DD281184A5 - Verfahren zur isolierung von alpha-ethylacrolein - Google Patents

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DD281184A5
DD281184A5 DD32752689A DD32752689A DD281184A5 DD 281184 A5 DD281184 A5 DD 281184A5 DD 32752689 A DD32752689 A DD 32752689A DD 32752689 A DD32752689 A DD 32752689A DD 281184 A5 DD281184 A5 DD 281184A5
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ethylacrolein
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methanol
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DD32752689A
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Inventor
Karl-Heinz Richter
Heike Franke
Peter Trautmann
Mario Hessler
Erika Trillhaase
Original Assignee
Leuna Werke Veb
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung von alpha-Ethylacrolein aus Rohprodukten der thermischen Spaltung von organischen Nebenprodukten der Trimethylolpropan-Erzeugung. Durch Extraktidestillation mit Wasser erfolgt eine Auftrennung des Spaltproduktes in ein praktisch methanolfreies Kopfprodukt, welches die Gesamtmenge an alpha-Ethylacrolein und vorhandenem Butanal enthaelt, und ein waessriges Sumpfprodukt, welches praktisch alpha-ethylacrolein- und butanalfrei ist, jedoch das gesamte Methanol enthaelt. Durch destillative Weiterverarbeitung von Kopf- und Sumpfprodukt werden die einzelnen Produkte in hoher Reinheit gewonnen.{Extraktivdestillation; Isolierung; alpha-Ethylacrolein; Butanal; Methanol; Wasser; Trimethylolpropan; Nebenprodukte; thermische Spaltung}

Description

Anwendungsgebiet tier Erfindung
Die Erfindung betrifft die Isolierung von alpha-Ethylacrolein aus einem Rohprodukt, welches durch terrnische Spaltung von organischen Nebenprodukten der Trimethylolpropan-Erzeugung gewonnen wurde.
Alpha-Ethylacrolein ist ein wichtiger Ausgangsstoff für Farbstoffe, Pharmazeutika, Schädlingsbekämpfungsmittel, Lösungsmittel und Polymere.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Das bekannte Verfahren der Synthese von alpha-Ethylacrolein über !' ' j iviannich-Base und deren Zersetzung führt zu einem Rohprodukt, welches in seiner Zusammensetzung mit dem erfindungsgemäß zu bearbeitendem Rohprodukt nicht vergleichbar is;(DE 3106557).
Analoges gilt für die Erzeugung von alpha-Ethylacnlein durch Umsetzung von Formaldehyd mit Butanal in der Gasphase an einem geeigneten Katalysator (US 3578702). US 3701798 beansprucht die Gasphaseumsetzung von Butanal mit methanolischem Formaldehyd bei 34% Umsatz zu alpha-Ethylacrolein. Für die Aufarbeitung des dabei entstehenden Synthesegemischs aus Methanol, Butanal, Wasser, alpha-Ethylacrolein und Formaldehyd werden jedoch keine Hinweise gegeben.
Nach der Patentschrift DD 77201 können organische Nebenprodukte der Trimethylolpropanerzeugung thermisch gespalten werden, wobei ein Gemisch aus alpha-Ethylacrolein, Methanol, Wasser, Formaldehyd und Butanal entsteht, welches noch geringere Mengen anderer unbekannter Verunreinigungen enthält.
Ein technisches Verfahren zur Isolierung und Reinigung des alpha-Ethylacroleins aus diesem Gemisch ist bisher nicht bekannt.
In der Patentschrift DD 77201 wird unter präparativen Bedingungen die Trocknung des Spaltproduktes mit Calciumchlorid genannt, um ein durch Destillation aufarbeitbares Produkt zu erhalten. Dies ist jedoch technisch aufwendig und unökonomisch und entspricht nicht modernen Forderungen des Umweltschutzes.
Die Hauptbestandteile des erfindungsgemäß aufzuarbeitenden Rohproduktes sind alpha-Ethylacrolein (0,55 bis 0,65kg/kg), Methanol (0,20 bis 0,30kg/kg), Wasser (0,05 bis 0,10kg/kg), Formaldehyd (0,01 bis 0,02kg/kg), Butanal (bis etwa 0,06kg/kg) verschiedene unbekannte Komponenten (bis etwa 0,05kg/kg).
Die Aufarbeitung dieses Rohproduktes, insbesondere die Isolierung und Reinigung des alpha-Ethylacroleins, sind durch das stark nichtideale destillative Verhalten dieses Komponentengemisches, durch das Auftreten von Azeotropen, außerordentlich erschwert. Die zeigt bereits folgende Tabelle des Siedeverhaltens:
Komponente bzw. Azeotrop Kp. (0C) Zusammensetzung in kg/kg
Methanol/alpha-Ethy !acrolein 63,6 0,762/0,238
Methanol * 64,6 100
Butanol/Wasser 68 0,90/0,10 (heterogen)
Butanal 75,7 100
alpha-Ethylacrolein/Wasser 78,7 0,877/0,123 (heterogen)
alpha-Ethylacrolein 92 100
Ob gegebenenfalls weitere Azeotrope in diesem System vorliegen ist bisher nicht bekannt. Nach Ogorodnikov, Lesteva und Kogan in „ Azeotiope Gemische" (Leningrad 1971) wird z.B ein Azeotrop Mothanol-Butanal verneint. Eigene Untersuchungen machen jedoch ein solches Azeotrop mit einem Kp. von 335K mit einem Methanolgehalt von etwa 0,37 kg/kg wahrscheinlich. Ein Beispiel für eine technische Trennung des oben beschriebenen komplexen Gemisches ist bisher nicht beschrieben. Durch die starke Nichtidealität, Komplexität und Heterogenität ist dieses System für eine Vorausberechnung oder Berechnung z.Zt. praktisch noch nicht zugänglich.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Isolierung und Gewinnung von alpha-Ethylacrolein aus einem alpha-ethylacroleinhaltigem Rohprodukt, welches durch thermische Spaltung von organischen Nebenprodukten der Trimethylolpropan-Erzeugung gewonnen wird. Gleichzeitig sollte die Möglichkeit zur Rückgewinnung weiterer Wertstoffe bestehen. Weiterhin sollte die Gewinnung von alpha-Ethylacrolein ohne Zusätze systemfremder Stoffe bei möglichst geringen Verlusten an alpha-Ethylacrolein auf ökonomisch günstige Weise möglich sein und den Ansprüchen des Umweltschutzes genügen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Es bestand die Aufgabetein kontinuierliches Verfahren zur Isolierung und Gewinnung von alpha-Ethylacrolein aus einem alpha-ethylacroleinhaltigen Rohprodukt, das durch thermische Spaltung von organischen Nebenprodukten der Trimtithylolpropan-Erzeugung erhalten wird, zu entwickoln. Dabei sollte mit möglichst geringem technischen Aufwand das im Rohprodukt enthaltene alpha-Ethylacrolein weitgehend vollständig und umweltschonend gewonnen werden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Isolierung und Gewinnung des alpha-Ethylacroleins aus einem alphaethylacroleinhaltigen Rohprodukt, welches im wesentlichen aus alpha-Ethylacrolein, Methanol, Wasser, Butanal und Formaldehyd besteht und durch thermische Spaltung von organischen Nebenprodukten der Trimethylolpropan-Erzeugung gewonnen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieses Produkt in eine im Temperaturbereich von 338 bis 37ΊΚ unter Normaldruck kontinuierlich arbeitende Destillationskolonne mit 20 bis 50 theoretischen Böden eingespeist und die zum Kopf der Kolonne aufsteigenden Brüden durch Aufgeben der 0,5- bis 5fachen, vorzugsweise der 1,0- bis 3,0fachen Menge Wasser, bezogen auf die Masse des in die Kolonne eingespeisten Rohproduktes, am Kopf der Kolonne einer Extraktivdestillation unterworfen, die aus dem Destillat sich abscheidende wäßrige Unterphase in die Kolonne zurückgeleitet und die aus der Gesamtmenge an Butanal und alpha-Ethylacrolein mit geringen Mengen Wasser bestehende praktisch methanol- und formaldehydfreie Oberphase des Destillats nach bekannten Mevhoden zu reinem Butanal und reinem alpha-Ethylacrolein aufgearbeitet wird.
Die Festlegung der genauen Fahrparameter, die für die Extraktivdestillation erforderlich sind, hängt ab vom tatsächlichem Methanolgehait des Spaltproduktes und der Kolonnendimensionierung. Unter den gewählten Destillationsbedingungen erwies sich jedoch die Einhaltung von Sumpftemperaturen von 353 bis 374K, vorzugsweise von 361 bis 371 K, von Kopftemperaturen von 338 bis 358K, vorzugsweise von 343 bis 353 K, und von Extraktivwassertemperaturen, die 2 bis 5 K unter den Kopftemperaturen lagen, als vorteilhaft.
Durch die geringe gegenseitige Löslichkeit von Wasser in dem Gemisch aus Butanal/alpha-Ethylacrolein und umgekehrt wird das Butanal/alpha-Ethylacrolein-Gemisch einer normalen destillation Trennung in einer kontinuierlich arbeitenden Destillationskolonne bei Ausnutzung der im Destillat auftretenden Phasentrennung zugänglich. Für bestimmte technische Zwecke, z. B. Herstellung von Lösungsmitteln, Riechstoffen, Polymerisationsprodukten oder anderen chemischen Umsetzungen, kann das erhaltene Gemisch jedech auch unmittelbar ohne weitere Trennoperationen eingesetzt werden. Das kontinuierlich aus der Kolonne abgezogene Sumpfprodukt enthält die Gesamtmenge an Methanol und Formaldehyd neben den unbekannten Nebenverbindungen und kann ebenfalls nach bekannten Methoden aufgearbeitet werden, so daß anschließend ein den Anforderungen des Umweltschutzes entsprechendes Abwasser verbleibt.
Das erfindupgsgemäß auftretende Trennverhalten des Stoffsystems bei der Extraktivdestillation mit Wasser ist überraschend. Es war nicht vorauszusehen, daß das im Vergleich zu Butanal und alpha-Ethylacrolein und deren Azeotropen mit Wasser niedrigsiedende Methanol praktisch vollständig in den Sumpf gewaschen, gleichzeitig das niedrigsiedende Methanol/alpha-Ethylacrolein-Azeotrop zerstört wird und die höharsiedendrn Komponenten Butanal und alpha-Ethylacrolein gemeinsam mit Wasser, praktisch frei von anderen Bestandteilen des rchen Einsatzprodüktes, als Destillat gewonnen werden können.
Ausführungsbeisplel
In eine aus etv\a 36 berechneten Böden bestehende kontinuierlich arbeitende Füllkörperkolonne werden zwischen dem unteren und dem mittleren Drittel der Kolonnensäule 1000,0Ma.-TVh des alpha-ethylacroleinhaltigen Rohproduktes folgender Zusammensetzung eingespeist:
Formaldehyd 0,0144 kg/kg
Methanol 0,2180 kg/kg
Wasser 0,0755 kg/kg
Butanol 0,0376 kg/kg
alpha-Ethylacrolein 0,6270 kg/kg
unbek. Nebenprodukte 0,0274 kg/kg
Bei Einhaltung einer Sumpftemperatur von 363 bis 370 K und einer Kopftemperatur von 350 bis 351K werden am Kopf der Kolonne 2300 Ma.-T/h Wasser mit einer Temperatur von 348K sowie die 74,0 Ma.-T/h Unterphase, die sich aus dem Destillat abscheiden, aufgegeben. Es fallen 758,0Ma1-TVh Destillat an, welches in 74,0Ma.-T./h einer wäßrigen Unterphase und in 684,0 Ma.-T./h einer alpha-ethylacroleinreichen Oberphase folgender Zusammensetzungen (in kg/kg) zerfällt:
Destillat Oberphase Unterphase
(Durchschnitt)
Formaldehyd Spuren Spuren Spuren
Methanol 0,0001 0,0001 0,0001
Wasser 0,1217 0,0283 0,9858
Butanal 0,0496 0,0550 Spuren
alpha-Ethylacrolein 0,8286 0,9166 0,0141
unbek. Nebenprodukte Spuren Spuren Spuren
Die Unterphase wird gemeinsam mit dem zur Extraktivdestillation eingesetzten Wasser am Kopf der Kolonne wieder mit aufgegeben.
Die Oberphase kann nach bekannten Methoden destillativ zu reinem Butanal und reinem alpha-Ethylacrolein aufgearbeitet werden. Dabei fallen an:
Wasserfraktion (mit 0,0303kg/kg Butanal) 19,9Ma.-T/h
Butanal (0,9921 kg/kg) 34,3Ma.-T/h
alpha-Ethylacrolein (0,9952kg/kg) 629,8 Ma.-T/h
Die Wasserfraktion kann an geeigneter Stelle wieder in den Prozeß zurückgeführt werden.
Aus dem Sumpf der Kolonne werden kontinuierlich 2615,9 Ma.-T/h Sumpfprodukt folgender Zusammensetzung abgezogen:
Formaldehyd 0,0055 kg/kg
Methanol 0,0833 kg/kg
Wasser 0,9007 kg/kg
Butanal Spuren
alpha-Ethylacrolein Spuren
ubek. Nebenprodukte 0,0105 kg/kg
Aus diesem Surnpfprodukt lassen sich ebenfalls nach bekannten Methoden die enthaltenen Inhaltsstoffe abtrennen bzw. als Werkstoffe zurück gewinnen. Dabei fallen an:
Methanol (0,9844 kg/kg 221,4Ma.-T/h Nebenprodukte + Formaldehyd
(mit etwa 0,10kg/kg Wasser) 44,3Ma.-T/h
Abwasser (praktisch schadstofffrei) 2 350,2 Ma.-T/h
Der überwiegende Teil des Abwassers wird in die Extraktivdestillation zurückgeführt, eine kleinere Menge wird ausgekroist und verworfen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Isolierung von alpha-Ethyiacrolein aus einem Rohprodukt, welches im wesentlichen aus alpha-Ethylacrolein, Methanol, Butanol, Wasser und Formaldehyd besteht und durch thermische Spaltung von organischen Nebenprodukten derTrimethylolpropan-Erzeugung gewonnen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Produkt in eine im Temperaturbereich von 338 bis 374K unter Normaldruck kontinuierlich arbeitende Destillationskolonne mit 20 bis 50 theoretischen Böden eingespeist und die zum Kopf der Kolonne aufsteigenden Brüden durch Aufgeben der 0,5 bis 5fachen Menge Wasser, bezogen auf die Masse des in die Kolonne eingespeisten Rohproduktes, am Kopf der Kolonne einer Extraktivdestillation unterworfen werden, die aus dem Destillat sich abscheidende wäßrige Unterphase in die Kolonne zurückgeleitet und die aus der Gesamtmenge an Butanol und alpha-Ethylacrolein mit geringen Mengen Wasser bestehende, praktisch methanol-, formaldehyd- und nebenproduktfreie Oberphase des Destillates nach bekannten Methoden zu reinem Butanal und reinem alpha-Ethyiacrolein aufgearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktivdestillation mit Wasser bei Sumpftemperaturen von 353 bis 374K, vorzugsweise 361 bis 371K, bei Kopftemperaturen von 338 bis 358 K, vorzugsweise 343 bis 353 K, und Extrakiivwassertemperaturen, die 2 bis 5 K unter den Kopftemperaturen liegen, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf der Kolonne die 1,0- bis 3,0fache Menge Wasser, bezogen auf die Masse des in die Kolonne eingespeisten Rohproduktes, aufgegeben wird.
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