DE1185600B - Process for the production of formic acid-free, pure, monomeric formaldehyde - Google Patents
Process for the production of formic acid-free, pure, monomeric formaldehydeInfo
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1185 600
P 28504IV b/12 ο
28. Dezember 1961
21. Januar 19651185 600
P 28504IV b / 12 ο
December 28, 1961
January 21, 1965
Bei der Herstellung von im wesentlichen reinem Formaldehyd aus seinen wäßrigen Lösungen führen Nebenreaktionen, wie die Cannizaro-Reaktion, zur Bildung von Ameisensäure. Die Gegenwart von Ameisensäure ist unerwünscht, da sie viele Reaktionen katalysiert, welche eine Tendenz zur Verminderung der Formaldehydausbeute ergeben.Lead in the manufacture of essentially pure formaldehyde from its aqueous solutions Side reactions, such as the Cannizaro reaction, lead to the formation of formic acid. The presence of Formic acid is undesirable because it catalyzes many reactions which tend to decrease the formaldehyde yield.
Beispielsweise wird nach der deutschen Auslegeschrift 1 057 086 reiner Formaldehyd durch Umsetzen eines Alkohols mit wäßrigem Formaldehyd unter Bildung eines wäßrigen Gemisches, welches das Hemiformal des Alkohols enthält, Entfernung von Wasser durch Dehydratisieren des Gemisches und Gewinnung des gereinigten Formaldehydes durch Pyrolysieren der erhaltenen, das Hemif ormal des Alkohols enthaltenden Lösung hergestellt.For example, according to German Auslegeschrift 1 057 086, pure formaldehyde is converted by reaction of an alcohol with aqueous formaldehyde to form an aqueous mixture which is the hemiformal containing the alcohol, removing water by dehydrating the mixture and recovering it of the purified formaldehyde obtained by pyrolysis containing the hemiformal of the alcohol Solution made.
Es wurde festgestellt, daß die Gegenwart von Ameisensäure in der Lösung von Formaldehyd in Wasser und Alkohol während der Endstufe dieses Verfahrens zur Katalyse einer Wiedervereinigung von Alkohol und Formaldehyd und dadurch einer Verminderung der Ausbeute führt.It was found that the presence of formic acid in the solution of formaldehyde in Water and alcohol during the final stage of this process to catalyze a reunion of Alcohol and formaldehyde and thereby a reduction in the yield.
Man könnte erwarten, daß sich dieses Problem durch Neutralisieren der anwesenden Ameisensäure mit einer starken Base, wie Natriumhydroxyd, lösen ließe, da die Umsetzung einer solchen Base mit Ameisensäure zu dem entsprechenden Formiat führt, dessen Gegenwart bei einem Verfahren der in der Auslegeschrift 1 057 086 beschriebenen Art nicht als nachteilig zu erwarten sein sollte. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Gegenwart von Natrium- oder Kaliumformiat in der Endstufe des obengenannten Verfahrens zu einer Vergrößerung der Menge hochsiedender Nebenprodukte führt und sowohl die Ausbeute an Formaldehyd als auch den Grad der Alkoholgewinnung herabsetzt. Ferner bildet sich bei Gegenwart von Natrium- oder Kaliumformiat auf den Innenflächen der Apparatur eine beträchtliche Menge eines klebrigen »kandiszuckerartigen« Materials, was den Wärmeaustauschwirkungsgrad der Apparatur ernstlich stört. Eine Neutralisierung der Ameisensäure mittels Ammoniumhydroxyd andererseits führt zu einer starken Ablagerung von Formaldehydpolymerisat in der gesamten Apparatur, wodurch ein häufiges Abschalten und Reinigen der Vorrichtung notwendig wird.One might expect this problem to be solved by neutralizing the formic acid present with a strong base such as sodium hydroxide, because the reaction of such a base with Formic acid leads to the corresponding formate, the presence of which in a process in the Auslegeschrift 1 057 086 described type should not be expected to be disadvantageous. It has, however demonstrated that the presence of sodium or potassium formate in the final stage of the above Process leads to an increase in the amount of high-boiling by-products and both the yield of formaldehyde as well as the degree of alcohol production. It also forms at The presence of sodium or potassium formate on the internal surfaces of the apparatus is considerable Amount of sticky "candy-candy" material, which increases the heat exchange efficiency of the Seriously disturbs the apparatus. On the other hand, neutralization of formic acid by means of ammonium hydroxide leads to a heavy deposit of formaldehyde polymer in the entire apparatus, whereby frequent shutdown and cleaning of the device becomes necessary.
Auch die Entfernung der Ameisensäure mittels Anionenaustauscherharzen, wie sie die britische Patentschrift 573 051 für alkoholfreie wäßrige Formaldehydlösungen offenbart, ist beim vorliegenden alkoholhaltigen Gemisch nicht durchführbar, da das Austauscherharz durch den Alkohol lösend ange-Verf ahren zur Herstellung von ameisensäurefreiem, reinem, monomerem FormaldehydAlso the removal of formic acid by means of anion exchange resins, such as those used by the British Patent 573 051 disclosed for alcohol-free aqueous formaldehyde solutions is in the present case alcohol-containing mixture cannot be carried out, since the exchange resin is dissolved by the alcohol for the production of formic acid-free, pure, monomeric formaldehyde
Anmelder:Applicant:
E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)EI du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,Dr.-Ing. W. Abitz, patent attorney,
München 27, Pienzenauer Str. 28Munich 27, Pienzenauer Str. 28
Als Erfinder benannt:
Carl Earle Schweitzer,
Wilmington, Del. (V. St. A.)Named as inventor:
Carl Earle Schweitzer,
Wilmington, Del. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1960 (78 845)V. St. v. America dated December 28, 1960 (78 845)
griffen und damit in seiner Wirksamkeit vermindert wird.attacked and is thus reduced in its effectiveness.
Gegenüber den genannten Neutralisationsverfahren wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß Erdalkaliformiate die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweisen und trotz ihrer beträchtlichen Löslichkeit in Wasser (z. B. für Calciumformiat bei 0° C 16°/o) im Gemisch von Alkohol, Wasser, Formaldehyd und Hemiformal eine ausreichend geringe Löslichkeit aufweisen, um durch Filtration entfernt werden zu können.Compared to the neutralization process mentioned, it has now surprisingly been found that Alkaline earth formates do not have the disadvantages described above and despite their considerable solubility in water (e.g. for calcium formate at 0 ° C 16%) in a mixture of alcohol, water, formaldehyde and hemiformal have sufficiently low solubility to be removed by filtration to be able to.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von ameisensäurefreiem, reinem, monomerem Formaldehyd aus Alkohl und mindestens 5 Gewichtsprozent Wasser enthaltenden Formaldehydlösungen durch destillative Entfernung des Wassers und thermische Zersetzung des Formaldehydhalbacetal enthaltenden Destillationsrückstandes, das sich dadurch kennzeichnet, daß man der Lösung vor der Destillation ein Erdalkalioxyd oder -hydroxyd beimischt und die Lösung zur Entfernung von unlöslichem Material filtriert.The invention therefore relates to a process for the production of formic acid-free, pure, monomeric formaldehyde from alcohol and formaldehyde solutions containing at least 5 percent by weight of water by removing the water by distillation and thermal decomposition of the formaldehyde hemiacetal containing distillation residue, which is characterized in that one of the solution an alkaline earth oxide or hydroxide is added before the distillation and the solution is used to remove insolubles Filtered material.
Der Formaldehyd wird aus der neutralisierten Lösung gewonnen, indem man zuerst das Wasser abdestilliert und dann genügend Wärme zuführt, um das Hemiformal des Alkohols zu pyrolysieren. Die Wassermenge bei der Neutralisation beträgt mindestens 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 15 Gewichtsprozent, insbesondere 7%. Im Hinblick auf die Notwendigkeit der Wasserentfernung ist es wirtschaftlich zweckmäßig, eine Wassermenge von mehrThe formaldehyde is obtained from the neutralized solution by first distilling off the water and then applying sufficient heat to pyrolyze the hemiformal of the alcohol. the The amount of water during the neutralization is at least 5 percent by weight, preferably 5 to 15 percent by weight, especially 7%. In terms of the need for water removal, it is economical expedient, an amount of water of more
409 769/430409 769/430
als 15% zu vermeiden. Vorzugsweise beträgt der Formaldehydgehalt 15 bis 40%, während eine Restmenge von 45 bis 80% von Alkohol gebildet wird. (Bei der Bestimmung der bevorzugten Anteile ist das Hemiformal auf der Basis seiner Komponenten berücksichtigt.) than 15% to avoid. Preferably the formaldehyde content is 15 to 40%, while a remainder 45 to 80% is made up of alcohol. (When determining the preferred proportions, this is Hemiformal considered on the basis of its components.)
Die Erdalkalioxyde oder -hydroxyde können als Pulver, als Suspension in einer Flüssigkeit oder durch Hindurchleiten der zu reinigenden Formaldehydlösung durch eine Ruheschicht der Erdalkalioxyde oder -hydroxyde zugesetzt werden. In besonders bevorzugter Weise wird die wäßrige, Formaldehyd und Alkohol enthaltende Lösung nach dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 848 500 hergestellt; nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Erdalkalioxyd oder -hydroxyd dem Ausgangsgemisch von Alkohol, Formaldehyd und Wasser zugesetzt, das nach dem Verfahren nach dieser Patentschrift erhalten wurde, das Gemisch dann filtriert, durch Destillation von Wasser befreit und das dehydratisierte Hemiformal pyrolysiert. Man arbeitet zweckmäßig mit einem Alkohol, der bei Atmosphärendruck bei mindestens 95° C siedet und außer einer Hydroxylgruppe von jeglicher Substituentengrappe frei ist, die gegenüber Formaldehyd bei den Verfahrensbedingungen reaktionsfähig ist. Besonders bevorzugt wird als Alkohol Cyclohexanol oder ein anderer primärer oder sekundärer aliphatischer oder cycloaliphatischer Alkohol verwendet, der 5 bis 10 Kohlenstoffatome im Molekül enthält und bei Atmosphärendruck bei mindestens 120° C siedet.The alkaline earth oxides or hydroxides can be added as a powder, as a suspension in a liquid or by passing the formaldehyde solution to be purified through a resting layer of the alkaline earth oxides or hydroxides. The aqueous solution containing formaldehyde and alcohol is particularly preferably prepared by the process of US Pat. No. 2,848,500; According to the preferred embodiment of the invention, the alkaline earth oxide or hydroxide is added to the starting mixture of alcohol, formaldehyde and water, which was obtained by the process according to this patent specification, the mixture is then filtered, freed from water by distillation and the dehydrated hemiform is pyrolyzed. It is expedient to work with an alcohol which boils at at least 95 ° C. at atmospheric pressure and, apart from one hydroxyl group, is free of any substituent group which is reactive with formaldehyde under the process conditions. Cyclohexanol or another primary or secondary aliphatic or cycloaliphatic alcohol which contains 5 to 10 carbon atoms in the molecule and boils at at least 120 ° C. at atmospheric pressure is particularly preferably used as the alcohol.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to further illustrate the invention.
Zu einem Gemisch aus Cyclohexanol, 12,32% Wasser und Formaldehyd, das 0,0310 Gewichtsprozent Ameisensäure enthält, werden 0,02 Gewichtsprozent Calciumhydroxyd zugesetzt. Das Gemisch wird über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Nach Abfiltrieren unlöslicher Stoffe ergibt das Gemisch analytisch einen Ameisensäuregehalt von 0,0071 Gewichtsprozent. Nach Abdestillieren des Wassers wird das Gemisch auf 75° C bei 30 Torr erwärmt, um das Formaldehydhalbacetal zu zersetzen und den reinen Formaldehyd zu gewinnen.To a mixture of cyclohexanol, 12.32% water and formaldehyde, which is 0.0310 percent by weight Contains formic acid, 0.02 percent by weight calcium hydroxide is added. The mixture is stirred overnight at room temperature. After filtering off insoluble substances, the mixture is obtained analytically a formic acid content of 0.0071 percent by weight. After the water has been distilled off the mixture heated to 75 ° C at 30 torr to decompose the formaldehyde hemiacetal and the pure Formaldehyde.
Zu 1840 Gewichtsteilen eines Gemisches aus Formaldehyd, Cyclohexanol und Cyclohexylhemiformal, das 0,2 Gewichtsprozent Wasser und 0,0440 Gewichtsprozent Ameisensäure enthält, werden 1,26 Teile Calciumhydroxyd zugesetzt. Nach Rühren wird die Lösung filtriert und auf ihren Ameisensäuregehalt analysiert, wobei man 0,0395 Gewichtsprozent erhält (Vergleichsversuch). Die Verwendung von Bromthymolblau als Indikator zeigt ebenfalls das Fehlen einer Neutralisierung. Bei Zusatz von genügend Wasser zum Gemisch, um den ίο Wassergehalt auf etwa 7 Gewichtsprozent zu bringen, zeigt der Indikator eine sofortige Neutralisierung. Weitere Verarbeitung zur Gewinnung des Formaldehyds wie im Beispiel 1.To 1840 parts by weight of a mixture of formaldehyde, cyclohexanol and cyclohexylhemiformal, containing 0.2 percent by weight water and 0.0440 percent by weight formic acid 1.26 parts of calcium hydroxide were added. After stirring, the solution is filtered and on its Analyzed formic acid content, 0.0395 percent by weight being obtained (comparative experiment). The use of bromothymol blue as an indicator also shows the lack of neutralization. at Add enough water to the mixture to bring the ίο water content to around 7 percent by weight, the indicator shows an immediate neutralization. Further processing to obtain formaldehyde as in example 1.
1S Beispiel 3 1 S example 3
Eine Lösung von Formaldehyd in Cyclohexanol, die 19,1 Gewichtsprozent Formaldehyd, 9,5 Gewichtsprozent Wasser und 0,0332 Gewichtsprozent Ameisensäure enthält, wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 7 cm3 Lösung pro Minute durch eine Schicht Calciumoxyd von 1,7 cm Durchmesser und 19 cm Länge geleitet. Das abfließende Gut ergibt analytisch 0,0120 Gewichtsprozent Ameisensäure.A solution of formaldehyde in cyclohexanol, which contains 19.1 percent by weight formaldehyde, 9.5 percent by weight water and 0.0332 percent by weight formic acid, is passed through a layer of calcium oxide 1.7 cm in diameter and at a rate of about 7 cm 3 of solution per minute 19 cm in length. The material flowing off gives analytically 0.0120 percent by weight of formic acid.
Die gleiche Beschickungslösung wird mit 0,43 Gewichtsteilen Calciumhydroxyd auf 700 Teile Lösung behandelt, 10 Minuten gerührt und analysiert, wobei sich ein Ameisensäuregehalt der Lösung von weniger als 0,0005 Gewichtsprozent ergibt. Weitere Verarbeitung zur Gewinnung des Formaldehyds wie im Beispiel 1.The same feed solution is made with 0.43 parts by weight calcium hydroxide per 700 parts solution treated, stirred for 10 minutes and analyzed, the formic acid content of the solution being less than 0.0005 weight percent. Further processing to obtain the formaldehyde as in the example 1.
(Vergleichsversuch)(Comparison test)
Dieses Beispiel zeigt in Verbindung mit Tabelle I in einem Vergleich die Auswirkungen verschiedener alkalischer Stoffe in Gemischen von Formaldehyd und Cyclohexanol auf Nebenreaktionen. Man gibt zu einer Lösung von Formaldehyd, Cyclohexanol und ungefähr 5% Wasser in kleinen Mengen verschiedene Verbindungen gemäß der Tabelle zu und dampft die erhaltene Lösung durch 30minutiges Erhitzen auf 150° C ein. Die Dämpfe werden dann kondensiert und analysiert, um den Verlust an Formaldehyd und Cyclohexanol durch Bildung hochsiedender Nebenprodukte zu bestimmen. In einem Kontrollversuch wird ein Gemisch eingesetzt, das im wesentlichen von Ameisensäure frei ist; in den anderen Versuchen wird das gleiche Gemisch mit dem Zusatz nach der Tabelle eingesetzt.This example, in conjunction with Table I, compares the effects of various alkaline substances in mixtures of formaldehyde and cyclohexanol for side reactions. One admits a solution of formaldehyde, cyclohexanol and about 5% water in small amounts different Compounds according to the table and the resulting solution evaporated by heating for 30 minutes 150 ° C. The vapors are then condensed and analyzed to determine the loss of formaldehyde and Determine cyclohexanol by the formation of high-boiling by-products. In a control experiment a mixture is used which is essentially free of formic acid; in the other attempts the same mixture is used with the addition according to the table.
Tabelle I
Verluste durch Bildung hochsiedender Produkte bei 30minutigem Erhitzen des Gemisches auf 150° CTable I.
Losses due to the formation of high-boiling products when the mixture is heated to 150 ° C for 30 minutes
Zusatz, bezogen auf das Gesamtgewicht
des GemischesAddition based on the total weight
of the mixture
Kontrollprobe Control sample
0,02% Natriumhydroxyd
0,02% Natriuinformiat ..
0,05% Calciumfonniat ..
0,02% Calciumhydroxyd
0,01% Ammoniak 0.02% sodium hydroxide
0.02% sodium formate.
0.05% calcium formate ..
0.02% calcium hydroxide
0.01% ammonia
*) Über die genannten Verluste hinaus bilden 3,4 Gewichtsprozent Cyclohexanol einen kandiszuckerartigen Rückstand.*) In addition to the losses mentioned, 3.4 percent by weight of cyclohexanol forms a sugar-candy residue.
**) Über die genannten Verluste hinaus bilden 1,5 Gewichtsprozent Cyclohexanol einen kandiszuckerartigen Rückstand.**) In addition to the losses mentioned, 1.5 percent by weight of cyclohexanol forms a sugar-candy residue.
***) Der Versuch wird wegen Bildung großer Feststoffmengen im Anfangsstadium des Erhitzungszeitraums unterbrochen.***) The experiment is interrupted due to the formation of large amounts of solids in the initial stage of the heating period.
5 65 6
Beispiel 5 Man gibt zu diesem Gemisch gemäß TabellenExample 5 This mixture is added according to the tables
Es wird ein Cyclohexylhemiformalgemisch folgen- verschiedene Mengen an Calciumhydroxyd zu, be-A mixture of cyclohexyl hemiformals is added - various amounts of calcium hydroxide are added,
der Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht des wegt das erhaltene Gemisch 21/» Stunden, filtriert undthe composition, based on the weight of the resulting mixture was moved 2 1 / »hours, filtered and
Gesamtgemisches, eingesetzt: analysiert. Bei der Filtration des Gemisches wird einTotal mixture, used: analyzed. When the mixture is filtered, a
Wasser, % 10,6 5 etwa eineinhalbmal so langer Zeitraum wie bei derWater,% 10.6 5 about one and a half times as long as the period
Formaldehyd, % 16,0 Behandlung des kein Calciumhydroxyd enthaltendenFormaldehyde, 16.0% treatment of the non-calcium hydroxide
Cyclohexylformiat, % · 10~4 300 Cyclohexylhemiformalgemisches benötigt, aber dieCyclohexylformate,% · 10 ~ 4 300 Cyclohexylhemiformalgemisches required, but the
Ameisensäure, % · 10~4 624 Filtration läßt sich unschwer durchführen.Formic acid,% x 10 ~ 4624 filtration can be carried out is not difficult.
Cyclohexylhemiformal RestCyclohexylhemiformal residue
Ca(OH)ä-Überschuß
über die theoretisch
erforderliche MengeCa (OH) δ excess
about the theoretically
required amount
Restliche AmeisensäureRemaining formic acid
o/o · ΙΟ-*o / o · ΙΟ- *
Entfernung von Ameisensäure Restliches
CyclohexylformiatRemoval of residual formic acid
Cyclohexyl formate
o/o · ΙΟ-4 o / o · ΙΟ- 4
Restliches Calcium, °/o · 10 -4
errechnet aus dem
Gewicht der
verbleibendenResidual calcium, ° / o · 10-4
calculated from the
Weight of
remaining
Feststoffe*)Solids *)
flammen-Flames-
fotometrischphotometric
bestimmtcertainly
50
10050
100
130 48 57130 48 57
79 92 9179 92 91
300
300
300300
300
300
72
54
4372
54
43
6363
54
3554
35
*) Errechnet unter der Annahme, daß das in dem Cyclohexylhemiformalgemisch gelöst bleibende Calcium Calciumformiat ist.*) Calculated on the assumption that the calcium remaining dissolved in the cyclohexylhemiformal mixture is calcium formate is.
Ein Anteil Cyclohexylhemiformal wird nach der Behandlung mit Calciumhydroxyd gemäß Beispiel 5 deltillativ entwässert. Die folgende Tabelle, welche die Analysenwerte vor und nach der Dehydratisierung nennt, zeigt die weitere Senkung der Ameisensäure- und Calciumkonzentration.A portion of cyclohexylhemiformal is after treatment with calcium hydroxide according to Example 5 dehydrated dehydrated. The following table showing the analytical values before and after dehydration indicates the further reduction in formic acid and calcium concentrations.
3535
4040
Die vorliegende Erfindung erweist sich als verbesserte Arbeitsstufe des Verfahrens nach der USA.-Patentschrift 2 848 500 als besonders wertvoll. Sie ist auch zur Neutralisierung der Ameisensäure in auf anderem Wege erhaltenen alkoholischen Formaldehydlösungen vorteilhaft; man kann hierdurch solche Lösungen zur Formaldehydgewinnung erhitzen, ohne die oben beschriebenen, unerwünschten, zu Nebenprodukten führenden Reaktionen zu verursachen.The present invention proves to be an improved working step of the U.S. patent process 2,848,500 as particularly valuable. It is also used to neutralize the formic acid in Alcoholic formaldehyde solutions obtained in other ways are advantageous; you can do such Heat solutions for formaldehyde recovery without the undesired by-products described above leading to causing reactions.
Claims (4)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1057 086;
britische Patentschrift Nr. 573 051;
Beilsteins Handbuch der organischen Chemie, 2, 1920, S. 15.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1057 086;
British Patent No. 573 051;
Beilstein's Handbook of Organic Chemistry, 2, 1920, p. 15.
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