DD236233A3 - Verfahren zur herstellung von reinem aceton - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von reinem Aceton aus Rohaceton, das durch Zerlegung von Cumenhydroperoxid mit konzentrierter Schwefelsaeure als Katalysator gewonnen wird, verfolgt das Ziel, den spezifischen Energieaufwand und die Acetonverluste zu senken sowie die Qualitaet des reinen Acetons zu erhoehen. Eine wirtschaftlichere Gestaltung des Verfahrens wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass das wasserhaltige Rohaceton in einem kombinierten Reinigungsturm im unteren Teil mit waessrigem Natriumhydroxid behandelt wird, wobei verschiedene Bedingungen einzuhalten sind.

Description

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In einem weiteren Verfahren wird versucht, die Nachteile der vorherigen Technologien zur Acetonreinigung zu vermeiden, indem partiell kondensierte und so vorgereinigte Rohacetondämpfe in einer einstufigen Anlage so aufgearbeitet werden, daß im unteren Teil der Anlage die kontinuierliche Behandlung mit 1 bis 15%iger wäßriger Alkalihydroxidlösung erfolgt, so daß der Restalkaligehalt im Sumpf 0,01 bis 5% beträgt, daß im Vakuum destilliert und reines Aceton als Seitenstrom im oberen Teil der Anlage abgenommen wird. Durch dieses Verfahren wird wohl der technologische Aufwand vermindert, die Qualitätseffekte sind jedoch nicht zufriedenstellend. Außerdem fällt auch hier eine minderwertige Destillatfraktion als Nebenprodukt an (EP 0 040 985). Schließlich ist noch ein Verfahren bekannt, nach dem die Permanganatbeständigkeit des Acetons dadurch erhöht wird, daß während der destiilativen Reinigung wäßrige Natriumperoxidlösung in einer Menge von 0,5 bis 5 Kg/t Aceton zugegeben wird. Trotz der Anwendung des teuren Hilfsstoffes Natriumperoxid in erheblicher Menge kann nur eine Permanganatbeständigkeit von 5 Stunden erreicht werden (PL-PS 92 890).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von reinem Aceton den spezifischen Energieaufwand und die Acetonverluste bei der Reinigung von Rohaceton zu senken sowie die Qualität des reinen Acetons zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von reinem Aceton ohne zusätzlichen technischen Aufwand wirtschaftlicher zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man wäßriges, noch 0,5 bis 2 Ma.-% Phenol, Kohlenwasserstoffe sowie aldehydhaltiges Rohaceton in einem kombinierten Reinigungsturm im unteren Teil mit wäßrigem 15°/oigem Natriumhydroxid behandelt, wobei eine Verweilzeit des Acetons in der Reaktionszone von 25 bis 60 Minuten eingehalten wird, die Temperatur in der Reaktionszone unterhalb des Einlaufens der Natriumhydroxidlösung höchstens 40⁰C und oberhalb des Einlaufes des Rohacetons bis 58⁰C beträgt, die die Reaktionszone verlassenden Acetondämpfe im oberen Teil des Reinigungsturmes in an sich bekannter Weise vom enthaltenen Wasser abtrennt, kondensiert und als reines Aceton abzieht, wobei das Verhältnis zwischen der Menge des zugeführten wäßrigen Natriumhydroxides und der auf den Reinigungsturm aufgegebenen Rücklauf menge 1:15 bis 1:60 beträgt, während vom Boden des Reinigungsturmes ein praktisch acetonfreies Gemisch aus Wasser, Natriumphenolat, Kohlenwasserstoffen und den Reaktionsprodukten der im Rohaceton enthaltenen Aldehyde abgezogen wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das durch das Ausführungsbeispiel näher erläutert wird, werden die Nachteile der bisher bekannten Verfahren vermieden, und es gewährleistet die Herstellung eines hochreinen Acetons aus einem stark verunreinigtem Rohaceton unter Verwendung eines einzigen Reinigungsturmes mit minimalem Aufwand an Natriumhydroxid und an Energie. Als Energiequelle für die Beheizung des Reinigungsturmes kann dabei auch Abwärme aus anderen Verfahrensstufen der Herstellung von Phenol verwendet werden, beispielsweise die Kondensationswärme von Rohphenoldämpfen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren der Rohacetonreinigung werden nicht nur die im Rohaceton enthaltenen, die Qualität des reinen Acetons störenden Aldehyde, insbesondere Acetaldehyd und Propionaldehyd quantitativ in höher siedende Produkte umgewandelt, sondern es wird auch eine Rückspaltung dieser gebildeten, an sich leicht rückspaltbaren Verbindungen vermieden. Die Acetonverluste, beispielsweise durch Bildung von unerwünschten und unbrauchbaren Verbindungen, wie Mesityloxid, Diacetonalkohol und anderer aus Aceton- durch katalytische Kondensation abgeleitete Nebenprodukte, werden auch dann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nahezu ausgeschlossen, wenn der Acetongehalt in dem vom Sumpf des Reinigungsturmes abgezogenen Gemisches aus Wasser, Natriumphenolat und Kohlenwasserstoffen wesentlich unter 0,1 Ma.-% liegt. Eine besondere Rückgewinnung von Aceton aus diesem Produkt, die mit zusätzlichem technologischem Aufwand verbunden wäre, ist dadurch nicht erforderlich. Das am Kopf des Reinigungsturmes direkt und ohne Seitenstromabnahme abgezogene reine Aceton weist eine weit höhere Qualität auf als die nach TGL 27161 verlangte Sorte S. Die Permanganatzahl liegt über 30 Stunden, was daraus resultiert, daß nahezu keinerlei oxidierbare Verbindungen, wie Aldehyde oder Mesityloxid, enthalten sind. Der Wassergehalt genügt mit einer Konzentration von 0,08 bis 0,2 Ma.-% allen Anforderungen auch spezieller Verwendungszwecke. Die gleiche Aussage gilt auch für die anderen Qualitätskennziffern des Acetons, so beispielsweise auch für den Gehalt an freien Säuren (0,0012 Ma.-°/o, gerechnet als Essigsäure) und den Gehalt an Stickstoffverbindungen (0,0001 Ma.-°/o, gerechnet als Ammoniak). Die Ausbeute des am Kopf des Reinigungsturmes abgezogenen hochreinen Acetons beträgt, bezogen auf den Acetongehalt im Rohaceton, mehr als 99,8 Ma.-%.

Ausführungsbeispiel

6100Tejle Rohaceton mit der Zusammensetzung

58 Ma.-% Aceton, ·

27 Ma.-% Wasser,

18,9 Ma.-% Kohlenwasserstoffe,

1,05 Ma.-% Phenol,

0,065 Ma.-% Aldehyde (Acetaldehyd und Propionaldehyd)

werden am 10. Boden eines mit 80 Glockenboden ausgerüsteten Reinigungsturmes, der auch mit Kondensator und Umlaufverdampfer versehen ist, eingespeist. Am 40. Boden dieses Apparates werden 175 Teile einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 15 Ma.-% eingeführt. Der Abschnitt zwischen dem 10. und 40. Boden dient als Reaktionszone für die katalytische Umsetzung der Aldehyde. Die Temperatur oberhalb der Einspeisung des Rohacetons liegt bei 56⁰C, die Temperatur unterhalb der Einspeisung des Alkalis bei 39 ⁰C. Die Verweilzeit des zu reinigenden Acetons in dieser Reaktionszone beträgt 46 Minuten. Das reine Aceton wird nach Kondensation mit einer Temperatur von 38⁰C und einem Druck von 51 kPa am Kopf des Reinigungsturmes abgezogen. Als Rücklauf werden 9500 Teile auf den obersten Boden^eführt, das Verhältnis der Menge der Natriumhydroxidlösung zurRücklaufmenge beträgt 1:54. Die Beheizung des Reinigungsturmes erfolgt mit

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Rohphenoldämpfen aus der zur Gesamtanlage gehörigen Phenoldestillation, wobei die Temperatur des Heizmediums 125⁰C beträgt. Als Sumpfprodukt werden 2735 Teile eines Produktes abgenommen, das 0,07 Ma.-% Aceton, 0,02 Ma.-% Diacetonalkohol, 0,005 Ma.-% Mesityloxid neben Wasser, Natriumphenolat, Kohlenwasserstoffen und den Umsetzungsprodukten der Aldehyde enthält. Als Destillat werden 3538 Teile reines Aceton mit folgenden Kennziffern abgezogen

Permanganatbeständigkeit: '48 Stunden

Wassergehalt: 0,15 Ma.-%

Acidität (gerechnet als Essigsäure): 0,0011 Ma.-%

Siedeintervall: 0,2⁰C

Gehalt an Stickstoffverbindung: 0,0001 Ma.-% (gerechnet als NH₃)

Dieses Aceton erfüllt alle Qualitätsanforderungen auch spezieller Anwendungszwecke. Die Ausbeute, berechnet auf das im Rohaceton enthaltene Aceton, beträgt 99,91 %, der energetische Aufwand zur Reinigung des Rohacetons ist gering und beschränkt sich auf Kühlwasser und Vakuumerzeugung.

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von reinem Aceton aus einem Rohaceton, das nach der Spaltung von Cumenhydroperoxid in Gegenwart von Schwefelsäure als Katalysator, Neutralisation und Abtrennung der Hauptmenge Phenol und höher als Phenol siedender Produkte gewonnen wird und das neben Wasser noch 0,5 bis 2 Ma.-% Phenol, Kohlenwasserstoffe und Aldehyde enthält, durch Behandlung in einem kombinierten Reinigungsturm im unteren Teil mit wäßrigem 15%igem Natriumhydroxid und nachfolgender rektifizierender Destillation, gekennzeichnet dadurch, daß eine Verweilzeit des Acetons in der Reaktionszone von 25 bis 60 Minuten eingehalten wird, die Temperatur in der Reaktionszone unterhalb des Einlaufes der Natriumhydroxidlösung höchstens 40⁰C und oberhalb des Einlaufes des Rohacetons 55 bis 58°C beträgt, danach die die Reaktionszone verlassenden Acetondämpfe im oberen Teil des Reinigungsturmes in an sich bekannter Weise von enthaltenem Wasser abgetrennt, kondensiert und als reines Aceton abgezogen werden, wobei das Verhältnis zwischen der Menge des zugeführten wäßrigen Natriumhydroxides und der auf den Reinigungsturm aufgegebenen Rücklaufmenge 1:15 bis 1:60 beträgt.

   Anwendungsgebiet der Erfindung . -

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Aceton aus einem verunreinigten Aceton, das durch Zerlegung von Cumenhydroperoxid mit konzentrierter Schwefelsäure als Katalysator und nachfolgende destillative Abtrennung des Phenols sowie höher als Phenol siedender Bestandteile des Zerlegungsproduktes gewonnen wird.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Rohes Aceton aus der Zerlegung von Cumenhydroperoxid zu Phenol und Aceton weist nach der Abtrennung der Hauptmenge des Phenols und der höher siedenden Bestandteile eine Reihe von Verunreinigungen auf, von denen sich einige nur schwer und mit hohem Aufwand aus dem Aceton entfernen lassen, die aber, selbst wenn sie nur in geringsten Mengen im reinen Aceton enthalten sind, den Gebrauchswert des Acetons sehr negativ beeinflussen. In dem rohen Aceton - nachfolgend als Rohaceton bezeichnet sind als Verunreinigungen neben den relativ leicht abtrennbaren Kohlenwasserstoffen, wie Cumen und alpha-Methylstyren, isomere Phenylbutene, Phenol, Mesityloxid, Hydroxiaceton, Acetaldehyd, Propionaldehyd sowie 20 bis 30 Ma.-% Wasser enthalten, welches bei der Neutralisation des schwefelsauren Zerlegungsproduktes zugegeben und mit der Acetonfraktion abdestilliert wird. Die Qualität des reinen Acetons wird durch Qualitätsparameter wie Wassergehalt und Acidität, aber besonders durch die Beständigkeit gegenüber Kaliumpermanganat, die auch Permanganatzahl genannt, in Stunden oder Minuten angegeben wird, ausgedrückt. Besonders negativ auf die Permanganatzahl wirken selbst geringste Konzentrationen an aliphatischen Aldehyden, wie Acetaldehyd "und Propionaldehyd. Bereits ein Aldehydgehalt von 0,0003 Ma.-% senkt die Permanganatzahl auf unter 4 Stunden. Daneben spielt der Wassergehalt des reinen Acetons für viele Anwendungszwecke eine besondere Rolle, insbesondere bei einer chemischen Weiterverarbeitung. In geltenden Güterichtlinien werden Permanganatzahlen von mehr als 6 Stunden und Wassergehalte unter 0,2 Ma.-% gefordert. Für einige spezielle Fälle ist eine noch weit höhere Acetonqualität notwendig. Andererseits ist die Reinigung des Acetons von störenden Aldehyden mit erheblichen Acetonverlusten verbunden, die durch Nebenproduktbildung aus Aceton und davon abhängig durch Destillationsverluste entstehen. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Schwierigkeiten bei der Herstellung von reinem Aceton zu beseitigen.

   So ist ein Verfahren bekannt, nach dem Rohaceton im Verhältnis 1:5 mit 15 bis 20%iger wäßriger Natriumhydroxidlösung behandelt und danach destillativ getrennt wird.

   Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch einen sehr hohen Verbrauch an Alkalihydroxid und erfordert auch einen hohen Aufwand in technologischer und energetischer Beziehung für die anschließende Destillation (GB-PS 817 149). Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, Rohaceton in einer ersten Stufe mit 15 bis 30%iger Alkalilösung zu behandeln, das Rohaceton nach dieser Behandlung von der wäßrigen Phase abzutrennen und zu destillieren. Die ausgewiesenen Kennziffern für das Aceton zeigen, daß trotz des hohen Aufwandes kein reines Aceton gewonnen werden kann (DE-AS 1 128 848). Darüberhinaus ist ein Verfahren zur Reinigung von Rohaceton bekannt, bei dem die Alkalibehandlung und die destillative Reinigung in einem Reinigungsturm erfolgt, wobei 0,2 bis .1%ige wäßrige Alkalihydroxidlösung kontinuierlich im Mengenverhältnis von 1:3,3 bis 1:6 bezogen auf die Rücklaufmenge oberhalb des Rohacetonzulaufes zugegeben wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zur Erreichung des angegebenen Reinheitsgrades eine sehr große Menge an wäßriger Alkalihydroxidlösung in den Reinigungsturm eingebracht werden muß, was wiederum einen hohen Energieverbrauch zur Entfernung des Wassers aus dem Aceton erfordert, wobei auch noch Direktdampf eingespeist werden muß. Außerdem werden in diesem Verfahren keine Angaben zur Permanganatbeständigkeit und zum wirklichen Wassergehalt des Acetons gemacht (DE-OS 2 037 275). In einem weiteren Verfahren wird die Rohacetonreinigung so durchgeführt, daß in einer ersten Stufe das Rohaceton mit basischen Reagentien behandelt und anschließend in einer zweiten Stufe einer Vakuumrektifikation unterworfen wird, wobei das gereinigte Aceton als Seitenstrom von einem oberen Kolonnenboden abgezogen wird. Dieses Verfahren hat nicht nur den Nachteil, daß ein hoher technischer Aufwand durch die zweistufige Technologie benötigt wird, sondern es wird außerdem noch als Kopfprodukt der zweiten Stufe ein Aceton stark verschlechterter Qualität erhalten, während das als Zielprodukt gewonnene gereinigte Aceton nur eine Permanganatbeständigkeit von 2 bis 4 Stunden aufweist (DD-PS 79 723). Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Phenol- und Acetonherstellung aus Zerlegungsprodukt von Cumenhydroperoxid bekannt, nach dem das Rohaceton in einem zweistufigen Kolonnensystem nach Behandlung mit wäßriger Natronlauge so destilliert wird, daß die Beheizung dieser Kolonnen mit Kondensationswärm'e von Phenoldämpfen erfolgt. Mit dieser Technologie wird wohl der Energieverbrauch der Roh- und Reinacetondestillation verbessert, jedoch ist trotz des erhöhten technologischen Aufwand die Qualitätszielstellung nicht ersichtlich (DD-PS 135 191). Aus einem weiterhin bekannten Verfahren zur Reinigung von Aceton wird deutlich, daß die vorher bekannten Verfahren noch keine befriedigenden Ergebnisse zeigen. Nach diesem Verfahren wird zwar ein sehr reines Aceton bezüglich einer hohen Permanganatbeständigkeit von über 24 Stunden erzielt, jedoch sind hierfür drei hintereinander geschaltete Verfahrensstufen erforderlich. In der ersten Kolonne erfolgt dabei die Alkalibehandlung bei Abnahme einer aldehydhaltigen und minderwertigen Destillatfraktion, in einer zweiten Stufe wird dann reines Aceton erhalten, wobei die Betriebsbedingungen so eingestellt werden, daß zur Vermeidung der Bildung neuer permanganatintensiver Verunreinigungen durch Rückspaltung der Acetongehalt im Sumpf dieser Stufe hoch gehalten werden muß, woraus dann die Notwendigkeit einer dritten Destillationsstufe resultiert. Die KomDliziertheit der Technologie ist offenkundig und mit hohen ökonomischen Verlusten verbunden (DE-PS 2 349 226).