DD226564B5 - Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von N-Methyl-epsilon-caprolactam - Google Patents

Description

Nebenprodukte aus dem Prozeßwasser bewirkt wird. Die mit den flüchtigen Nebenprodukten beladene Abluft wird über eine auf ca. 373K begleitbeheizte Leitung, um die partielle Kondensation von aus dem Prozeßwasser entstammenden Produkten zu verhindern, an das zur Fackel führende System abgeleitet.

Das nach der zweistufigen Rektifikation zur Abtrennung der leichter bzw. schwerer siedenden Nebenprodukte erhaltene N-Methyl-s-caprolactam besitzt eine Reinheit von mehr als 99%, was völlig den Anforderungen an die Qualität eines Selektivlösungsmittels entspricht.

Ausführungsbeispiel

77 kg/h eines Gemisches aus Methanol und ε-Caprolactam im Molverhältnis 3:1 wurden über einen Verdampfer (Endtemperatur 510K) und einen Vorheizer (Endtemperatur 583K) in einen mit 2201 Katalysator gefüllten Reaktor geleitet. Durch elektrische Beheizung wurde eine Temperatur von 633-643K über die Länge des Reaktors aufrechterhalten. Das gasförmige Reaktionsgemisch wurde durch einen Füllkörperturm mit einer Höhe von 530cm und einem Innendurchmesser von 22 cm geleitet und dort durch Abkühlung auf 395 K partiell kondensiert. Als Kopfprodukt fielen 38 kg/h einer wäßrigen Mischung an, die 0,27Ma.-% N-Methyl-e-caprolactam, 0,10Ma.-% ε-Caprolactam und 3,4Ma.-% an sonstigen gelösten organischen Nebenprodukten (unter anderem Methanol, Dimethylether, Methylamine, höhere Alkylamine) enthielt. Diese Prozeßwasserfraktion wurde in einem Kühler auf 305 K abgekühlt und in einen stehenden, mit Lochböden ausgerüsteten Behälter geleitet. Zusätzlich zu dem kondensierten wäßrigen, sehr geruchsintensiven Gemisch fiel am oberen Ende dieses Füllkörperturms ein nicht kondensierbares Abgas an (4,6Nm³/h), das aus 80,8 Vol.-% Dimethylether sowie Ammoniak, Mono-, Di- und Trimethylamin, Ethylaminen und Methanol bestand. Dieses Abgas wurde einer Fackel zugeführt. Am unteren Ende des Füllkörperturmes wurden 30,5kg/h eines Gemisches, das aus 81,9 Ma.-% N-Methyl-s-caprolactam, 13,8 Ma.-% ε-Caprolactam, 2,65 Ma.-% Wasser, 0,25 Ma.-% Methanol und 1,40 Ma.-% sonstiger organischer Nebenprodukte bestand, abgezogen. Dieses Gemisch wurde in eine erste Rektifikationskolonne (Höhe 530cm, Innendurchmesser 22 cm, mit Füllkörpern beschickt) geführt, die bei einer Sumpftemperatur von 443 K und einer Kopftemperatur von 378 K und einem Kopfdruck von 8 kPa betrieben wurde. Als Kopfprodukt wurden 1,3kg/h eines aus zwei flüssigen Phasen bestehenden Gemisches abgenommen, das in einem Phasentrennbehälter aufgetrennt wurde. Die organische Phase wurde in einen Sammelbehälter überführt und von dort einer Verbrennungsanlage zugeleitet. Die wäßrigen Anteile des Destillats wurden gemeinsam mit der Prozeßwasserfraktion vom Kopf des Füllkörperturmes in den mit Lochböden ausgerüsteten Behälter geleitet, der ein Fassungsvermögen von 1,6m³ besaß. In diesen Sammelbehälter wurde eine Strömung von Luft von unten her über einen Lochkranz durch das von oben her zugeführte Prozeßwasser in einer solchen Menge geleitet, daß auf 10001 Prozeßwasser 145Nm³ Luft entfielen. Die mit den flüchtigen Nebenprodukten beladene Abluft wurde zur Verbrennung dem Fackelsystem zugeleitet. Zur Verhinderung der partiellen Kondensation von aus dem Prozeßwasser mitgeführten flüssigen Produkten, wurde die Abluftleitung mit einer Begleitheizung versehen, die auf 373K eingestellt wurde. Das so behandelte Prozeßwasser war praktisch geruchlos, sein biologischer Sauerstoffbedarf (BSB₅-Wert) hatte sich von 95000mg O2/I auf 830mg O2/I reduziert, der chemische Sauerstoffverbrauch (CSV-Wert) von ursprünglich 308000mg O₂/l auf 3100mg O₂/l. Das so erhaltene Prozeßwasser konnte ohne weitere Probleme durch Schadstoffgehalt dem Abwassernetz zugeführt werden. Das Sumpfprodukt der ersten Rektifikationskolonne, mit einer Anfallmenge von 29,2 kg/h wurde in einer zweiten Rektifikationskolonne (Höhe 840cm, Innendurchmesser 42 cm, mit Füllkörpern versehen) in N-Methyl^-caprolactam und ε-Caprolactam getrennt. Die Trennung wurde bei einem Druck von 4kPa, einer Sumpftemperatur von 473 K und einer Kopftemperatur von 403 K durchgeführt. Das N-Methyl^-caprolactam wurde als Kopfprodukt mit einer Reinheit von >99Ma.-% in einer Menge von 24,9kg/h erhalten. Das nichtumgesetzte ε-Caprolactam wurde im unteren Teil der zweiten Rektifikationskolonne über eine auf 433K beheizte Seitenstromabnahme entfernt (3,9kg/h), mit Methanol vermischt und erneut in die Synthesestufe zurückgeführt. Als Sumpfprodukt der zweiten Rektifikationskolonne fielen 0,3kg/h eines polymeren, teerartigen, beim Abkühlen erstarrenden Abproduktes an, das aus dem Anlagensystem entfernt wurde.

Claims (2)

1. Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von N-Methyl-s-caprolactam, welches durch Umsetzung von ε-Caprolactam und Methanol in der Gasphase erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 390 bis 410 K abgekühlt wird, die gasförmigen Reaktionsprodukte partiell kondensiert werden und das dabei anfallende Prozeßwasser mit den in ihm gelösten organischen Nebenprodukten gemeinsam mit dem wäßrigen Destillat einer ersten Rektifikationsstufe in einem mit üblichen technischen Einbauten zur Verbesserung des Stoffaustausches versehenen Sammelbehälter vereinigt und zur Abtrennung der im Prozeßwasser gelösten organischen Nebenprodukte einer intensiven Durchmischung mit Luft in einer Menge von 120 bis 180 m³ in Normalzustand pro m³ Prozeßwasser unterzogen wird, wobei die Abluft einer Fackel zugeführt wird, während das als Sumpfprodukt der ersten Rektifikationsstufe anfallende rohe N-Methyl-e-caprolactam in einer zweiten, bei einem Druck von 3 bis 5kPa betriebenen Rektifikationsstufe isoliert wird.

2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß das Prozeßwasser zur Abtrennung der in ihm gelösten organischen Nebenprodukte im Gegenstrom mit Luft behandelt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von N-Methyl-e-caprolactam, welches durch Umsetzung von ε-Caprolactam und Methanol in der Gasphase erhalten wurde.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

N-Methyl-e-caprolactam ist ein selektiv wirkendes, aprotisches Lösungsmittel. Es wird technisch in Anlagen zur Abtrennung von Aromaten aus ihren Gemischen mit nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen oder zur Reinigung, insbesondere zur Entsäuerung von Erdgasen, Synthesegasen bzw. anderen technischen Gasen eingesetzt.

Bei der Synthese von N-Methyl-e-caprolactam aus ε-Caprolactam und Methanol (DD 96483) entstehen neben Wasser aus der Alkylierungsreaktion eine Reihe flüssiger und flüchtiger Nebenprodukte. Die mehrstufige destillative Aufarbeitung des Reaktionsgemisches aus der Synthese ist beschrieben (Chem.Techn.33, [1981], 4,193-196). Dieses Verfahren führt zu einer erheblichen Umweltbelastung, insbesondere bedarf das zwangsweise anfallende Prozeßwasser einer gesonderten Behandlung, um Schutzgüteanforderungen zu entsprechen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das bei der Synthese von N-Methyl-e-caprolactam anfallende Reaktionsprodukt so aufzuarbeiten, daß die Umweltbelastung so gering wie möglich gehalten wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zur destillativen Aufarbeitung des Reaktionsproduktes der N-Methyl-ε-caprolactamsynthesezu entwickeln, das unter Anwendung einfacher technologischer Mittel neben der Gewinnung von reinem N-Methyl-e-caprolactam gleichseitig zu einem von organischen Nebenprodukten weitgehend freien Abwasser führt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur destillativen Aufarbeitung von N-Methyl-e-caprolactam, welches durch Umsetzung von ε-Caprolactam und Methanol in der Gasphase erhalten wurde, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 390 bis 41 OK abgekühlt wird, die gasförmigen Reaktionsprodukte partiell kondensiert werden und das dabei anfallende Prozeßwasser mit den in ihm gelösten organischen Nebenprodukten gemeinsam mit dem wäßrigen Destillat einer ersten Rektifikationsstufe in einem mit üblichen technischen Einbauten zur Verbesserung des Stoffaustausches versehenen Sammelbehälter vereinigt und zur Abtrennung der im Prozeßwasser gelösten organischen Nebenprodukte einer intensiven Durchmischung mit Luft in einer Menge von 120 bis 180 Nm³pro m³ Prozeßwasser unterzogen wird, wobei die Abluft einer Fackel zugeführt wird, während das als Sumpfprodukt der ersten Rektifikationsstufe anfallende rohe N-Methyl-e-caprolactam in einer zweiten, bei einem Druck von 3 bis 5kPa betriebenen Rektifikationsstufe in einer von organischen Nebenprodukten und Wasser weitgehend freien Form erhalten wird.

Die Durchmischung des Prozeßwassers mit Luft wird in einfacher Weise im Gegenstrom so durchgeführt, daß in einem stehenden, mit Lochböden versehenen Behälter von unten über einen Loch kranz Luft eingeblasen wird, während der Zulauf des Prozeßwassers am oberen Ende des Behälters erfolgt. Das vom Boden des Behälters über eine Überlaufleitung abgezogene, behandelte Abwasser zeigt keinen aminartigen Geruch. Analysen weisen nur noch geringe Mengen an organischen Bestandteilen wie N-Methyl-e-caprolactam bzw. ε-Caprolactam auf. Der biologische Sauerstoffbedarf des behandelten Prozeßwassers sowie der chemische Sauerstoffverbrauch wurden auf solche Werte reduziert, daß das behandelte Prozeßwasser problemlos dem Abwassernetz zugeführt werden kann. Bemerkenswert ist dabei, daß dieser Effekt in der Minimierung der Umweltbelastung durch eine vergleichsweise geringe Menge an notwendiger Luft zur Abtrennung der organischen