DE10237746A1 - Process for the distillative removal of formaldehyde from polyol-containing reaction mixtures with the addition of solvents - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum destillativen Abtrennen von Formaldehyd aus Reaktionslösungen, enthaltend ein methyloliertes Alkanal, das aus der Umsetzung von Formaldehyd mit einem Alkanal, das wenigstens ein acides Wasserstoffatom in alpha-Stellung zur Carbonylfunktion aufweist, oder aus der Umsetzung eines 2-Alkylacroleins oder Acrolein mit Wasser und Formaldehyd erhalten wird und diese Umsetzung in Gegenwart katalytischer Mengen eines organischen Amins durchgeführt wird, wobei die am Kopf einer destillativen Trenneinrichtung erhaltenen, leicht siedenden Verbindungen kondensiert und der in Wasser nicht lösliche Anteil des Kondensats abgetrennt wird.Process for the distillative removal of formaldehyde from reaction solutions containing a methylolated alkanal which results from the reaction of formaldehyde with an alkanal which has at least one acidic hydrogen atom in the alpha position to the carbonyl function, or from the reaction of a 2-alkylacrolein or acrolein with water and Formaldehyde is obtained and this reaction is carried out in the presence of catalytic amounts of an organic amine, the low-boiling compounds obtained at the top of a distillation separator being condensed and the water-insoluble fraction of the condensate being separated off.

Description

Zur Darstellung der Erfindungs-Gattung ist im Oberbegriff des Anspruchs 1 von einem bekannten Verfahren im Sinne der DE-A 199 63 445 ausgegangenen, bei dem Formaldehyd aus Reaktionslösungen destillativ abgetrennt wird, wobei die Reaktionslösungen ein methyloliertes Alkanal enthalten, welches aus der Umsetzung von Formaldehyd mit einem Alkanal, das wenigstens ein acides Wasserstoffatom in α-Stellung zur Carbonylfunktion aufweist, oder aus der Umsetzung eines 2-Alkylacroleins oder Acrolein mit Wasser und Formaldehyd erhalten wird. Diese Umsetzung erfolgt in Gegenwart katalytischer Mengen eines organischen Amins. Für ein effektives Abtrennen des Formaldehyds wird den Reaktionslösungen vor und/oder während der Destillation Wasser zugesetzt. Dabei entstehen jedoch Zwischenprodukte, sog. organische Hochsieder, die in Wasser schwer löslich sind und daher abgetrennt werden. Diese organischen Hochsieder pegeln sich aber über die Formaldehydrückführung auf, was dazu führt, dass zwecks Ausschleusung der organischen Hochsieder die Anlage in regelmäßigen Abständen abgestellt und gespült werden muss.To represent the type of invention is in the preamble of claim 1 of a known method in the sense of DE-A 199 63 445 assumed, in which formaldehyde is separated from the reaction solutions by distillation, the reaction solutions containing a methylolated alkanal which results from the reaction of formaldehyde with an alkanal which has at least one acidic hydrogen atom in the α-position to the carbonyl function, or from the reaction of a 2-alkylacrolein or acrolein is obtained with water and formaldehyde. This reaction takes place in the presence of catalytic amounts of an organic amine. For an effective removal of the formaldehyde, water is added to the reaction solutions before and / or during the distillation. However, intermediate products, so-called organic high boilers, are formed which are sparingly soluble in water and are therefore removed. However, these organic high boilers level up via the formaldehyde recycle, which means that the system has to be shut down and flushed at regular intervals in order to remove the organic high boilers.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren zum destillativen Abtrennen von Formaldehyd aus polyolhaltigen Reaktionsgemischen geschaffen werden, welches das sichere Ausschleusen unerwünschter Nebenprodukte gewährleistet.A method is intended with the invention for the separation of formaldehyde from reaction mixtures containing polyol by distillation be created, which the safe discharge undesirable By-products guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen gelöst.This task is performed by the in the indicator of the measures contained in claim 1 solved.

Die Abtrennung des Formaldehyds aus den Aldolisierungsgemischen erfolgt generell in einer destillativen Trenneinrichtung, vorzugsweise in einer Destillationskolonne mit 5 bis 100 Trennstufen. Die Kolonne wird dabei im allgemeinen mit einer Temperatur von 50°C bis 160°C betrieben; der Druck beträgt 0,2 bar bis 5 bar, das Rücklaufverhältnis etwa 10 bis 0. Insgesamt hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das aufzutrennende Reaktionsgemisch am Kopf der Kolonne einzuspeisen und gleichzeitig über den Kolonnenboden Wasser, im allgemeinen Wasserdampf, zuzuführen.The separation of the formaldehyde the aldolization mixtures generally take place in a distillative Separating device, preferably in a distillation column 5 to 100 separation levels. The column is generally with operated at a temperature of 50 ° C to 160 ° C; the pressure is 0.2 bar to 5 bar, the reflux ratio approximately 10 to 0. Overall, it has proven to be expedient to separate what is Feed the reaction mixture at the top of the column and at the same time via the Column tray to supply water, generally water vapor.

Durch die Destillation werden ein leichtsiedendes Kopfprodukt, im wesentlichen enthaltend Wasser, Ethylacrolein, Formaldehyd und Trimethylamin sowie etwa 2 Gew.-% organische Hochsieder, und ein hochsiedendes Sumpfprodukt erhalten. Das Sumpfprodukt wird beispielsweise nach dem in der deutschen Patentanmeldung 198 09 418 A1 beschriebenen Verfahren hydriert und anschließend zu reinem spezifikationsgerechtem Trimethylolpropan (TMP) aufgearbeitet.By distillation low-boiling overhead product, essentially containing water, Ethyl acrolein, formaldehyde and trimethylamine and about 2% by weight organic high boilers, and a high-boiling bottom product. The bottom product is, for example, according to that in the German patent application 198 09 418 A1 hydrogenated process and then to pure processed according to specification trimethylolpropane (TMP).

Die am Kopf der destillativen Trenneinrichtung erhaltenen leicht siedenden Verbindungen (Kopfprodukt) werden erfindungsgemäß kondensiert und der in Wasser nicht lösliche Anteil des Kondensats abgetrennt. Hierzu eignen sich praktisch alle bekannten Phasenscheider, insbesondere Abscheider,die als Trennkräfte die Schwerkraft, Fliehkräfte, Massenträgheitskräfte oder elektrische Kräfte benutzen.The one at the head of the distillation separator Low-boiling compounds obtained (top product) are condensed according to the invention and the insoluble in water Part of the condensate separated. Virtually all are suitable for this known phase separators, in particular separators, which act as separating forces Gravity, centrifugal forces, inertia or electrical forces to use.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der in Wasser nicht lösliche Anteil des Kondensats in einem Phasenscheider mit geordneten Trennelementen abgetrennt. Als Trennelemente kommen gitterartige Gebilde, Distanzierungsanordnungen aus zwei oder mehreren Scharen von Stegen und/oder Profilen oder Packungen aus Blechen oder Gewebelagen, wie sie üblicherweise in der destillativen Trenntechnik verwendet werden, in Betracht. Durch einen solchen Phasenscheider mit geordneten Trennelementen lassen sich besonders hohe Trennleistungen bei geringem Druckverlust des Destillats erreichen.According to a further feature of the invention the insoluble in water Proportion of condensate in a phase separator with ordered separators separated. Grid-like structures and spacing arrangements come as separating elements from two or more sheets of webs and / or profiles or Packings made of sheet metal or fabric layers, as is usually the case in the distillation separation technique can be used. With such a phase separator orderly separating elements enable particularly high separating performance reach with little pressure loss of the distillate.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung anhand eins Ausführungsbeispiels näher erläutert. In diesem Beispiel wurde ein Aldolisierungsgemisch verwendet, das wie folgt dargestellt worden war:
Eine Apparatur bestehend aus zwei heizbaren, durch Überlaufrohre miteinander verbundenen Rührkesseln mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 72 lwurde mit frischer, wässriger Formaldehydlösung (4300 g/h einer 40%igen wässrigen Lösung bzw. n-Butyraldehyd (1800 g/h) und mit frischem Trimethylamin als Katalysator (130 g/h) in Form einer 45%igen wässrigen Lösung kontinuierlich beschickt. Die Reaktoren wurden auf 40°C temperiert. Es kann dabei ein methanolarmer Formaldehyd verwendet werden, wie dies in dem Dokument DE 199 63 438 A1 beschrieben ist.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing using an exemplary embodiment. In this example an aldolization mixture was used, which was represented as follows:
An apparatus consisting of two heatable stirred tanks connected by overflow pipes with a total capacity of 72 l was filled with fresh, aqueous formaldehyde solution (4300 g / h of a 40% aqueous solution or n-butyraldehyde (1800 g / h) and with fresh trimethylamine as a catalyst (130 g / h) in the form of a 45% strength aqueous solution, the reactors were heated to 40 ° C. A low-methanol formaldehyde can be used, as described in the document DE 199 63 438 A1 is described.

Der Austrag wurde direkt über einen Fallfilmverdampfer mit aufgesetzter Kolonne (11 bar Heizdampf) geleitet und dort bei normalem Druck destillativ in ein leichtsiedendes Kopfprodukt, im wesentlichen enthaltend Butyraldehyd, Ethylacrolein, Formaldehyd, Wasser und Trimethylamin und ein hochsiedendes Sumpfprodukt aufgetrennt.The discharge was made directly via a Falling film evaporator with attached column (11 bar heating steam) passed and there at normal pressure into a low-boiling overhead product, essentially containing butyraldehyde, ethyl acrolein, formaldehyde, Water and trimethylamine and a high-boiling bottom product separated.

Das Kopfprodukt wurde kontinuierlich kondensiert und in die oben beschriebenen Reaktoren zurückgeführt.The top product became continuous condensed and returned to the reactors described above.

Das hochsiedende Sumpfprodukt aus dem Verdampfer (ca. 33,5 kg/h) wurde kontinuierlich mit frischem Trimethylamin-Katalysator (50 g/h in Form einer 45%igen wässrigen Lösung) versetzt und in einen beheizbaren, mit Füllkörpern versehenen Rohrreaktor mit einem Leervolumen von 12 l geführt. Der Reaktor war dabei auf 40°C temperiert.The high-boiling bottom product the evaporator (approx. 33.5 kg / h) was continuously supplied with fresh Trimethylamine catalyst (50 g / h in the form of a 45% aqueous solution Solution) added and into a heatable tubular reactor provided with packing guided with an empty volume of 12 l. The reactor was there to 40 ° C tempered.

Der Austrag des Nachreaktors wurde kontinuierlich in den oberen Teil einer weiteren Destillationseinrichtung (1), der Formaldehydabtrennung, (11 bar Heizdampf) gegeben und dort destillativ in ein leicht siedendes Kopfprodukt, im wesentlichen enthaltend Wasser, Ethylacrolein, Formaldehyd, Wasser und Trimethylamin, ca. 2 Gew.-% organische Hochsieder, und ein hochsiedendes Sumpfprodukt aufgetrennt. Das leichtsiedendes Kopfprodukt (27 kg/h) wurde kontinuierlich kondensiert und dem Phasenscheider (2) zugeführt, wohingegen das hochsiedende Sumpfprodukt gesammelt wurde. In den Sumpf der Destillationseinrichtung wurden bei (3) 4,5 kg/h Wasserdampf eingespeist.The discharge of the post-reactor was continuous only in the upper part of another distillation unit ( 1 ), the formaldehyde removal, (11 bar heating steam) and distilled there into a low-boiling overhead product, essentially containing water, ethyl acrolein, formaldehyde, water and trimethylamine, about 2% by weight of organic high boilers, and a high-boiling bottom product. The low-boiling overhead product (27 kg / h) was continuously condensed and the phase separator ( 2 ) supplied, whereas the high-boiling bottom product was collected. In the bottom of the distillation unit at ( 3 ) 4.5 kg / h water vapor fed.

Das so erhaltene Sumpfprodukt enthielt neben Wasser im wesentlichen Dimethylolbutyraldehyd, Formaldehyd und Spuren von Monomethylolbutyraldehyd.The bottom product thus obtained contained in addition to water essentially dimethylol butyraldehyde, formaldehyde and traces of monomethylol butyraldehyde.

Die Abtrennung des Formaldehyds aus dem Sumpfprodukt erfolgte nach dem in dem Dokument DE 199 63 455 A1 beschriebenen Verfahren. Es wurde ein 70%iger wässriger Austrag erhalten, der 24 Gew.% Dimethylolbutyraldehyd (DMB) enthielt. Das Sumpfprodukt wurde anschließend hydriert und zu reinem spezifikationsgerechten TMP aufgearbeitet.The formaldehyde was separated off from the bottom product according to that in the document DE 199 63 455 A1 described method. A 70% aqueous discharge was obtained which contained 24% by weight of dimethylol butyraldehyde (DMB). The bottom product was then hydrogenated and worked up to pure specification-compliant TMP.

Die am Kopf der Destillationseinrichtung (1) erhaltenen, leicht siedenden Verbindungen, im wesentlichen Wasser, Ethylacrolein, Formaldehyd und Trimethylamin und die organischen Hochsieder, wurden vollständig einem Phasenscheider (2) zugeführt. Der Phasenscheider bestand aus einem Metallbehälter aus einem Rohr DN 80 und einer Länge von 320 mm mit zwei Schaugläsern an beiden Enden.At the head of the distillation device ( 1 ) The low-boiling compounds obtained, essentially water, ethyl acrolein, formaldehyde and trimethylamine and the organic high boilers, were completely subjected to a phase separator ( 2 ) fed. The phase separator consisted of a metal container made of a DN 80 pipe and a length of 320 mm with two sight glasses at both ends.

Über Kopf wurde diskontinuierlich organische Phase ausgetragen. Der Austrag erfolgte ab 50% Stand, der über ein Schauglas festgestellt wurde; er wurde beendet bei ca. 100% Stand wässrige Phase. Im Versuchszeitraum wurde ca. alle 20 h ausgeschleust mit einem durchschnittlichen Fluss an organischen Hochsiedern von ca. 30 g/h. Diese enthielten folgende Bestandteile: 20 Flächen-% Ethylacrolein, 30 % Ethylhexenal, 20 % Dimeres Ethylacrolein, 1% Formaldehyd sowie weitere nicht genauer bestimmbare "organische Hochsieder". Die wässrige Phase wurde kontinuierlich über Sumpf ausgetragen und wie bisher in die Aldolisierungsreaktoren zurückgeführt.about Head was discontinuously discharged organic phase. The discharge took place from 50% level, the over a sight glass was found; it ended at about 100% Stand aqueous phase. During the test period, one was removed approximately every 20 hours average flow of organic high boilers of approx. 30 g / h. These contained the following components: 20% by area ethyl acrolein, 30% Ethylhexenal, 20% dimeric ethyl acrolein, 1% formaldehyde and others "organic high boilers" which cannot be determined more precisely. The aqueous phase was continuously over Dumped and as before in the aldolization reactors recycled.

Claims (2)

Verfahren zum destillativen Abtrennen von Formaldehyd aus Reaktionslösungen enthaltend ein methyloliertes Alkanal, das aus der Umsetzung von Formaldehyd mit einem Alkanal, das wenigstens ein acides Wasserstoffatom in α-Stellung zur Carbonylfunktion aufweist, oder aus der Umsetzung eines 2-Alkylacroleins oder Acrolein mit Wasser und Formaldehyd erhalten wird und diese Umsetzung in Gegenwart katalytischer Mengen eines organischen Amins durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die am Kopf einer destillativen Trenneinrichtung erhaltenen, leicht siedenden Verbindungen kondensiert und der in Wasser nicht lösliche Anteil des Kondensats abgetrennt wird.Process for the separation of formaldehyde by distillation reaction solutions containing a methylolated alkanal resulting from the reaction of formaldehyde with an alkanal which has at least one acidic hydrogen atom in the α-position to the carbonyl function, or from the reaction of a 2-alkylacrolein or acrolein is obtained with water and formaldehyde and this Reaction in the presence of catalytic amounts of an organic amine carried out is characterized in that the head of a distillative Separating device obtained, low-boiling compounds condensed and the insoluble in water Portion of the condensate is separated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Wasser nicht lösliche Anteil des Kondensats in einem Phasenscheider mit geordneten Trennelementen abgetrennt wird.A method according to claim 1, characterized in that the insoluble in water Proportion of condensate in a phase separator with ordered separators is separated.
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