DE2055621A1 - Verfahren zur Herstellung von Caprolactam - Google Patents

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG· _ΛΛ_

Unser Zeichen: 0.Z.27 I65 Gr/AR 6700 Ludwigshafen, II.II.197O

Verfahren zur Herstellung von Gaprolactam Zusatz zu Patent .. (Patentanmeldung. Fl4 45 549.3)

Gegenstand des Hauptpatents . ... ... (Patentanmeldung P3.4 45 549.

3) ist ein Verfahren zur Gewinnung von Gaprolactam aus einem Gasgemisch, das durch katalytische Umlagerung von Cyclohexanonoxim an festen Katalysatoren "bei erhöhter Temperatur in Gegenwart oder Abwesenheit von Inertgasen erhalten worden ist, bei dem das Gasgemisch mit flüssigem Caprolaetam in Kontakt gebracht wird, wobei das den Reaktionsraum verlassende Gasgemisch mit 3 bis 60 Teilen flüssigem Caprolaetam je Gewichtsteil abzuschreckenden Gasgemisch abgeschreckt wird und die nachfolgende Caprolactamkondensation in einer mit Einbauten versehnen Kolonne erfolgt, auf deren Kopf eine leiehtsiedende Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aufgegeben wird.

Es wurde nun gefunden, daß sich das Verfahren gemäß der Hair&tanmeldung weiter ausbilden läßt, indem man die leichtsiedcinde Flüssigkeit durch ein Gemisch bestehend aus Caprolaetam und Wasser ersetzt.

Vorteilhaft verwendet man Laetam-Wasser-Gemische wie sie bei der Depolymerisation von Nylon-6 oder auch bei der Extraktion von Nylon-6 anfallen. Es können natürlich auch Iactarn-Wasser-Gemische anderer Herkunft z.B. Vorläufe von Destillationen oder Mutterlaugen der lactam-Kristallisation verwendet werden. Der Lactamgehalt der Gemische kann in weiten Grenzen schwanken z.B. zwischen 2 und 95 Gew.-#, vorteilhaft verwendet man jedoch Lactamlösungen mit einem Lactamgehalt von 40 bis 80 Gew.-$.

Man kann so die wäßrigen Lactamlösungen auf technisch einfache Weise entwässern. Zur Verdampfung des Wassers ist keine zusätzliche Energie aufzuwenden, da die benötigte Verdampfungswärme durch die Kondensationswärme des aus dem Cyclohexanonoxim gebildeten Caprolaetam geliefert wird und abgeführt werden muß,

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d.h.. die Verdampfungswärme für den Wasseranteil des auf den Kopf bzw. in das obere Drittel der Kolonne aufgegebenen Lactam-Wasser-Gemischs bringt das dampfförmige Caprolactam mit, welches dadurch kondensiert wird.

Die Herstellung von Caprolactam durch katalytisch^ Umlagerung von Cyclohexanonoxim in der Gasphase kann unter den üblichen Bedingungen erfolgen. So werden die Dämpfe des Oxims oder flüssiges Oxim mit den bei einer Reaktionstemperatur von etwa 210 bis 450⁰C befindlichen Katalysatoren in Kontakt gebracht.

Man kann gleichzeitig Inertgas über den Katalysator leiten, wobei auch Wasserdampf als Inertgas verwendet werden kann. Ferner kann man das Verfahren bei Normal- oder Unterdruck ausführen. Als Katalysatoren verwendet man z.B. verschiedene Phosphorsäuren, Heteropolysäuren, Borsäure usw. wie sie aus der Literatur bekannt sind. Diese Stoffe sind meist auf Trägern aufgebracht. Vorteilhaft verwendet man z.B. 30 bis 50 i· Borsäure oder Boroxid auf Aluminiumoxid.

Man kann die Katalysatoren fest anordnen oder auch in einer Wirbelschicht mit den umzulagernden Stoffen in Berührung bringen.

Zur Durchführung des Verfahrens wird das den Reaktionsraum verlassende Gasgemisch, das eine Temperatur von 210 bis 450 G

W zB 35O⁰

z.B. 35O⁰C hat, durch Caprolactam mit einer Temperatur von bis 26O⁰C, vorzugsweise von etwa 180 bis 220⁰C abgeschreckt z.B. indem man das Gasgemisch, in das bei dieser Temperatur gehaltene Caprolactam im Sumpf der Kolonne einleitet oder das Caprolactam direkt in das Gasgemisch einspritzt. Zweckmäßig verwendet man das in der nachfolgenden Kondensationskolonne anfallende flüssige Caprolactam. Man kann das flüssige Lactam auch in Form eines Flüssigkeitsstrahles oder in feinverteilter Form in das den Reaktionsraum verlassende Gasgemisch einspritzen. Hierbei muß die eingespritzte Lactammenge mindestens so groß bemessen werden, daß auch bei vollständiger Verdampfung derselben eine Abkühlung des Gasgemischs auf die gewünschte Temperatur

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erreicht werden kann. Zweckmäßigerweise verwendet man jedoch eine größere Menge an flüssigem Caprolactam und zwar etwa 3 "bis 60 Gewichtsteile, vorzugsweise 10 "bis 40 Gewichtsteile je Gewichtsteil des abzuschreckenden Gasgemisches. Das Gasgemisch leitet man nach dem Abschrecken von unten her in eine mit Einbauten versehene Kolonne zur Kondensation.

Als Kolonnen eignen sich z.B. Füllkörper, Glockenböden, Siebboden, Dampfprallbodenkolonnen usw. Die Kondensation kann bei normalem, vermindertem oder erhöhtem Druck, bei Anwesenheit oder Abwesenheit von inerten Gasen erfolgen. Wenn man das Abschrecken durch Einspritzen oder Eindüsen vornimmt, leitet man die abgeschreckten Dämpfe vorzugsweise von unten oder in das untere Drittel der Kolonne.

In der Kolonne erfolgt die Kondensation des Gemisches durch Aufgabe des Lactam-Wasser-Gemisehes auf den Kopf bzw. in das obere Drittel der Kolonne. Durch Direktkühlung wird ständig ein Temperaturgefälle in der Kolonne aufrecht erhalten.

Die Menge der aufzugebenden Lactam-Wasser-Lösung ist mit der Menge der zugeführten Dämpfe und der gewünschten Sumpftemperatur abzustimmen. Sie ist ferner vom Wasser- bzw. Lactamgehalt der Aufgabelösung abhängig. Das Lactam-Wasser-Gemisch führt nicht nur zur Ausbildung eines Temperaturgefälles in der Kolonne, sondern mit dem verdampften Wasser werden auch leichtflüchtige Bestandteile abgeführt. Man stellt in der Kolonne zweckmäßig Temperaturverhältnisse ein, bei denen das Lactam dem Sumpf zufließt, dem auch das beim Abschrecken flüssige Lactam zugeleitet wird oder in dem das Abschrecken des Gasgemisches selbst vorgenommen wird und dessen Volumen durch ständiges Abziehen eines Teiles konstant gehalten wird.

Der Anteil von im Lactam verbleibenden Nebenprodukten ist abhängig von der Sumpftemperatür und der Temperatur auf den ersten Kolonnenboden. Bei niedriger Temperatur ist der Anteil von Nebenprodukten größer als bei höherer Temperatur.

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Die Zahl der theoretischen Böden der Kolonne und die Aufgabestelle des Lactam-Wasser-G-emisches sind so zu bemessen, daß in dem am Kolonnenkopf abzuziehenden Dämpfen keine nennenswerten Mengen Lactam enthalten sind.

Beispiel 1

In einem Wirbelofen von 2000 mm Länge und 100 mm Durchmesser werden bei Temperaturen von etwa 360 C und einem Druck von 850 Torr pro Stunde 6,43 kg Cyclohexanonoxim mit einem Wassergehalt von 5,0 Grew.-f» an 3,2 kg Katalysator, der während dieser 'Zeit durch den Reaktor geschleust wird, umgelagert. Der Katalysator besteht aus 48 i» Boroxid auf Aluminiumoxid und besitzt eine Korngröße von 0,5 bis 1,0 mm. Er wird durch 5 Nm /h Stickstoff und durch den Oxim- bzw. Lactamdampf am Wirbeln gehalten. Die den Reaktionsraum verlassenden Dämpfe passieren zur Staubabscheidung einen auf 325⁰C geheizten Zyklon und werden dann in den aus bereits kondensiertem Caprolactam bestehenden Sumpf einer nicht isolierten Dampfprallbodenkolonne mit 10 Böden und 100 mm Durchmesser eingeleitet. Das Sumpfvolumen wird durch einen Überlauf bei 50 cm gehalten. Auf den 7. Boden der Kolonne werden 1,29 kg/h einer Lösung von 68,5 i* Lactam und 31,5 % Wasser zur Kondensation des katalytisch erzeugten Caprolactams gegeben. Das aufgegebene Lactamwasser stammt aus der Nylon-6-Spaltung.

Die Temperaturen betragen im Sumpf: 260°, Boden 2: 177°, Boden 4: 115°, Boden 7: Einlauf, Boden 9: 58°, Kolonnenkopf: 55⁰C

Das kondensierte Lactam fließt zusammen mit dem Lactam aus der aufgegebenen Lactam-Wasser-Lösung über den Sumpf ab, während das Wasser mit dem übrigen Gasgemisch am Kolonnenkopf abzieht. Stündlich werden 6,64 kg Rohlactam mit einer durchschnittlichen Permanganat-Titrationszahl von 4800 erhalten. Nach Abzug der auf den Kolonnenkopf aufgegebenen im Lactam-Wasser-Gemisch enthaltenen Lactammenge sind das 5,75 kg/h. Die Destillation dieses Lactams bei 14 Torr ergibt bis 140⁰C noch 0,25 i> Wasser und Nebenprodukte.

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Beispiel 2

Wie im Beispiel 1 beschrieben werden pro Stunde 7,1 kg Cyclohexanonoxim mit einem Wassergehalt von 5 $ an 3,5 kg Katalysator, der während dieser Zeit durch den Reaktor geschleust wird, umgelagert. Die den Reaktor verlassenden Dämpfe werden ebenso wie beschrieben zur Staubabscheidung über einen Zyklon geleitet und dann in den aus bereits kondensiertem Caprolactam bestehenden Sumpf einer Dampfprallbodenkolonne mit 10 Böden und 100 mm Durchmesser geleitet. Das Sumpfvolumen beträgt 50 cm³.

Auf den obersten Boden der Kolonne werden 0,8 kg/h einer Lösung von 5 i» Caprolactam in Wasser zur Kondensation der Lactamdämpfe gegeben. Das aufgegebene Lactamwasser stammt aus der Nylon-6-Extraktion. Die Temperaturen betragen im Sumpf: 210⁰C, Boden 2: 148⁰O, Boden 4: 70⁰C, Boden 7: 67°C, Boden 9: Einlauf, Kolonnenkopf: 65⁰C

Das kondensierte Lactam aus der katalytischen Umlagerung fließt zusammen mit dem Lactam aus dem aufgegebenen Extraktlactamwasser über den Sumpf ab. Das Wasser zusammen mit dem übrigen Gasgemisch zieht über den Kolonnenkopf ab. Stündlich werden 6,39 kg Rohlactam mit einer durchschnittlichen Permanganat-Titrationszahl von 4100 erhalten. Nach Abzug der im aufgegebenen Lactamwasser enthaltenen Lactammenge erhält man 6,35 kg Rohlactam pro Stunde. Die Destillation dieses Lactams bei 14 Torr ergibt bei 140⁰C noch 0,23 ?£ Wasser und Nebenprodukte.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Caprolaotam durch kataIytische Umlagerung von Cyclohexanonoxim an festen Katalysatoren "bei

   erhöhter Temperatur gemäß Patent (Patentanmeldung

   E14 45 549.3) dadurch gekennzeichnet, daß man die leichtsiedende Flüssigkeit durch ein Gemisch aus Caprolactam und Wasser ersetzt.

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