DE1196175B - Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd - Google Patents

Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd

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DE1196175B
DE1196175B DES76431A DES0076431A DE1196175B DE 1196175 B DE1196175 B DE 1196175B DE S76431 A DES76431 A DE S76431A DE S0076431 A DES0076431 A DE S0076431A DE 1196175 B DE1196175 B DE 1196175B
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DE
Germany
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formaldehyde
same
fluidized bed
column
carried out
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DES76431A
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English (en)
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Franco Codignola
Christopher G A Clayton
Jakob Ackermann
Gerhard K E Vogel
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IT RESINE SOC
Societa Italiana Resine SpA SIR
Original Assignee
IT RESINE SOC
Societa Italiana Resine SpA SIR
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd, wie er z. B. durch Pyrolyse von Paraformaldehyd erhalten wird.
  • Bei der Polymerisation von monomerem Formaldehyd erhält man unter üblichen Bedingungen Polymere, die bei höherer Temperatur leicht depolymerisieren, und zwar vom Kettenende her.
  • Man nimmt an, daß bei der kationischen und anionischen Polymerisation Spuren von Wasser kettenübertragend wirken und dadurch weniger hochmolekulare Polyoxymethylene mit Halbacetal-Endgruppen erzeugen. Deshalb ist es wichtig, möglichst wasserfreien monomeren Formaldehyd zur Polymerisation einzusetzen [vgl. H. Kern und Mitarbeiter, Angewandte Chemie, Bd. 73 (1961), S. 177].
  • Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Reinigung und Trocknung von monomerem Formaldehyd bekannt. Einigermaßen wasserfreier Formaldehyd kann nach folgenden Verfahren erhalten werden: Bei der thermischen Zersetzung von Paraformaldehyd, suspendiert in Paraffinöl, unter vermindertem Druck (vgl. USA.-Patentschrift 2460592; deutsche Auslegeschrift 1 037 127); ferner durch Pyrolyse von Cyclohexylhemiformal bei etwa 1400 C (vgl. USA.-Patentschrift 2 848 437; britische Patentschrift 793 673; deutsche Auslegeschrift 1 057086); durch wiederholte fraktionierte Destillation von wäßrigen Formaldehydlösungen (vgl. USA. -Patentschrift 2 790 755, 2 824 051; deutsche Auslegeschrift 1 052971); durch Zersetzung von Dämpfen des Trioxans an festen sauren Katalysatoren bei 2200 C (vgl. britische Patentschrift 770717). Ferner ist es aus der französischen Patentschrift 1 219 919 bekannt, rohe Formaldehyddämpfe durch Zumischen von Dämpfen inerter Lösungsmittel und/oder inerter Gase und nachfolgendes stufenweises Abkühlen der Dampfmischung zu reinigen. Bei einem weiteren Reinigungsverfahren werden die Verunreinigungen des bei der Vergasung von Formalinlösung oder von Paraformaldehyd erhaltenen Formaldehydgases dadurch entfernt, daß die Vergasung bei relativ niedriger Temperatur und bei Gegenwart einer starken Säure, wie Polyphosphorsäure, und eines organischen, nicht mischbaren Lösungsmittels, durchgeführt wird. Die entweichenden Dämpfe aus Formaldehyd und Lösungsmittel werden dann in einem Wärmeaustauscher abgekühlt, wobei das Lösungsmittel mit den Verunreinigungen kondensiert (vgl. belgische Patentschrift 601 010).
  • So hergestellter, schon ziemlich wasserfreier Formaldehyd muß in den meisten Fällen in einer zweiten Stufe noch weiter getrocknet und gereinigt werden. Dies geschieht z. B. durch »Vorpolymerisation«; man läßt absichtlich bis zu 20 °/o des Monomeren polymerisieren und verwirft dieses Vorpolymerisat. Dabei werden Wasser und andere Verunreinigungen im Vorpolymerisat gebunden und so entfernt.
  • Die Vorpolymerisation gasförmigen Formaldehyds kann an Gefäßwänden und Füllkörpern bei etwa 100 C erreicht werden (vgl. z. B. USA.-Patentschrift 2841570); man kann den Formaldehyd auch in organischen Lösungsmitteln, z. B. Cyclohexan, bei 200 C waschen, wobei in diesem Lösungsmittel partielle Polymerisation eintritt, oder auch bei höherer Temperatur (1200 C) durch Lösungsmittel, wie Polyäthylenglykol-dialkyläther, hindurchleiten (vgl. USA.-Patentschrift 2 780 652). Schließlich kann die Vorpolymerisation bei tiefer Temperatur auch in dem Lösungsmittel durchgeführt werden, das man bei der Polymerisation verwenden will; vor der eigentlichen Polymerisation trennt man dann das Vorpolymerisat ab (vgl. z. B. USA.-Patentschrift 2841 570; deutsche Auslegeschrift 1 i52).
  • Weiterhin ist es bekannt, rohen, monomeren Formaldehyd zur Reinigung durch eine Schmelze eines Dicarbonsäureanhydrids, wie Maleinsäureanhydrid, hindurchzuleiten oder mit der heißen Schmelze zu behandeln (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 106 749).
  • In der deutschen Auslegeschrift 1 139 825 ist ein Verfahren zur Herstellung von reinem alkoholfreiem Formaldehyd durch thermische Spaltung eines Halbformais beschrieben, bei dem die alkoholhaltigen Formaldehyddämpfe in zwei Kolonnen einer extraktiven Destillation mit gegenüber Formaldehyd interen Hilfsflüssigkeiten unterworfen werden.
  • Sämtliche vorgenannten Verfahren zur Reinigung von monomerem Formaldehyd haben jedoch einen oder mehrere Nachteile wirtschaftlicher und/oder technologischer Art. Beispielsweise ist der apparative Aufwand in den meisten Verfahren hoch; die Verwendung von Halbformalen ist teuer, die Abtrennung der Alkoholkomponente von Formaldehyd umständlich und schwierig; die Verluste an Formaldehyd durch Vorpolymerisation sind beträchtlich, und damit sind die Ausbeuten an monomerem reinem Formaldehyd schlecht.
  • Es wurde nun ein kommerziell brauchbares, überraschend leistungsfähiges und einfaches Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd gefunden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man rohes Formaldehydgas bei einer Temperatur zwischen -20 und +1500 C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 80 und 1300 C, mit einem sauren Ionenaustauscher oder mit an einem inerten Träger ausgefällten Polymilch-oder Polyphosphorsäuren in Berührung bringt und anschließend das Adsorptionsmittel mit Hilfe eines Inertgases regeneriert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für rohen, gasförmigen Folanaldehyd einer Reinheit von mindestens 900/0 geeignet. Die Verunreinigungen sind unter anderem Wasser, Methanol und Ameisensäure. überraschenderweise tritt im erfindungsgemäßen Verfahren praktisch keine Formaldehydpolymerisation ein.
  • Der rohe, gasförmige Formaldehyd kann durch Rohre geleitet werden, die das Adsorptionsmittel als Festbett enthalten. Man kann auch den rohen, gasförmigen Formaldehyd im Gegenstrom mit dem sich als Fließbett bewegenden Adsorptionsmittel zusammenbringen oder ihn durch das Adsorptionsmittel derartig leiten, daß dieses in Wirbelschicht gehalten wird.
  • Vorzugsweise wird die Reinigung mit vernetzter Polyacrylsäure, sulfoniertem Polystyrol oder einem Phenolharz als saurem Ionenaustauscher durchgeführt.
  • Die Adsorptionsmittel können dadurch hergestellt werden, daß Polymilch- oder Polyphosphorsäure, an einem inerten Trägermaterial, wie Kieselgur, Bimsstein, Fullererde oder Bentonit ausgefällt wird.
  • Die Absorption des rohen Formaldehydgases kann entweder im Festbett oder die Absorption und Regeneration im Fließbett oder Wirbelbett durchgeführt werden. Die Reinigung kann auch in einer Reihe von Stufen durchgeführt werden, wobei man entweder stets das gleiche Verfahren oder die oben angegebenen Verfahren abwechselnd benutzt. Die Reinigung kann hierbei entweder mit den gleichen oder verschiedenen Adsorptionsmitteln bei gleichen oder verschiedenen Temperaturen und bei gleichen oder verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt werden.
  • Die Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Beispiel 1 Ein kommerzieller Ionenaustauscher, welcher durch Mischpolymerisation von aus vernetzter Poly- acrylsäure oder Methacrylsäure und einer bifunktionellen Vinylverbindung wie Divinylbenzol (Amberlit IRC-50 60P), erhalten wird, wird zweimal mit 4n-Salzsäure behandelt und wiederholt mit destilliertem Wasser gewaschen, um die Chlorionen vollständig zu entfernen. Der noch feuchte Ionenaustauscher wird im Vakuum 20 Stunden bei 850 C getrocknet und hierauf gesiebt, so daß der Durchmesser aller Teilchen zwischen 0,5 und 1 mm liegt.
  • Der Ionenaustauscher wird in ein Glasrohr von 4 cm Durchmesser und 50 cm Länge gefüllt. Das Rohr ist mit einem Heizmantel versehen, in dem Öl als Heizflüssigkeit umgewälzt wird. Das Öl wird gesondert in einem Thermostat auf 1170 C erwärmt, während über Kieselsäure getrocknete Luft durch das Rohr strömt. Dann wird der Luftstrom durch einen sauerstofffreien Stickstoffstrom ersetzt, um alle Spuren von Sauerstoff aus dem Rohr zu entfernen.
  • Dann wird mit der Zufuhr von rohem, gasförmigem Formaldehyd, der auf 1300 C vorerwärmt ist, in einer Menge von 1,5 1/min begonnen. Der rohe Formaldehyd wird durch Pyrolyse von kommerziellem Paraformaldehyd bei 1750 C in Dioctylphthalat gewonnen. Der rohe Formaldehyd hat eine Reinheit von 96 °/n; die Verunreinigungen bestehen zu drei Vierteln aus Wasser.
  • Das am Kopf der Reinigungskolonne austretende Formaldehydgas wird in zwei hintereinandergeschalteten Fallen kondensiert, die mit einem Gemisch aus Aceton und festem Kohlendioxyd gekühlt werden.
  • Die Zufuhr von rohem Formaldehyd wird nach 20 Minuten eingestellt. Die Kühlfallen enthalten etwa 24 g flüssigen Formaldehyd einer Reinheit von etwa 99,9e/o.
  • Das Adsorptionsmittel in der Kolonne wird mit Stickstoff regeneriert, der in einer Menge von 10 1/min zugeführt wird, wobei die Temperatur in der Kolonne auf 1300 C erhöht wird.
  • Nach 30 Minuten sind die Verunreinigungen aus dem Adsorptionsmittel vollständig entfernt, und die Kolonne ist regeneriert.
  • Beispiel 2 Der aus einer Kolonne gemäß Beispiel 1 austretende Formaldehyd wird nicht kondensiert, sondern von unten in eine gleiche Kolonne eingeführt, die mit demselben Adsorptionsmittel gefüllt ist. Die Temperatur beträgt 92 bis 960 C.
  • Alle übrigen Bedingungen sind dieselben wie in Beispiel 1. Der Formaldehyd aus der zweiten Kolonne hat eine Reinheit von 99,970/o. Die Regeneration des Ionenaustauschers wird wie in Beispiel 1 durchgeführt.
  • Beispiel 3 Die Reinigung von wasserfreiem, gasförmigem Formaldehyd, der gemäß Beispiel 1 gewonnen wird, erfolgt im Fließbettverfahren im Gegenstrom zum Ionenaustauscher. Die Vorrichtung besteht aus einer Adsorptionskolonne mit 5 cm lichter Weite und 50 cm Länge sowie einer Regenerationskolonne mit 8 cm lichter Weite und 120 cm Länge.
  • Während auf 1300 C vorgewärmter roher, gasförmiger Formaldehyd in einer Menge von 4,51/min zugeführt wird, fließt der Ionenaustauscher im Gegenstrom zu den Gasen in der Adsorptionskolonne zur Regenerationskolonne. Der monomere Formaldehyd, der am Kopf der Adsorptionskolonne austritt, hat eine Reinheit von mindestens 99,8 0/o und wird gemäß Beispiel 1 kondensiert oder unmittelbar einer Polymerisieranlage zugeleitet. Das in die Regenerationskolonne fließende Adsorptionsmittel wird bei 1350 C im Gegenstrom mit Stickstoff in einer Menge von 8 1/min zusammengebracht und regeneriert.
  • Das regenerierte Adsorptionsmittel wird durch einen Stickstoffstrom vom Boden der Regenerationskolonne in den Kopf der Adsorptionskolonne zurückgeführt. Das Rücklaufrohr für das regenerierte Adsorptionsmittel wird bei einer Temperatur zwischen 130 und 1325 C gehalten.
  • Beispiel 4 Ein Ionenaustauscher gemäß Beispiel 1 wird in eine Viel-Stufen-Vorrichtung mit Wirbelbett gegeben.
  • Die Anlage besteht aus einer Adsorptionskolonne und einer Regenerationskolonne. Im Unterschied zum Beispiel 2 wird das Adsorptionsmittel sowohl in der Adsorptions- wie auch in der Regenerationskolonne in Wirbelschicht gehalten.
  • Das Stufenverhältnis Adsorptionskolonne zu Regenerationskolonne beträgt 15:40.
  • Roher, gasförmiger, auf 1350 C vorgewärmter Formaldehyd wird in einer Menge von 11 1/min dem Boden der Adsorptionskolonne zugeführt, die 3 cm lichte Weite und 75 cm Länge hat.
  • Die Regenerationskolonne hat eine lichte Weite von 4,5 cm und eine Länge von 150 cm. Die Regeneration wird bei 1400 C durchgeführt, indem trockener Stickstoff in einer Menge von 20 1/min durch die Kolonne geleitet wird.
  • Das regenerierte Adsorptionsmittel wird in einer Menge von 1 g/min mit Hilfe des rohen, gasförmigen Formaldehyds durch eine Leitung, die auf 1350 C gehalten wird, in die Adsorptionskolonne zurückgeführt.
  • Am Kopf der Adsorptionskolonne austretender Formaldehyd läßt sich gemäß Beispiel 1 kondensieren oder unmittelbar polymerisieren. Seine Reinheit liegt bei 99,8'ozon

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd, dadurch gekennzeichnet, daß man rohes Formaldehydgas bei einer Temperatur zwischen - 20 und +1500 C, vorzugsweise zwischen 80 und 1300 C, mit einem sauren Ionenaustauscher oder mit an einem inerten Träger ausgefällten Polymilch- oder Polyphosphorsäuren in Berührung bringt und anschließend das Adsorptionsmittel mit Hilfe eines Inertgases regeneriert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reinigung mit vernetzter Polyacrylsäure, sulfoniertem Polystyrol oder einem Phenolharz als saurem Ionen aus tauscher durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorption im Festbett oder die Adsorption und Regeneration im Fließbett oder Wirbelbett durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reinigung in einer Reihe von Stufen durchführt und dabei entweder stets das gleiche Verfahren oder die Verfahren gemäß Anspruch 3 abwechselnd benutzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung entweder mit den gleichen oder verschiedenen Adsorptionsmitteln bei gleichen oder verschiedenen Temperaturen und bei gleichen oder verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 471 726; französische Patentschrift Nr. 1 219 919; australische Patentschrift Nr. 221 078; bekanntgemachte Unterlagen der belgischen Patentschrift Nr. 585 851; J. F. Walker, Formaldehyd, 1953, S. 43.
DES76431A 1960-10-29 1961-10-26 Verfahren zum Reinigen von monomerem Formaldehyd Pending DE1196175B (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB471726A (en) * 1936-05-08 1937-09-09 Degussa An improved process for concentrating aqueous formaldehyde solutions
FR1219919A (fr) * 1958-04-16 1960-05-20 Basf Ag Procédé pour la polymérisation de formaldéhyde
BE585851A (fr) * 1958-12-19 1960-06-21 Hoechst Ag Procédé de préparation de formaldéhyde pure.

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