich betrieben werden kann.

Ferner besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zur Aufreinigung von (Meth)Acrylsäure zur Verfügung zu stellen, in der die als empfindliches Monomer bekannte (Meth)Acrylsäure möglichst schonend aufgereinigt werden kann. Dabei soll auf destillative Aufreinigungsschritte möglichst verzichtet werden, so dass der (Meth)Acrylsäureverlust in Folge einer Bildung von (Meth)Acrylsäuredimeren oder (Meth)Acrylsäureoligomeren möglichst gering gehalten werden kann.

Außerdem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure sowie zu deren Aufreinigung zur Verfügung zu stellen, das mit möglichst wenig Schritten durchgeführt werden kann.

Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, (Meth)Acrylsäure, insbesondere deren Weiterverarbeitungsprodukte, beinhaltende Produkte bereit zu stellen, die eine geringe toxikologische Belastung für deren Benutzer darstellen.

Die vorstehend beschriebenen Aufgaben werden durch den Gegenstand des Hauptanspruchs und der weiteren Kategorie bildenden Nebenansprüche gelöst, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausführungen dieser erfindungsgemäßen Lösungen darstellen.

So betrifft die Erfindung ein vorzugsweise kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, wobei

  • (a) in einer Quencheinheit ein aus einer Gasphasenoxidation erhaltenes (Meth)Acrylsäure beinhaltendes Produktgas mit einer wässrigen Phase unter Erhalt einer wässrigen Quenchphase in Kontakt gebracht wird,
  • (b) in einer Extraktionseinheit die Quenchphase mit einem organischen Trennmittel unter Erhalt einer ersten Phase und mindestens einer weiteren Phase in Kontakt gebracht wird,
  • (c) mindestens eine Phase ausgewählt aus der ersten Phase und der mindestens einen weiteren Phase, vorzugsweise die erste Phase, in einer Kristallisationseinheit einer Kristallisation, vorzugsweise einer Suspensionskristallisation oder einer Schichtkristallisation, unter Erhalt einer Rein(Meth)Acrylsäure unterworfen wird.

Durch das in Kontakt bringen der Quenchphase mit dem Trennmittel wird die in der Quenchphase enthaltene (Meth)Acrylsäure aus der Quenchphase extrahiert, wobei es vorzugsweise zu einer Bildung von zwei Phasen kommt, wobei die eine Phase überwiegend auf dem Trennmittel und auf (Meth)Acrylsäure basiert und die andere Phase vorzugsweise Wasser sowie geringe Mengen an (Meth)Acrylsäure beinhaltet. Diese Phasen können unmittelbar einer Kristallisationsvorrichtung zugeführt werden, in der die (Meth)Acrylsäure vorzugsweise in Form einer Kristallsuspension kristallisiert und anschließend vorzugsweise mittels einer Waschkolonne abgetrennt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert somit ausgehend von der in einer Quencheinheit erhaltenen Quenchphase bis zum Erhalt einer hochreinen (Meth)Acrylsäure in einer Kristallisationsvorrichtung keinerlei destillativen Trennungsschritt irgendeiner (Meth)Acrylsäure-haltigen Zusammensetzung.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Quenchphase als Quenchphasenkomponente

  • Q1 im Bereich von 45 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 79 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 55 bis 68 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,
  • Q2 mindestens 14,9 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 30 Gew.-% Wasser, sowie
  • Q3 mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 Gew.-%; besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 10 Gew.-% und darüber hinaus besonders bevorzugt in Bereich von 3 bis 5 Gew.-% eine von Q1 und Q2

verschiedene Verunreinigung beinhaltet, wobei jede Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der Quenchphase bezogen ist, und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Quenchphasenkomponenten Q1 bis Q3 100 ergibt.

In der Extraktionseinheit wird die Quenchphase im Verfahrensschritt (b) mit dem Trennmittel in Kontakt gebracht, wobei das in Kontaktbringen vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von –70 bis +70°C, bevorzugt –50 bis +30°C und darüber hinaus bevorzugt –20 bis +25°C erfolgt.

Durch das in Kontakt bringen der Quenchphase mit dem Trennmittel wird eine erste Phase und mindestens eine weitere Phase erhalten.

Es ist erfindungsgemäß des weiteren bevorzugt, dass die erste Phase

  • E1 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 30 bis 50 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,
  • E2 mindestens 29,9 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 79,5 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 40 bis 49 Gew.-% Trennmittel als ein Hauptbestandteil der ersten Phase, sowie
  • E3 mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 1 bis 2 Gew.-% von E1 und E2 verschiedene Verunreinigungen aufweist, wobei jede Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der ersten Phase bezogen ist,
und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Komponenten E1 bis E3 100 ergibt.

Die mindestens eine weitere Phase basiert erfindungsgemäß vorzugsweise auf

  • W1 0,01 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,
  • W2 mindestens 49,9 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 98,5 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 80 bis 96 Gew.-% Wasser als ein Hauptbestandteil, sowie
  • W3 mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt 3 bis 6 Gew.-% von W 1 und W2 verschiedene Verunreinigungen, wobei jede Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der mindestens einen weiteren Phase bezogen ist,
und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Komponenten W 1 bis W3 100 ergibt.

Geringe Gew.-% Anteile im Bereich von 0,01 bis 1 für W1 haben sich insbesondere im mehrstufigen Einsatz bewährt.

Als Trennmittel kommen grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Substanzen in Betracht, wobei bevorzugt ist, dass die Trennmittel bei 100°C, vorzugsweise bei 20°C und bei Atmosphärendruck als Flüssigkeit vorliegen. Weiterhin haben sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere organische Trennmittel bewährt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Carbonylverbindungen, Alkohole, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Ether, Polyether sowie eine organischen Schwefel- oder Phosphorverbindung.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Trennmittel, die allgemein für sich oder in Mischungen von mindestens Zweien eingesetzt werden können, sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend

  • – einen Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise n-Hexan, n-Heptan, Dimethylcyclohexan, Ethylcyclohexan, Aromaten mit einer Alkylgruppe wie beispielsweise Toluol, Xylol oder Ethylbenzol, halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere halogenierte Aromaten wie beispielsweise Chlorbenzol, oder Mischungen der vorstehend genannten Kohlenwasserstoffe,
  • – eine Carbonylverbindung, wie beispielsweise Aceton, Acetaldehyd, Diethylketon, Diisopropylketon, Methylpropylketon, Methylisobutylketon, Methyl-t.-butylketon, n-Nonanon, oder Mischungen dieser Carbonylverbindungen,
  • – einen Alkohol oder ein Polyol, wie beispielsweise Methanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, 1-Decanol, Glycerin, oder Mischungen dieser Alkohole,
  • – eine Carbonsäure oder einen Carbonsäureester, wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, n-Propylacetat, n-Butylacetat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Vinylacrylat, n-Propylacrylat, Allylacetat, Isopropenylacetat, Vinylpropionat, Propylpropionat, Methylcrotonat, Methylvalerat, Ethylbutyrat, oder Mischungen dieser Carbonsäuren oder Carbonsäureester,
  • – einen Ether oder einen Polyether, wie beispielsweise Dimethylether, Dietheylether, Ethylmethylether, Dipropylether, Methylpropylether, Ethylpropylether, Methylpropylether, Ethylmethylether, Dibutylether; Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether, Triethylenglykoldimethylether, sowie Mischungen dieser Ether oder Polyether,
  • – eine organischen Schwefel-, Stickstoff- oder Phosphorverbindung, wie beispielsweise Methansulfonsäure, Dioktylmonohexaphosphin (erhältlich unter dem Handelsnamen Cyanex 923 der Firma Cytec), Trioctylphosphonoxid, oder Mischungen dieser Verbindungen,
  • – eine Lösungsmittelmischung beinhaltend ein Lösungsmittel A ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Heptan, Dimethylcyclohexan, Ethylcyclohexan, Toluol, Benzol, Ethylbenzol, Chlorbenzol, Xylol oder einer Mischung dieser Lösungsmittel und ein Lösungsmittel B ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diethylketon, Diisopropylketon, Methylpropylketon, Methylisobutylketon, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Vinylacrylat, n-Propylacrylat, Allylacetat, Isopropenylacetat, Vinylpropionat, Propylpropionat, Methylcrotonat, Methylvalerat, Ethylbutyrat, Dibutylether und Mischungen dieser Lösungsmittel.

Weiterhin sind ionische Flüssigkeiten als Trennmittel bevorzugt. Unter „ionischen Flüssigkeiten" werden dabei vorzugsweise Verbindungen verstanden, die einen Schmelzpunkt von höchstens 150°C, bevorzugt von höchstens 125°C und besonders bevorzugt von höchstens 100°C sowie einen Dampfdruck bei einer Temperatur von 20°C von höchstens 1 mbar, bevorzugt von höchstens 0,1 mbar, besonders bevorzugt von höchstens 0,01 mbar und darüber hinaus bevorzugt von höchstens 0,001 mbar aufweisen.

Als Beispiele für erfindungsgemäß als Trennmittel einsetzbare ionische Flüssigkeiten seien diejenigen Verbindungen genannt, die in WO 02/079269 A1 als ionische Flüssigkeiten genannt sind. Der Offenbarungsgehalt der WO 02/079269 A1 hinsichtlich der ionischen Flüssigkeiten wird hiermit als Referenz eingeführt und stellt einen Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung dar. Als Beispiele für ionische Flüssigkeiten seien insbesondere Trioctylmethylphosphoniumhydrogensulfat, Trioctylmethylphosphoniummethylsulfat, Triocytlmethylammonoimhydrogensulfat und Trioctylmethylammoniummethylsulfat genannt.

Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugte Trennmittel sind Aromaten, wobei es sich vorzugsweise um einen mindestens eine Alkylgruppe beinhaltenden Aromaten handelt. Unter diesen Verbindungen ganz besonders bevorzugt sind Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Mesitylen, 1,4-Trimethylbenzol, Ethylbenzol oder p-Cymol oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Verbindungen, wobei Toluol als Trennmittel am meisten bevorzugt ist.

Nachdem die Quenchphase im Verfahrensschritt (a) in der Extraktionseinheit mit dem organischen Trennmittel unter Erhalt einer ersten Phase und mindestens einer weiteren Phase im Verfahrensschritt (b) in Kontakt gebracht worden ist, wird mindestens eine dieser beiden Phasen, vorzugsweise die erste Phase, gegebenenfalls nach deren Abtrennung von der oder den anderen Phasen im Verfahrensschritt (c) der Kristallisation, vorzugsweise der Suspensionskristallisation oder einer Schichtkristallisation, unter Erhalt einer Rein-(Meth)Acrylsäure zugeführt. Die nach Erhalt der Rein-(Meth)Acrylsäure zurückbehaltene, das Trennmittel beinhaltende Mutterlauge wird dabei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise in das erfindungsgemäße Verfahren zurückgeführt, wobei die mindestens teilweise Rückführung der Mutterlauge vorzugsweise nach der Quencheinheit und vorzugsweise spätestens in der Kristallisation, vorzugsweise der Suspensionskristallisation, erfolgt. Besonders bevorzugt ist es, dass die Mutterlauge in die Extraktionseinheit zurückgeführt wird. Durch diese Verfahrensweise wird eine sehr effiziente Verwendung des Trennmittels sichergestellt. In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß weiterhin bevorzugt, dass die mindestens teilweise Rückführung der das Trennmittel beinhaltenden Mutterlauge in diejenige Leitung erfolgt, über die neues, noch nicht mit der Quenchphase in Kontakt gebrachtes Trennmittel, welches ebenfalls vorzugsweise nach der Quencheinheit und spätestens bei der Kristallisation im Verfahrensschritt (c) zugesetzt wird, eingeleitet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Rückführung der Mutterlauge vorzugsweise dadurch, dass diese zunächst durch eine Trenneinheit (Abscheider), bei der es sich beispielsweise um eine Kristallisationseinheit, besonders bevorzugt um einen Schichtkristaller oder eine Suspensionskristallisationseinheit umfassend einen Kristallsuspensionserzeuger sowie eine Abtrennvorrichtung, besonders bevorzugt eine Waschkolonne, oder aber um eine Zentrifuge, einen Filter oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Abtrennung von Verunreinigungen, handelt, geführt wird, um zunächst noch vorhandene Verunreinigungen, insbesondere Schwersieder oder Leichtsieder wie etwa Essigsäure, abzutrennen. Die auf diese Weise aufgereinigte Mutterlauge wird dann in der vorstehend beschriebenen Art und Weise in das Verfahren zurückgeführt. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus der Mutterlauge mittels einer Trenneinheit Schwersieder abgetrennt, in einer anderen Ausgestaltung erfolgt eine Abtrennung von Leichtsiedern wie etwa Essigsäure. Denkbar ist auch der Einsatz von mindestens zwei hintereinander angeordneten Trenneinheiten, so dass zunächst Schwersieder und anschließend Leichtsieder (oder umgekehrt) abgetrennt werden können.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die in der Extraktionseinheit erhaltene, im wesentlichen auf Wasser basierende weitere Phase zumindest teilweise in die Quencheinheit zurückgeführt wird. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass diese weitere Phase vor ihrer Rückführung in die Quencheinheit ebenfalls in einer Aufreinigungsvorrichtung, beispielsweise einer Suspensionskristallisationseinheit oder einem Schichtkristaller, einer Kristallisation, vorzugsweise einer Suspensionskristallisation unter Erhalt einer Rein-(Meth)Acrylsäure und einer Mutterlauge unterzogen wird, wobei die so erhaltene, im wesentlichen auf Wasser basierende Mutterlauge dann der Quencheinheit zugeführt wird.

Die Abtrennung der ersten Phase bzw. der mindestens einen weiteren Phase von der oder den anderen Phasen des Phasensystems erfolgt in einer dem Fachmann im Zusammenhang mit herkömmlichen Extraktionsverfahren bekannten Vorgehensweise. In besonders einfacher Weise kann die Abtrennung mit geeigneten Abtrennvorrichtungen, wie etwa einem Scheidetrichter, erfolgen. Hinsichtlich der allgemeinen Vorgehensweise bei der Extraktion sei insbesondere auf Thornton J. D., "Science and Practice of Liquid-Liquid Extraction", Vol. I & II, Oxford, Oxford University Press, 1992, auf Lo T.-C, Baird M. H. I und Hanson C., "Handbook of Solvent Extraction", New York, John Viley & Sons, 1983 sowie auf Robbins G. M. und Cusack R. W., "Liquid-Liquid Extraction Operations and Equipment" in "Perry's Chemical Engineering Handbook", Perry R. H. und Green D. W., New York, McGraw Hill, Kapitel 15, 1997 verwiesen. Die Offenbarung dieser Veröffentlichungen hinsichtlich der allgemeinen Vorgehensweise bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion wird hiermit als Referenz eingeführt und stellt einen Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung dar.

Es ist erfindungsgemäß weiterhin bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. Dabei wird die im Verfahrensschritt (a) erhaltene Quenchphase kontinuierlich einer Extraktionseinheit zugeführt und dort mit dem Trennmittel oder mit einer Mischung aus gemäß den vorstehenden Ausführungen zurückgeführtem Trennmittel und frischem, noch nicht mit der Quenchphase in Kontakt gebrachtem Trennmittel, in Kontakt gebracht wird. Mindestens eine der beiden Phasen, ausgewählt aus der ersten Phase oder der mindestens einen weiteren Phase, wird kontinuierlich aus der Extraktionseinheit entnommen und der Kristallisationseinheit zugeführt. Die in der Kristallisationseinheit zurückbehaltene, trennmittelreiche Mutterlauge wird anschließend zumindest teilweise, vorzugsweise nach vorheriger Aufreinigung, in die Extraktionseinheit zurückgeführt.

Die Menge des in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten, frischen (das heißt noch nicht mit der Quenchphase bzw. mit Komponenten der Quenchphase in Kontakt gebrachten) Trennmittel, relativ zur Menge der Quenchphase, hängt davon ab, in welchem Ausmaß bereits mit der Quenchphase in Kontakt gebrachtes Trennmittel gemäß den vorstehenden Ausführungen über die in der Kristallisationseinheit zurückbehaltene, trennmittelreiche Mutterlauge wieder in das Verfahren zurückgeführt wird. Der Fachmann wird dabei die für eine zufriedenstellende Aufreinigung der in der Quenchphase enthaltenen (Meth)Acrylsäure benötigte Trennmittelmenge in Abhängigkeit der gegebenen Verfahrensparameter (Umfang der Trennmittel-Rückführung, Zusammensetzung der Quenchphase, Art der Verwendeten Extraktions- und Kristallisationsverfahren, Reaktionstemperatur, Reaktionsdruck und dergleichen) durch einfache Routineversuche ermitteln können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Menge an eingesetztem Trennmittel vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 80 Gew.-% und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Trennmittel und in das Verfahren eingebrachter Quenchphase. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Gewichtsverhältnis aus frisch eingesetztem (das heißt noch nicht mit der Quenchphase oder Komponenten der Quenchphase in Kontakt gebrachtem) Trennmittel und über die in der Kristallisationseinheit zurückbehaltebne Mutterlauge zurückgeführtem Trennmittel in einem Bereich von 1 : 1.000 bis 1 : 100, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 : 500 bis 1 : 50 und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 1 : 200 bis 1 : 100 liegt.

Im Falle eines kontinuierlich betriebenen Aufreinigungsverfahrens kann der Zusatz des Trennmittels an verschiedenen Stelle erfolgen. Vorzugsweise wird dabei das Trennmittel

  • – in die Zuleitung, mit der die Quenchphase in die Extraktionseinheit geführt wird,
  • – in die Extraktionseinheit,
  • – in die Zuleitung, mit der die in der Extraktionseinheit erhaltene, erste Phase in die Kristallisationseinheit geführt wird,
  • - in den Kristallisator der Kristallisationseinheit,
  • – in die Zuleitung, mit der im Falle einer Suspensionskristallisationseinheit die Kristallsuspension in die Abtrennvorrichtung, vorzugsweise die Waschkolonne, geführt wird,
  • – in die Abtrennvorrichtung, vorzugsweise die Waschkolonne,
  • – in die Zuleitung, mit der die in der Kristallisationseinheit zurückbehaltene Mutterlauge mindestens teilweise in die Extraktionseinheit zurückgeführt wird,
zugesetzt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die im Verfahrensschritt (c) erhaltene Rein-(Meth)Acrylsäure mindestens 97,5, vorzugsweise mindestens 98,0, besonders bevorzugt mindestens 99,0 und darüber hinaus bevorzugt von mindestens 99,5 Gew.-% (Meth)Acrylsäure aufweist. Derartige Einheiten von (Meth)Acrylsäure sind insbesondere dann bevorzugt, wenn aus der (Meth)Acrylsäure ein Polymer hergestellt wird, das im Hygienebereich, im Bereich der Wundauflagen und Verbandsmittel oder in anderen medizinischen Bereichen wie der Arzneimittelzubereitung oder der Medizintechnik Anwendung findet.

Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, fluidleitend miteinander verbunden aufeinanderfolgend aufweisend

  • – eine Reaktoreinheit,
  • – eine Quencheinheit,
  • – eine Extraktionseinheit,
  • – eine erste Kristallisationseinheit umfassend einen Kristallisator, wobei es sich bei der Kristallisationseinheit vorzugsweise um einen Schichtkristaller oder um eine Suspensionskristallisationseinheit handelt, die neben dem Kristallisator eine mit dem Kristallisator verbundene Abtrennvorrichtung, vorzugsweise eine Waschkolonne, umfasst, und gegebenenfalls eine weitere Reinigungseinheit, vorzugsweise eine Kristallisationseinheit umfassend einen Kristallisator, wobei es sich bei der weiteren Reinigungseinheit ebenfalls vorzugsweise um einen Schichtkristaller oder um eine Suspensionskristallisationseinheit handelt.
wobei die Quencheinheit und die Extraktionseinheit destillationsfrei miteinander verbunden sind.

„Destillationsfrei miteinander verbunden" bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die in der Quencheinheit erhaltene Zusammensetzung vor ihrer Zuführung in die Extraktionseinheit keinem Reinigungsschritt unterworfen wird, der eine destillative Abtrennung einer der Komponenten der Zusammensetzung umfasst. Während in der Regel auf die Suspensionskristallisationseinheit eine Aufreinigungseinheit, vorzugsweise eine Waschkolonne, folgt, ist dieses im Allgemeinen bei dem Schichtkristaller nicht der Fall.

Unter fluidleitend wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Leitungen, vorzugsweise Rohrleitungen, so ausgebildet und ausgestaltet sind, dass diese Gase oder Flüssigkeiten oder hyperkritische Fluide oder in Flüssigkeiten aufgeschlemmte Feststoffe oder mindestens zwei davon führen können.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß bevorzugten Ausgestaltung der Reaktions- und der Quencheinheit wird auf die DE 198 38 845 A1 und die WO 03/051809 A1 verwiesen, in der WO 03/051809 A1 insbesondere auf die Seite 10, Zeile 24ff betreffend die in der Reaktionseinheit vorzugsweise enthaltenen Katalysatoren und auf die Seite 12, Zeile 19ff betreffend die Quencheinheit, wobei auf die beiden vorstehend genannten Druckschriften als Teil dieser Offenbarung Bezug genommen wird.

Als Extraktionseinheit können alle dem Fachmann bekannten Vorrichtungen eingesetzt werden, die es gestatten, in einem Fluid eine Trennung in zwei flüssige Phase zu bewirken und mindestens eine, vorzugsweise beide dieser flüssigen Phasen getrennt von einander aus der Extraktionseinheit zu entnehmen. Ganz besonders bevorzugte Extraktionsvorrichtungen sind zudem solche, die es ermöglichen, das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich zu gestalten. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Extraktion mittels Kreuzstromextraktion, bei der die Quenchphase nacheinander mehrmals mit frischem oder zurückgeführtem Trennmittel vermischt wird, oder mittels Gegenstromextraktion, bei dem die Quenchphase und das Trennmittel bzw. das zurückgeführte Trennmittel im Gegenstrom mehrere Extraktionsstufen durchströmen, erfolgt. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Extraktoren umfassen insbesondere Extraktionsbatterien, insbesondere Mischerabscheidebatterien, wie Rührextraktoren, Kreiselpumpenextraktoren, Strahlpumpenextraktoren, VENTURI-Rohrextraktoren, oder Ultraschallextraktoren, Extraktionskolonnen mit ruhenden Einbauten wie etwa Füllkörperkolonnen, Siebbodenkolonnen oder Kaskadenkolonnen, Extraktionskolonnen mit Pulsation wie etwa Pulsationskolonnen (Füllkörper- und Siebbodenkolonnen), Extraktionskolonnen mit bewegten Einbauten wie etwa Rührkolonnen, Drehscheibenkolonnen oder Quirlkolonnen sowie Zentrifugalextraktoren, wie etwa der LUWESTA-Extraktor, der QUADRONIC-Extraktor, der PODBELNIAK-Extraktor oder der ALFA-LAVAL-Extraktor.

Es ist erfindungsgemäß weiterhin bevorzugt, dass es sich bei der Extraktionseinheit um eine temperierbare Extraktionseinheit, vorzugsweise eine Kaltextraktionseinheit, handelt. Diese werden eingesetzt, um eine Temperatur einzustellen, bei die zu trennende bzw. aufzureinigende Mischung eine möglichst große Mischungslücke aufweist.

Als Kristallisator sind Suspensionskristallisatoren und Schichtkristaller bevorzugt.

Als Schichtkristaller können dabei insbesondere diejenigen statischen sowie dynamischen Schichtkristallisationen eingesetzt werden, die in EP 0616 998 A1 als statische bzw. dynamische Schichtkristallisationen genannt werden.

Als Suspensionskristallisatoren können alle dem Fachmann geeigneten Vorrichtungen eingesetzt werden, mit denen Kristallsuspensionen erzeugt werden können. Besonders bevorzugt sind Kristallisatoren, die es gestatten, das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich zu gestalten. Als Kristallisator kann vorteilhafterweise ein Rührkesselkristallisator, ein Kratzkristallisator, ein Kühlscheibenkristallisator, eine Kristallisierschnecke, ein Tromrnelkristallisator oder dergleichen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise sind dies die Kühlscheibenkristallisatoren oder der Kratzkühler (siehe die Dissertation von Poschmann zur Suspensionskristallisation organischer Schmelzen und Nachbehandlung der Kristalle durch Schwitzen oder Waschen, Diss. Universität Bremen, Shaker Verlag, Aachen 1996). Ganz besonders bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung als Kristallisator einen Kratzkühler. Des weiteren weist die Suspensionskristallisationseinheit eine Abtrenneinheit zur Abtrennung der (Meth)Acrylsäurekristalle auf, wobei es sich bei dieser Abtrenneinheit vorzugsweise um eine Waschkolonne handelt, in der die Mutterlauge über einen Filter aus der Kolonne abgezogen wird, wodurch sich ein dichtgepacktes Kristallbett bildet.

Das Kristallbett wird von der Mutterlauge in Richtung des Bodens der Kolonne durchströmt und durch den Strömungswiderstand nach unten gedrückt.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Abtrennung der (Meth)Acrylsäure durch Kristallisation der (Meth)Acrylsäure in der Kristallisationseinheit einstufig oder mehrstufig, vorzugsweise ein- oder zweistufig erfolgt. Im Falle einer zweistufigen Kristallisation wird die nach Abtrennung der (Meth)Acrylsäure-Kristalle in der Waschkolonne bzw. Im Schichtkristaller zurückbehaltene Mutterlauge einer zweiten Kristallisationseinheit zugeführt. Bei der zweiten Kristallisationseinheit handelt es sich ebenfalls vorzugsweise um einen Schichtkristaller oder eine Suspensionskristallisationseinheit. In der zweiten Kristallisationseinheit erfolgt ebenfalls eine Abtrennung von (Meth)Acrylsäure-Kristallen unter Erhalt einer weiteren Mutterlauge.

In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die in den Waschkolonnen abgetrennten (Meth)Acrylsäure-Kristalle in die Suspensionskristallisationseinheit, in der die der jeweiligen Waschkolonne zugeführte Kristallsuspension gebildet worden ist, zumindest teilweise zurückgeführt werden. Dabei können die (Meth)Acrylsäure-Kristalle vor ihrer Rückführung in die Suspensionskristallisationseinheit zumindest teilweise aufgeschmolzen werden, wie dies in der DE 102 11 686 A1 beschrieben ist, auf deren Inhalt hiermit als Teil dieser Offenbarung Bezug genommen wird. Durch dieses teilweise Aufschmelzen und Rückführen der (Meth)Acrylsäure-Kristalle kann eine besonders hohe Reinheit der (Meth)Acrylsäure erzielt werden. Im Falle der Verwendung einer Waschkolonne wird dieses teilweise Aufschmelzen vorzugsweise dadurch realisiert, dass im Boden der Kolonne eine bewegte, vorzugsweise rotierende Kratzvorrichtung oder ein Kratzer lokalisiert ist, die bzw. der aus dem dichtgepackten Kristallbett und der am unteren Teil der Waschkolonne eingebrachten Waschschmelze wieder eine Suspension erzeugt. Die Suspension wird vorzugsweise durch einen Aufschmelzer, vorzugsweise einen Wärmeaustauscher, gepumpt und aufgeschmolzen. Ein Teil der Schmelze kann z.B. als Waschschmelze dienen; diese wird dann in die Kolonne zurückgepumpt und wäscht vorzugsweise das in entgegengesetzter Richtung wandernde Kristallbett aus, d.h. die kristallisierte (Meth)Acrylsäure wird im Gegenstrom von der zurückgeführten (Meth)Acrylsäure gewaschen. Die Waschschmelze bewirkt einerseits ein Waschen der Kristalle, andererseits kristallisiert die Schmelze auf den Kristallen zumindest teilweise aus. Die freiwerdende Kristallisationsenthalpie erwärmt das Kristallbett im Waschbereich der Kolonne. Dadurch wird ein dem Schwitzen der Kristalle analoger Reinigungseffekt erzielt.

Denkbar ist auch, zumindest einen Teil der in der Waschkolonne erhaltenen (Meth)Acrylsäure-Kristalle zur Impfung in kristalliner Form in die Suspensionskristallisationseinheit zuzuführen, wie dies ebenfalls in der DE 102 11 686 A1 beschrieben ist.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst dieses neben den vorstehend genannten Komponenten eine Trennmittelrückführung, die von der ersten Kristallisationseinheit, im Falle einer Suspensionskristallisationseinheit vorzugsweise von der Waschkolonne der ersten Kristallisationseinheit ausgeht und in die Quenchphaseführung nach der Quencheinheit oder in die Extraktionseinheit einmündet. Über diese Trennmittelrückführung kann die in der Kristallisationseinheit zurückbehaltene, trennmittelreiche Mutterlauge in die Extraktionseinheit zurückgeführt werden.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Vorrichtung eine Rückführung für eine wässrige Phase aus der Extraktionseinheit in die Quencheinheit umfasst. Über diese Rückführung kann die mindestens eine weitere Phase, die Wasser als Hauptbestandteil enthält, in die Quencheinheit zurückgeführt werden. In diesem Zusammenhang ist es des weiteren bevorzugt, dass diese Rückführung durch eine weitere Kristallisationseinheit, vorzugsweise Schichtkristaller oder eine Suspensionskristallisationseinheit umfassend einen Kristallisator zur Herstellung einer Kristallsuspension sowie eine Waschkolonne, unterbrochen ist, wobei diejenigen Kristallisatoren und Waschkolonnen bevorzugt sind, die bereits vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Kristallisationseinheit genannt wurden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der ersten und/oder der zweiten Kristallisationseinheit um eine Suspensionskristallisationseinheit umfassend einen Kristallisator zur Herstellung einer Kristallsuspension sowie eine mit dem Kristallisator verbundene Abtrennvorrichtung, insbesondere eine Waschkolonne. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der ersten und/oder der zweiten Kristallisationseinheit um einen Schichtkristaller.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung eingesetzt wird.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers, wobei eine (Meth)Acrylsäure, erhältlich nach dem vorstehend beschrieben Verfahren, eingesetzt wird. Dabei wird die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche (Meth)Acrylsäure, vorzugsweise die Acrylsäure, in Gegenwart von radikalischen Initiatoren und gegebenenfalls Vernetzern vorzugsweise in einem Verfahren der Lösungspolymerisation, der Suspensionspolymerisation oder der Emulsionspolymerisation, gegebenenfalls in Gegenwart weiterer, mit der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen (Meth)Acrylsäure copolymerisierbaren Monomeren sowie in Gegenwart von Vernetzern, polymerisiert. Die (Meth)Acrylsäure kann dabei vor, während oder nach der Polymerisation zum zumindest teilweise neutralisiert werden. Im Zusammenhang mit den bei der Polymerisation der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen (Meth)Acrylsäure eingesetzten weiteren Monomere und Vernetzer wird auf die DE 101 61 495 A1, und dort insbesondere auf die Monomere und Vernetzer, die in dieser Druckschrift als Monomere (&agr;2) bzw, als Vernetzer (&agr;3) genannt werden, wobei auf diese Druckschrift als Teil dieser Offenbarung Bezug genommen wird.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Polymers betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Polymers, welche eine Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, umfasst, an die sich eine Polymerisationsvorrichtung anschließt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Polymers, welches mindestens teilweise auf (Meth)Acrylsäure basiert, wobei zur Herstellung dieses Polymers die vorstehend beschriebene Vorrichtung eingesetzt wird.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Fasern, Folien, Schäumen und Verbunde mindestens teilweise basierend auf einer (Meth)Acrylsäure erhältlich durch erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure oder aufweisend das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Polymer.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer (Meth)Acrylsäure erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure oder eines Polymers erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Polymers in oder für die Herstellung von Fasern, Folien, Schäumen und Verbunden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand nicht limitierender Zeichnungen und Beispiele näher erläutert:

1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure

2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Polymers.

Gemäß der 1 wird das in einer Reaktoreinheit erhaltene, gasförmige Reaktionsprodukt, welches im Falle der oxidativen Gasphasenoxidation von Propylen hauptsächlich aus Acrylsäure, Wasserdampf, Stickstoff Sauerstoff und Nebenprodukten wie etwa Maleinsäureanhydrid besteht, in die Quencheinheit 1 geführt. Dort wird das gasförmige Reaktionsprodukt durch in Kontakt bringen mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in der Flüssigkeit absorbiert, wobei im Falle der Verwendung von Wasser als Absorptionsflüssigkeit eine wässrige Acrylsäurelösung erhalten wird, die neben (Meth)Acrylsäure und dem Absorptionsmittel noch die bei der Gasphasenoxidation erhaltenen Nebenprodukte enthält. Über die Zuführung 2 wird diese wässrige (Meth)Acrylsäurelösung in die Extraktionseinheit geleitet, wobei es spätestens in der Extraktionseinheit in Kontakt mit dem Trennmittel (TM) gebracht wird. In der Extraktionseinheit erfolgt nach dem in Kontakt bringen der Quenchphase mit dem Trennmittel eine Phasentrennung unter Bildung einer ersten, im wesentlichen auf dem Trennmittel basierenden Phase und mindestens einer weiteren, im wesentlichen auf Wasser basierenden Phase. Die im wesentlichen auf dem Trennmittel basierende Phase wird über die Zuführung 4 dem Kristallisator 5, bei dem es sich vorzugsweise um einen Kratzkühler handelt, zugeführt. Die im Kristallisator 5 erhaltene Kristallsuspension wird anschließend über die Zuführung 6 in die Waschkolonne 7 geführt, in der eine Abtrennung der (Meth)Acrylsäure-Kristalle erfolgt, in deren Verlauf eine Mutterlauge beinhaltend das Trennmittel zurückbehalten wird. Die in der Waschkolonne 7 nach Abtrennung der (Meth)Acrylsäure-Kristalle erhaltene Mutterlauge wird vorzugsweise zumindest teilweise über die Zuführung 8 in die Extraktionseinheit 3 zurückgeführt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die in der Extraktionseinheit 3 erhaltene, im wesentlichen auf Wasser basierende weitere Phase über die Zuleitung 9 in die Quencheinheit 1 zurückgeführt wird. In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei aus der in der Zuleitung 9 geführten Zusammensetzung mittels einer weiteren Aufreinigungsvorrichtung 10, bei der es sich beispielsweise um eine Suspensionskristallisationsvorrichtung oder einen Schichtkristaller handelt, noch in der Zusammensetzung enthaltene (Meth)Acrylsäure durch Kristallisation abgetrennt werden. Weiterhin ist es in einer andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, dass aus der in der Zuleitung 8 geführten Zusammensetzung (bei der Kristallisation abgetrennte Mutterlauge) vor ihrer Zurückführung mittels einer Trenneinheit 12 aufgereinigt wird.

Die Zuführung von frischem Trennmittel (TM) kann im Falle eines kontinuierliche betriebenen Aufreinigungsverfahrens

  • a) in die Zuführung, über die die Quenchphase in die Extraktionseinheit geführt wird 2,
  • b) in die Extraktionseinheit 3,
  • c) in die Zuführung 4, mit der die in der Extraktionseinheit erhaltene, das Trennmittel als Hauptbestandteil enthaltende erste Phase in die Kristallisationseinheit geführt wird,
  • d) in den Kristallisator der Kristallisationseinheit 5,
  • e) in die Zuführung 6, mit der die Kristallsuspension in die Abtrennvorrichtung 7 geführt wird,
  • f) in die Abtrennvorrichtung 7, oder
  • g) in die Zuführung 8, mit der die in der Abtrennvorrichtung 7 erhaltene Mutterlauge in die Extraktionseinheit 3 zurückgeführt wird,
erfolgen. Möglich ist auch ein Zuführung an mehreren der vorstehend genannten Stellen des Aufreinigungsprozesses.

Gemäß der 2 wird die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältliche Rein-Acrylsäure in eine Polymerisationsvorrichtung 11 geführt, in der eine Polymerisation der Acrylsäure, vorzugsweise in wässriger Lösung, in Gegenwart eines Vernetzers und gegebenenfalls weiterer Co-Monomere unter Bildung eines wasserabsorbierenden Polymers erfolgt.

In einem auf 0°C temperierten Glasscheidetrichter wurden 141 g hochreine Acrylsäure, 93 g vollentsalztes Wasser sowie 73 g Toluol vorgelegt. Die Mischung wurde geschüttelt und für 30–50 Minuten stehengelassen, um eine Phasentrennung zu ermöglichen.

Die beiden erhaltenen Phasen wurden separat abgelassen, gewogen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung analysiert (siehe die Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle). Es wurden 104,2 g obere Phase und 202,5 g untere Phase erhalten.

Anschließend wurde die Gesamtmenge der oberen Phase in ein doppelwandiges Glasgefäß überführt und auf –30°C unter Rühren gekühlt. Die Kristallisation begann bei –19,2°C. Die entstandene Kristallsuspension wurde abgelassen und über eine Vakuumnutsche filtriert. Die Zusammensetzungen der Kristalle und der Mutterlauge sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

1Quencheinheit 2Zuführung für in der Queneheinheit absorbierte (Meth)Acrylsäure in die Extraktionseinheit 3 3Extraktionseinheit 4Zuführung für eine der in der Extraktionseinheit 3 erhaltenen flüssigen Pha sen in die Kristallisationseinheit umfassend den Kristallisator 5 und die Waschkolonne 7 5Kristallisator (z. B. Kratzkühler) 6Zuführung für Kristallsuspension in die Waschkolonne 7Waschkolonne 8Zuführung für Mutterlauge in die Extraktionseinheit 3 9Zuführung für eine der in der Extraktionseinheit 3 erhaltenen flüssigen Pha sen in die Quencheinheit 1 10ggf. weitere Aufreinigungsvorrichtung 11Polymerisationseinheit 12Trenneinheit

Anspruch[de]
  1. Ein Verfahren zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, wobei

    (a) in einer Quencheinheit (1) ein aus einer Gasphasenoxidation erhaltenes (Meth)Acrylsäure beinhaltendes Produktgas mit einer wässrigen Phase unter Erhalt einer wässrigen Quenchphase in Kontakt gebracht wird,

    (b) in einer Extraktionseinheit (3) die Quenchphase mit einem organischen Trennmittel unter Erhalt einer ersten Phase und mindestens einer weiteren Phase in Kontakt gebracht wird,

    (c) mindestens eine der Phasen ausgewählt aus der ersten Phase und der mindestens einen weiteren Phase in einer Kristallisationseinheit einer Kristallisation unter Erhalt einer Rein-(Meth)Acrylsäure unterworfen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quenchphase

    Q1 45 bis 85 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,

    Q2 mindestens 14,9 Gew.-% Wasser, sowie

    Q3 mindestens 0,1 Gew.-% von Q1 und Q2 verschiedene Verunreinigungen beinhaltet,

    wobei die Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der Quenchphase bezogen sind und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Quenchphasenkomponenten Q1 bis Q3 100 ergibt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Phase

    E1 10 bis 70 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,

    E2 mindestens 29,9 Gew.-% Trennmittel als ein Hauptbestandteil der ersten Phase, sowie

    E3 mindestens 0,1 Gew.-% von E1 und E2 verschiedene Verunreinigungen beinhaltet,

    wobei die Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der ersten Phase bezogen sind und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Quenchphasenkomponenten E1 bis E3 100 ergibt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere Phase

    W1 0,01 bis 50 Gew.-% (Meth)Acrylsäure,

    W2 mindestens 49,9 Gew.-% Wasser als ein Hauptbestandteil der weiteren Phase, sowie

    W3 mindestens 0,1 Gew.-% von W1 und W2 verschiedene Verunreinigungen beinhaltet,

    wobei die Mengenangabe jeweils auf das Gesamtgewicht der weiteren Phase bezogen sind und wobei die Summe der Gew.-%-Angaben der Quenchphasenkomponenten W1 bis W3 100 ergibt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kristallisation eine Suspensionskristallisation ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere Phase mindestens teilweise in die Quencheinheit (1) zurückgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mindestens eine weitere Phase in die Quencheinheit (1) zurückgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die erste Phase mindestens teilweise in die Extraktionseinheit (1) zurückgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennmittel ein mindestens eine Alkylgruppe beinhaltender Aromat ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Alkylgruppe aufweisende Aromat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Mesitylen, 1,2,4-Trimethylbenzol, Ethylbenzol oder p-Cumol oder Mischungen aus mindestens zwei davon.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei das in Kontaktbringen in der Extraktionseinheit (3) bei einer Temperatur im Bereich von –70 bis +70°C, bevorzugt –50 bis +30°C und darüber hinaus bevorzugt –20 bis +25°C erfolgt.
  12. Vorrichtung zur Herstellung von (Meth)Acrylsäure, fluidleitend miteinander verbunden aufeinanderfolgend aufweisend

    – eine Reaktoreinheit,

    – eine Quencheinheit (1),

    – eine Extraktionseinheit (3),

    – eine erste Kristallisationseinheit umfassend einen Kristallisator (5) und gegebenenfalls eine weitere Reinigungseinheit, vorzugsweise eine Kristallisationseinheit (10),

    wobei die Quencheinheit (1) und die Extraktionseinheit (3) destillationsfrei miteinander verbunden sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Extraktionseinheit (3) eine temperierbare Extraktionseinheit (3) ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Trennmittelrückführung (8) ausgehend von der ersten Kristallisationseinheit in eine Quenchphaseführung (2) nach der Quencheinheit (1) oder in die Extraktionseinheit (3) einmündet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine wässrige Phasenrückführung (9) aus der Extraktionseinheit (3) in die Quencheinheit (1) vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15 wobei die wässrige Phasenrückführung (9) durch eine weitere Reinigungseinheit, vorzugsweise Kristallisationseinheit (10), unterbrochen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die erste und die weitere Kristallisationseinheit (10) eine Suspensionskristallisationseinheit (10) ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Suspensionskristallisationseinheit einen Kristallisator (5) und eine mit dem Kristallisator (5) verbundene Abtrennvorrichtung (7) aufweist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18 eingesetzt wird.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, wobei eine (Meth)Acrylsäure erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 19 polymerisiert wird.
  21. Vorrichtung zur Herstellung eines Polymers, beinhaltend eine Vorrichtung () nach einem der Ansprüche 12 bis 19 gefolgt von einer Polymerisationsvorrichtung (11).
  22. Verfahren zur Herstellung eines Polymers mindestens teilweise basierend auf (Meth)Acrylsäure, wobei eine Vorrichtung nach Anspruch 21 eingesetzt wird.
  23. Fasern, Folien, Schäume und Verbunde, mindestens teilweise basierend auf einer (Meth)Acrylsäure erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 19, oder aufweisend ein Polymer erhältlich nach einem Verfahren nach Anspruch 20 oder 22.
  24. Verwendung einer (Meth)Acrylsäure erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 19, oder eines Polymers erhältlich nach einem Verfahren nach Anspruch 20 oder 22 in oder für die Herstellung von Fasern, Folien, Schäumen und Verbunden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com