DE1245356B - Verfahren zur Abtrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersaeureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsaeure - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersaeureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsaeure

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DE1245356B
DE1245356B DEB83631A DEB0083631A DE1245356B DE 1245356 B DE1245356 B DE 1245356B DE B83631 A DEB83631 A DE B83631A DE B0083631 A DEB0083631 A DE B0083631A DE 1245356 B DE1245356 B DE 1245356B
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acid
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Dr Helmut Walz
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Dr Hans Nienburg
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Abtrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersäureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsäure Es ist bekannt, daß Terephthalsäure, die man durch Oxydation p-dialkylsubstituierter Benzole, beispielsweise p-Xylol oder p-Diisopropylbenzol, mit Salpetersäure erhält, mehr oder weniger stark durch stickstoffhaltige Verunreinigungen, wie p-Nitrobenzoesäuie, Nitroterephthalsäure, Pikrinsäure und Styphninsäure verunreinigt ist. Auf diese Verunreinigungen geht die gelbbraune bis dunkelbraune Verfärbung der Polyester zurück, die man aus einer durch Oxydation von z. B. p-Xylol mit Salpetersäure gewonnenen Terephthalsäure bei der Veresterung mit Glykol und nachfolgender Kondensation erhält.
  • Es sind zahlreiche Verfahren zur Reinigung von Terephthalsäure bekannt. So kann man rohe Terephthalsäure beispielsweise durch Umkristallisieren aus Wasser bei Temperaturen oberhalb 200"C oder durch Behandlung mit Hypochlorit, Hyposulfit, Schwefeldioxid oder Natriumdithionit in alkalischer Lösung reinigen und durch nachfolgendes Ansäuern abscheiden. Es ist weiterhin bekannt, daß man rohe Terephthalsäure durch Umkristallisieren aus konzentrierter Schwefelsäure verbunden mit einer nachfolgenden Aktivkohlebehandlung reinigen kann. Andere Reinigungsverfahren bestehen darin, die rohe Terephthalsäure in ein Salz überzuführen und dieses zur Reinigung aus einem Lösungsmittel umzukristallisieren oder die Lösung mit - Aktivkohle zu behandeln, wonach die Terephthalsäure durch Zugabe einer Mineralsäure zu del Lösung ihres Salzes freigesetzt wird. Es ist auch bekannt, daß man wäßrige Lösungen von Salzen der Terephthalsäure durch Behandlung oberhalb 100"C mit einem Chromat, Permanganat oder mit Braunstein reinigen kann.
  • Schließlich ist ein Verfahren bekannt, bei dem die rohe Terephthalsäure mit Sulfiten bei Temperaturen oberhalb 200° C in Wasser erhitzt wird. Beim Abkühlen der Lösung kristallisiert die gereinigte Terephthalsäure aus.
  • Allen diesen bekannten Verfahren zur Reinigung der Terephthalsäure haften Nachteile an. Sie sind meist sehr aufwendig. Es sind mehrere Arbeitsgänge, z. B. die Herstellung der Salze und die Wiedergewinnung der Säure aus den Salzen, erforderlich.
  • Außerdem erhält man eine Terephthalsäure, deren Reinheit für eine Weiterverarbeitung zu hochwertigen Polyestern nicht ausreicht.
  • Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man die stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersäureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener, vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsäure durch Behandlung ihrer 170 bis 300"C heißen wäßrigen Lösung oder Suspension mit Aktivkohle, Abtrennung der Aktivkohle, Kühlen der Lösung oder Suspension auf 90 bis 180"C und Abtrennung der auskristallisierten Säure von der Mutterlauge vorteilhaft abtrennt, wenn man zur Vorreinigung die rohe Säure in der .5- bis 10fachen Gewichtsmenge einer 1 bis 10gewichtsprozentigen Schwefelsäure auf Temperaturen zwischen 170 und 300"C erhitzt, bei dieser Temperatur das Gemisch mit der 0,5- bis fachen Gewichtsmenge an Dialkylbenzolen, bezogen auf die angewandte Schwefelsäure, in Berührung bringt, und das Dialkylbenzol von der wäßrigen Phase in dem gleichen Temperaturbereich oder bei Temperaturen unterhalb etwa 130"C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 und 130"C, abtrennt.
  • Bei der Reinigung von Terephthalsäure arbeitet man bevorzugt bei Temperaturen zwischen 200 und 300"C, insbesondere bei Temperaturen zwischen 240 und 2700 C. Im Fall der Reinigung von Isophthalsäure kann man auch bei niedrigeren Temperaturen, z. B. bei Temperaturen zwischen 170 und 270"C, arbeiten.
  • Das Verfahren kann z. B. so durchgeführt werden, daß man die rohe Säure zusammen mit der Schwefelsäure in einem mit Tantal ausgekleideten Druckgefäß auf die erforderliche Temperatur erhitzt und bei dieser Temperatur die Lösung mit dem Dialkylbenzol, vorzugsweise mit p- oder m-Xylol oder p- oder m-Diisopropylbenzol, einige Zeit, beispielsweise 0,5 bis 2 Stunden, in intensive Berührung bringt. Die intensive Berührung kann z. B. durch Rühren oder durch Extraktion erfolgen. Dann kühlt man das Gemisch auf Temperaturen bis etwa 130"C, vorzugsweise auf Temperaturen zwischen 20 und 130"C, ab. Die von den beiden Phasen abfiltrierte Tere- und/odex Isophthalsäure wird mit der wäßrigen Schwefelsäurephase erneut in einem mit Tantal ausgekleideten Druckgefäß auf die erforderliche Temperatur erhitzt, mit Aktivkohle kurzfristig in Berührung gebracht und dann unter im wesentlichen beibehaltenen Temperatur- und Druckbedingungen von der Aktivkohle, z. B. durch Filtration' abgetrennt. Das Filtrat wird durch Entspannung auf 90 bis 1800C, insbesondere 90 bis 150"C, abgekühlt und die gut kristallisierte Tere-und/oder Isophthalsäure abgetrennt. Man verwendet vorzugsweise auf 50 Gewichtsteile Tere- und/oder Isophthalsäure 1 Teil Aktivkohle.
  • Man kann aber auch die Abtrennung der Dialkylbenzolphase von der schwefelsauren wäßrigen Phase bei Temperaturen zwischen 200 und 300"C, vorzugsweise bei 240 bis 270"C, und dem entsprechenden Druck durchführen und anschließend die Aktivkohlebehandlung vornehmen. Diese Arbeitsweise ist bei der technischen Durchführung des Verfahrens besonders wirtschaftlich.
  • Bei der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens rührt man zweckmäßig die rohe Terephthalsäure mit der Schwefelsäure zu einer Suspension an und pumpt diese Suspension zusammen mit der angegebenen Menge Dialkylbenzol durch einen auf Reaktionstemperatur erhitzten Sumpfofen. In einem Trenngefäß wird die organische Phase ausgeschleust und die von den stickstoffhaltigen Verbindungen befreite, bei der Reaktionstemperatur in der wäßrigen Phase gelöste Terephthalsäure durch einen mit Aktivkohle beschickten Turm geführt. Die so gereinigte heiße Terephthalsäurelösung wird gekühlt, z. B. durch Entspannungskühlung. Dabei kristallisiert die Terephthalsäure in einer gut filtrierbaren Form aus.
  • Es war überraschend, daß Tere- und/oder Isophthalsäure, die durch Salpetersäureoxydation hergestellt wurden, durch eine unmittelbare Reinigung ohne alkalische Umlösung in so hoher Reinheit erhalten werden, daß sie zu farblosen hochwertigen Polyestern weiterverarbeitet werden können.
  • Beispiel 1 In einem 2 1 fassenden, mit Tantal ausgekleideten Autoklav werden unter Schütteln 50 g rohe Terephthalsäure mit einem Gehalt an 1,08 0/o Nitrobenzoesäure, 0,35 0/o Nitroterephthalsäure und 0,0019 0/o Eisen und einer APHA-Zahl von 1140 zusammen mit 500 g lgewichtsprozentiger Schwefelsäure und 500 g Xylol so lange auf 250"C erhitzt, bis alle Terephthalsäure innerhalb 1 Stunde gelöst ist. Dann wird auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die auskristallisierte Terephthalsäure wird von der braun gefärbten Xylolphase und der schwach gelb gefärbten wäßrigen Phase abfiltriert.
  • Die erhaltene Terephthalsäure ist frei von Nitrobenzoesäure und Nitroterephthalsäure. Sie hat einen Gehalt von 3 ppm Eisen und eine APHA-Zahl (Bestimmung nach )>American Standard Test Method Designation D 1209-54«) von 410.
  • Zur Verbesserung der APHA-Zahl wird die Terephthalsäure mit 2,5 g Aktivkohle zusammen mit der wäßrigen, 10/o Schwefelsäure enthaltenden Mutterlauge in einem mit Tantal ausgekleideten 1 1 fassenden Autoklav unter Schütteln auf 2500 C erhitzt. Nach dem Lösen der Terephthalsäure wird die Lösung über eine Keramikfritte von der Aktivkohle unter gleichen, Temperatur- und Druckbedingungen abfiltriert und die Terephthalsäure in einem Kristallisator bei 90 bis 100"C durch Entspannung abgeschieden.
  • Die so gewonnene rein weiße Terephthalsäure (46 g) der APHA-Zahl 13 gibt bei der Veresterung und Polykondensation mit Glykol ein praktisch farbloses Polykondensat. Die APHA-Zahl des Polykondensats beträgt 14.
  • Nach dem Abtrennen der Xylolphase kann das Extraktionsmittel durch Destillation aufgearbeitet und wieder verwendet werden.
  • Bei einem Vergleichsversuch, bei dem an Stelle der lgewichtsprozentigen Schwefelsäure Wasser verwendet wurde, war die Terephthalsäure nur unvollkommen gereinigt. Der Nitrobenzoesäuregehalt betrug noch 0,15°/o, die Eisenmenge bleibt unverändert 19 ppm; die Säure hatte eine APHA-Zahl von 615. Nach der Kohlebehandlung war die Terephthalsäure noch nicht vollständig frei von Nitroverbindungen. Ihr Gehalt an p-Nitrobenzoesäure betrug 0,08 0/o. Die Säure hatte eine Farbzahl von 210 HAZEN-Einheiten (vgl. APHA-Zahl). Der aus der Terephthalsäure hergestellte Polyester war braungelb gefärbt.
  • Ließ man hingegen das organische Extraktionsmittel vollständig weg und behandelte die rohe Terephthalsäure nur mit der lgewichtsprozentigen Schwefelsäure, so erhielt man vor der Kohlebehandlung eine dunkelbraune Terephthalsäure einer extrapolierten APHA-Zahl von über 3500. Die Terephthalsäure war auf; fallenderweise vollkommen frei von stickstoffhaltigen Verbindungen. Eine Behandlung einer solchen Terephthalsäurelösung bei 250"C mit Aktivkohle führte nicht zu einer farblich befriedigenden Terephthalsäure.
  • Beispiel 2 Die Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 wird mit dem Unterschied wiederholt, daß der Autoklavansatz aus 50g roher Terephthalsäure, 500 g lgewichtsprozentiger Schwefelsäure und 100 g Xylol besteht. Die erhaltene Terephthalsäure ist vor der Kohlebehandlung ebenfalls frei von Nitrobenzoesäure und Nitroterephthalsäure und hat bei einem Eisengehalt von 4 ppm eine APHA-Zahl von 460. Nach der Aktivkohle behandlung ist die durch Entspannung aus der Mutterlauge auskristallisierte Terephthalsäure reinweiß und hat die APHA-Zahl 12. Sie gibt bei der Polykondensation ein praktisch farbloses Polykondensat.
  • Beispiel 3 Die Arbeitsweise in diesem Beispiel unterscheidet sich von der im Beispiel 2 dadurch, daß an Stelle von Xylol p-Diisopropylbenzol verwendet wurde. Die auskristallisierte Terephthalsäure ist schon vor der Kohlebehandlung stickstofffrei und hat eine APHA-Zahl von 290. Nach der Behandlung der wäßrigen Terephthalsäurelösung in der lgewichtsprozentigen schwefelsäurehaltigen Mutterlauge mit Aktivkohle bei 250"C wird nach der Entspannungskristallisation eine reinweiße Säure erhalten, die ein farblich einwandfreies Polykondensat liefert.
  • Beispiel 4 70 1 einer 10gewichtsprozentigen, 1 Gewichtsprozent Schwefelsäure enthaltenden, wäßrigen Aufschlämmung von Terephthalsäure, 141 Xylol und 60kg Dampf (100 atü) werden stündlich durch einen Sumpfofen der Abmessungen 2,5 m Länge und 120 mm Durchmesser geleitet. Die Temperatur beträgt 255 bis 260° C, der sich einstellende Druck 55 atü. Nach dem Abtrennen der Xylolphase bei 2500 C wird die wäßrige Terephthalsäurelösung durch einen 2,5 m langen mit 25 1 Aktivkohle (Körnung 1 bis 3 mm) beschickten Kohleturm vom Durchmesser 120 mm geleitet und in zwei hintereinandergeschalteten Kristallisatoren von 250"C auf 180 und anschließend auf 100"C entspannt.
  • Die auskristallisierte Terephthalsäure wird mit einer Zentrifuge abgeschleudert.
  • Die erhaltene Terephthalsäure ist weiß, hat eine APHA-Zahl von 18 und liefert bei der Veresterung mit Glykol und Polykondensation ein fast farbloses Polykondensat.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Abtrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersäureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener, vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsäure durch Behandlung ihrer 170 bis 300"C heißen wäßrigen Lösung oder Suspension mit Aktivkohle, Abtrennung der Aktivkohle, Kühlen der Lösung oder Suspension auf 90 bis 180"C und Abtrennung der auskristallisierten Säure von der Mutterlauge, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Vorreinigung die rohe Säure in der 5- bis 10flachen Gewichtsmenge einer 1- bis l0gewichtsprozentigen Schwefelsäure auf Temperaturen zwischen 170 und 300"C erhitzt, bei dieser Temperatur das Gemisch mit der 0,5- bis lfachen Gewichtsmenge an Dialkylbenzolen, bezogen auf die angewandte Schwefelsäure, in Berührung bringt und das Dialkylbenzol von der wäßrigen Phase in dem gleichen Temperaturbereich oder bei Temperaturen unterhalb etwa 130"C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 und 1300 C, abtrennt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dialkylbenzol p- oder m-Xylol oder p- oder m-Diisopropylbenzol verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Aktivkohle und roher Tere- und/oder Isophthalsäure von 1: 50 bis 1: 100 einhält.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 151 499.
DEB83631A 1965-09-08 1965-09-08 Verfahren zur Abtrennung von stickstoffhaltigen Verbindungen aus durch Salpetersaeureoxydation von Dialkylbenzolen erhaltener vorgereinigter roher Tere- und/oder Isophthalsaeure Pending DE1245356B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1151499B (de) * 1959-10-20 1963-07-18 Du Pont Verfahren zur Abtrennung von Nitroverbindungen aus Roh-Terephthalsaeure durch Behandlung mit Aktivkohle

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1151499B (de) * 1959-10-20 1963-07-18 Du Pont Verfahren zur Abtrennung von Nitroverbindungen aus Roh-Terephthalsaeure durch Behandlung mit Aktivkohle

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