DE2135530A1 - Verfahren zur Gewinnung von tertiärem Butylhydroperoxid - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von tertiärem ButylhydroperoxidInfo
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Description
DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN
Atlantic Richfield Company, New York, N.Y. / U.S.A.
Verfahren zur Gewinnung von tertiärem Butylhydroperoxid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von tertiärem Butylhydroperoxid aus Gemischen, die tertiäres
Butylhydroperoxid, tertiären Butylalkohol, organische Säuren und Ester als Ergebnis der Oxidation von Isobutan in der
flüssigen Phase enthalten. Es ist vorteilhaft, das tertiäre Butylhydroperoxid aus den Oxidationsgemischen mit der höchstmöglichsten
Ausbeute und mit maximaler Reinheit zu gewinnen, wobei in der Destillationskolonne entflammbare Gemische vermieden
werden sollen.
Bei den bekannten Verfahren wird das Zersetzungsproblem im allgemeinen nicht vermieden. Ein Versuch, dieses Problem zu
vermeiden, wird in der US-Patentschrift 2 449 217 beschrieben,
bei welchem Verfahren die Neutralisation des Oxidationsprodukts mit einer Base und die anschließende Destillation in
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Gegenwart eines verdünnten Dampfes,vorzugsweise von Wasserdampf,
vorgesehen ist, um die Probleme der explosiven Zersetzung zu vermeiden. Bei diesem Verfahren werden azeotrope
Gemische aus tertiärem Butylalkohol und Wasser und aus
tertiärem Butylhyaroperoxid und Wasser als Kopfprodukte abgezogen. In dieser Patentschrift heißt es, daß "obgleich
während der Destillation mit Atmosphärendruck gearbeitet
werden kann, es von äußerstem Vorteil sei, daß die Destillation bei verminderten Druckbedingungen durchgeführt werden kann".
Wie hierin gezeigt werden wird, befinden sich bei der Ausführungsform
des bekannten Verfahrens, die bei Normaldruck arbeitet, die Dämpfe in dem explosiven Bereich, während zur
Vermeidung einer Entflammbarkeit bei diesem Verfahren in Wirklichkeit so niedrige Drücke wie 100 mm Hg erforderlich sind.
Es wurde nun gefunden, daß tertiäres Butylhydroperoxid aus
Isobutan-Oxidationsproduktgemischen bei Atmosphärendruck sicher herausdestilliert werden kann, indem man das Oxidationsprodukt
mit einer Base neutralisiert, Wasser zusetzt und spezifische prozentuale Mengen eines Verdünnungsgases aus der Gruppe Methan,
Äthan, Äthylen, Kohlenmonoxid, Stiefestoff und Argon in der
Dampfphase aufrecht erhält. Das Oxidationsprodukt wird vorzugsweise mit einem Gas neutralisiert·
Gemäß der Erfindung wird somit ein Verfahren zur Gewinnung von tertiärem Butylhydroperoxid zur Verfügung gestellt, bei
welchem ein Isobutan-Oxidationsprodukt bei etwa Atmosphären» druck in Gegenwart von Wasserdampf und einem zweiten Verdünnungsmittel,
das ein nicht kondensierbares, nicht lösliches Gas ist, fraktioniert destilliert wird·
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-3- 21355:
Die Erfindung wird anhand des beigefügten Fließschemas näher erläutert.
Bei diesem Fließschema stellt ein Oxidationsprodukt des Isobutan, das an tertiärem Butylalköhöl und tertiärem Butylhydroperoxid
reich ist, die Beschickung 2 dar. Zu der festen Beschickung 2 ist genügend Base gegeben worden, so daß die
sauren Komponenten in der Oxidationsbeschickung neutralisiert worden sind. Das Gemisch wird durch die Leitung 9 in eine
Destillationskolonne 2k überführt, welche vorzugsweise bei etwa Atmosphärendruck gehalten wird. .Als Verdünnungsmittel
wird Wasser 3 zusammen mit einer Base gemäß der Arbeitsweise der genannten US-Patentschrift 2 kk9 217 gegeben. Das Verhältnis
Wasser : tertiärem Butylhydcoperoxid beträgt vorzugsweise
mindestens 5 "· 1 (Gewicht) .
Das tertiäre Butylhydroperoxid-Wasser-Azeotrop enthält etwa 20 Vol.-% (55 Gew.-%)t tertiäres Butylhydroperoxid und es
ist bei Atmosphärendruck sowie bei verminderten Drücken bis 200 mm Hg absolut entflammbar.
Zur Vermeidung der Anwesenheit dieses entflammbaren Dampfes in der Destillationskolonne mit der damit verbundenen Gefahr
einer Entzündung und eines plötzlichen Druckanstiegs wird als Verdünnungsmittel ein nicht kondensierbares, nicht lösliches
Gas 16, wie Methan , Äthan, Äthylen, Kohlenmonoxid, Stickstoff oder Argon zugesetzt, so daß sich das resultierende Dampfgemisch
außerhalb des Bntflammungsbereiches befindet. Die Auswahl
eines geeigneten Gases kann ohne weitereg aufgrund der bekannten.
Eigenschaften der Gase erfolgen. Dies wird in der Weise bewerkstelligt, daß das tertiäre Butylhydroperoxid-Waöserdampf*
Azeofcrop ait genügend Inarfcgas verdünnt wird, daß der Dampf
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das tertiäre Butylhydroperoxid in einer prozentualen Volumenmenge außerhalb des Entflammungsbereiches enthält.
Bei Atmosphärendruck muß bei Verwendung von beispielsweise Methan als Verdünnungsmittel der Anteil des tertiären Butylhydroperoxids
auf weniger als 7,5 YoI,-% gesenkt werden, um
die Bildung von entflammbaren Dämpfen zu vermeiden. Bei Verwendung von Stickstoff muß der Anteil des tertiären Butylhydroperoxids
weniger als 4 Vol.-$ betragen, um einen entflammbaren
Dampf zu vermeiden. Damit dies erzielt wird, muß, • wenn das ausgewählte Verdünnungsmittel Methan oder Stickstoff
ist, der Dampf des tertiären Butylhydroperoxids-Wasser-Azeotrops 60 Vol.-# Methan oder 80 Vol.-% Stickstoff enthalten.
Entgegen der bisherigen Auffassung ist Wasse rdampf kein geeignetes
Verdünnungsgas, weil nämlich kein Weg besteht, die Bildung eines entflammbaren tertiären Butylhydroperoxids-Wasser-Azeotrops
irgendwo in der Destillationskolonne zu vermeiden. Es ist jedoch erwünscht, Wasser dem Isobutanoxidationsprodukt
vor der Destillation zuzusetzen. Somit stellt der Dampf in der Destillationskolonne ein Gemisch aus tertiärem
Butylhydroperoxid, Wasserdampf und einem Verdünnungsgas dar, welches vorzugsweise aus der Gruppe Methan, Äthan, Äthylen,
Kohlenmonoxid, Stickstoff und Argon ausgewählt ist.
Die bevorzugten Verdünnungsgase sind Methan und Stickstoff \ wegen ihrer guten Verfügbarkeit. Am meisten wird Methan bevorzugt,
weil nur ein Anteil von 60 Vol.-# notwendig ist, um in dem Dampf die Entflammbarkeit zu vermeiden. Dagegen ist
bei Atmosphärendruck bei Verwendung von Stickstoff eine Menge
von 80 Vol.-# erforderlich, um die Entflammbarkeit zu vermeiden.
:
Das gereinigte tertiäre Butylhydroperoxid-Wasser wird vom
Boden 28 der Destillationskolonne 2k über die Leitung 11 abgenommen.
Ein Teil davon wird durch den Eeboiler 30 durch die
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Leitung 10 und zurück durch die Leitung 18 zirkulieren gelassen. An diesem Punkt wird durch die Leitung 12 ein
Verdünnungsgas zugesetzt, welches hauptsächlich aus dem Zurückführungsgas 15 und zum Teil aus Frischgas 16 besteht,
um die geringen Mengen des Gases zu ersetzen, die zum Ausspülen der Leitung 14 zum Austreiben des Sauerstoffes aus dem
System, der auf die Zers* zung von tertiärem Butylhydroperoxid
zurückzuführen ist, verwendet wurden.
Die Verunreinigungen werden durch die Leitung 21 abgenommen, welche durch eine Pumpe 22 kontrolliert wird, die durch die
Leitung 17 vom Boden des Separators 7 beschickt wird. Letzterer dient dazu, um das Gas von mitgerissenen kondensierbaren Verunreinigungen,
wie es die Oberseite der Kolonne 2k bei 4
verläßt, nach der Komprimierung bei 5 und der Kondensierung bei 6 abzutrennen. Zu diesem Zwecke wird das Gas durch die
Leitung 29 zu dem Separator 7 und durch die Leitung 8 zu einer Waschkolonne 13 geleitet, wo es mit Wasser ^k gewaschen
wird, bevor es durch die Leitung 15 etc. wieder in die Destillationskolonne geleitet wird. Das mit dem absorbierten
Verdünnungsgas vermischte Wasser wird durch die Leitung 3 etc.
zurück in die Besohickungsleitung fü r das Oxidationsprodukt
geführt.
Die bei 11 auetretende tertiäre Butylhydroperoxid-Wasser-Lösung
wird vorzugsweise zu einer zweiten Destillationskolonne geleitet und danach durch herkömmliche Maßnahmen wie z.B.
diejenigen gemäß der US-Patentschrift 2 449 217 , abgetrennt.
Das Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise unter Verwendung einer dlfferentiellen Temperaturkontrolleinrichtung in der
Destillationskolonne durchgeführt.
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Eine differentielle Temperaturkontrolleinrichtung 19 ist an zwei Punkten 25 und 26 in der Kolonne angeschlossen und
dient dazu, um den Strom des Rückflusses bei 3*J- durch ein
Signal zu regeln, das durch die elektrische Leitung 20 geleitet wird. Die Temperatur wird an den Stellen 25 und 26 gemessen
und über die elektrischen Leitungen 32 bzw. 33 in die Kontrolleinrichtung
überführt, welche das Rückflußventil öffnet oder schließt, um eine konstante differentielle Temperatur aufrecht
zu erhalten. Die Verwendung einer gewöhnlichen Temperaturkontrolleinrichtung würde deswegen ungeeignet sein, weil der
Partialdruck der kondensierbaren Dämpfe leicht variieren kann und die Temperatur verändern könnte, ohne daß eine Veränderung
der Konzentrationen der Verunreinigungen erfolgen würde. Das
Kontrollende 32 ist vorzugsweise gerade unterhalb des Beschickungsbodens
35 bei 25 angeordnet. Das fixierte Zusammensetzungsende 33 ist vorzugsweise etwa k Böden unterhalb des
Bodenhodens 27 der Kolonne bei 26 angeordnet. Diese Stelle 26 ist gewählt, um die Temperatur des tertiären Butylhydroperoxidswasser-Azeotrops,
das im Dampf 20 Mol-# tertiäres Butylhydroperoxid
enthält, ungeachtet der tertiären Butylhydroperoxid-Konzentration, in dem den Boden der Kolonne verlassenden
Produkt zu fixieren. Da beide Meßpunkte miteinander variieren wie der Partialdruok variiert, werden die Probleme der Wirkungen
des variierenden Partialdrucks auf die Temperaturkontrolle «laminiert.
Die Durchführung bei Atmosphärendruck wird bevorzugt, obgleich
das Verfahren auch bei verminderten Drücken durchgeführt werden kann. Der Zweck des Verdünnungsgases ist es jedoch, die Not- .
wendigkeit für stark verminderte Drücke, um den Entflammungsbereich in der Dampfphase zu vermeiden, zu elemtnieren.
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Selbst bei so geringen Drücken wie 200 mm Hg ist es unmöglich, ohne die Verwendung des Inertgases, wie sie gemäß .
der Erfindung vorgesehen ist, tertiäre Butylhydroperoxid-Wasser-Azeotrope
an irgendwelchen Punkten in der Destillationskolonne zu vermeiden, die entflammbar oder explosiv sind. Die
hierin verwendete Bezeichnung "Inertgas" soll Wasserdampf ausschließen.
Der Betrieb bei Atmosphärendruck anstelle von vermindertem Druck hat neben den bereits beschriebenen Vorteilen noch
weitere Vorteile. Beim Arbeiten im Vakuum besteht die Gefahr, daß Sauerstoff in die Kolonne hineinsickert. Diese Gefahr wird
durch Vornahme der Destillation bei Atmosphärendruck eleminiert,
Der am meisten bevorzugte Druck,der in der Kompressionszone
gemessen wird, ist, wie bereits beschrieben, Atmosphärendruck, doch stellen Drücke von etwa 1,0 bis 1,4 kg/cm den bevorzugten
Bereich dar, obgleich auch noch höhere und niedrigere Drücke geeignet sind.
Die different!eile Temperaturkontrolleinrichtung kann auch
dazu verwesLet werden, um andere Variablen, wie den Rückfluß
an der Oberseite,zu regeln. So kann sie zum Beispiel eingesetzt werden, um den Fluß des Dampfes zu dem Beboiler, den
Fluß des Wassers und der oxidierten Verbindungen von dem Wäscher und den Fluß der frischen Oxidationsbeschickung in
die Kolonne zu regeln. Letztere Möglichkeiten werden aber weniger bevorzugt als die Regulierung des Rückflusses an der
Oberseite.
Bei dem Verfahren der Erfindung kann sowohl eine Absatzweise als auch eine kontinuierliche Destillation verwendet werden.
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Die Destillation kann in jeder beliebigen herkömmlichen Destillationskolonne vorgenommen werden, welche für eine
Zirkulierung des Inertgases bei Atmosphärendruck anpassbar
ist. Die bevorzugte Kolonne stellt eine Kolonne mit vielfachen Böden dar, bei welcher die Beschickung an einer Stelle in der
Nähe der Mitte erfolgt, und am Boden ein herkömmlicher Reboiler vorgesehen ist. Weiterhin sind Austretungspunkte für die Bodenprodukte
und die Kopfprodukte vorgesehen sowie Temperaturkontrollstellen
an zwei Punkten, die sich am besten etwa zwei Böden unterhalb des Beschickungsbodens und vier Böden oberhalb
des untersten Bodens befinden.
Das Inertgas wird am wirtschaftlichsten zurückgeführt und unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung gewaschen. In
den Rahmen der Erfindung fällt aber auch die einmalige Verwendung des Inertgases und seine anschließende Verwerfung.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.
Die folgenden Werte zeigen, daß bei Drücken von mehr als 100 mm Hg das normale tertiäre Butylhydroperoxid-Wasser-Azeotrop
entflammbar ist. Diese Werte sind die Ergebnisse von Versuchen, welche die maximale tragbare Konzentration von
tertiärem Butylhydroperoxid in tertiären Butylhydroperoxid-Wasserdampf-Gemischen
zur Vermeidung der Entflammbarkeit zeigen.
absoluter Druck, mm Hg Mol-# - VoI ,-Ji TBHP
MoI-Jl - VoI ,-Jl H2O
Aus den. obigen Werten wird ohne weiteres ersichtlich, daß
bei Drücken zwischen 200 und 760 mm Hg das Azeotrop aus tertiärem Butylhydroperoxid und Wasser (das 20 Mol-# » Vol.-Jl
tertiäres Butylperoxid enthält) in der Dampfphase entflammbar ist.
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100 | 200 | 760 |
25 | Ik | 17 |
75 | 86 | 83 |
Die nachstehenden Werte rühren von Versuchen her, die durchgeführt
wurden, um die maximale Konzentration an tertiärem Butylhydroperoxid außerhalb des Entflammungsbereiches in einem
ternaren Dampfgemisch aus tertiärem Butylhydroperoxid, Wasser
und Methan bei Atmosphärendruck zu bestimmen.
MoI-Jg = vol.-j£ TBHP 7,5
% = Vol.-Ji H2O 32,6
.-% = Vol.-Ji CH 60,0
4-
4-
Das Verhältnis tertiäres Butylhydroperoxid : Wasser wurde gewählt, um dem Azeotropen-Verhältnis von tertiärem Butylhydroperoxid
und Wasser nahezukommen.
Die nachstehenden Werte stellen die entsprechenden Werte für Stickstoff als Verdünnungsmittel bei Atmosphärendruck
dar.
MoI-Ji * | Vol. | -Jf | TBHP | k |
MoI-Ji * | Vol. | -% | H2O | 16 |
MoI-Ji = | Vol. | -% | N2 | 80 |
Beispiel IV |
Ein Isobutan-Oxidationsprodukt, das k2 % tertiäres Butylhydroperoxid,
53 % tertiären Butylalkohol und 5 % weitere Oxidationsprodukte mit Einschluß von Ameisensäure-Estern
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und höher molekularen Bestandsteilen enthielt, wurde einer kontinuierlichen Destillationsvorrichtung mit ^O Platten
zugeleitet, die bei etwa Atmosphärendruck betrieben wurde. Damit wurde genügend Alkali, um das Oxidationsgemisch zu
neutralisieren,und Wasser im Gewichtsverhältnis Wasser:
Oxidationsprodukt von 4,8:1 zugegeben. Die Kolonne wurde auf einer Bodentemperatur von etwa 76,7 °C gehalten. Das
Methan wurde in der Dampfphase mit einem Anteil von 65 Mol-£
oder Vol.-# des Dampfes gehalten.
Ein Bodenprodukt aus tertiärem Butylhydroperoxid, Wasser
und Methan, das im wesentlichen von tertiärem Butylalkohol und anderen ungewünschten Oxidationsprodukten frei war und
das 8 Gew.-% TBHP enthielt, wurde in eine zweite Kolonne
überführt, wo die TBHP-Konzentration in dem Wasser auf 70 Gew.-% erhöht wurde.
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Claims (7)
- PatentansprücheVerfahren zur Gewinnung von tertiärem Butylhydroperoxid durch fraktionierte Destillation eines Isobutanoxidationsprodukts in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, dadurch gekennzeichnet , daß man die Destillation bei Atmosphärendruck in Gegenwart von Wasserdampf und einem zweiten Verdünnungsmittel vornimmt, welches ein nicht konzentrierbares, nicht lösliches Gas, z.B. Methan, Äthan, Äthylen, Kohlenmonoxid, Stickstoff oder Argon ist.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Fraktionierung bei kO bis 1000C vornimmt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man als Verdünnungsmittel Methan in einer Menge von mindestens 60 Vol.-jS in einer Dampfphase verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man als Verdünnungsmittel Stickstoff in einer Menge von mindestens 80 Vol.-# in der Dampfphase verwendet.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß man das Wasser in das Oxidationsprodukt in einem Verhältnis von mindestens 5*·1, bezogen auf das tertiäre Butylhydroperoxid, einführt.
- 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man das Verfahren in einer kontinuierlichen Destillationskolonne vornimmt, die durch eine different!eile Temperaturkontrolleinrichtung reguliert wird.2 0981t/1766-12-
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die differentielle Kontrolleinrichtung die Temperatur an zwei Stellen der Destillationskolonne mißt, die Temperaturdifferenz bestimmt und ein Rückflußventil in der Destillationskolonne entsprechend der Differenzialtemperaturen öffnet oder schließt, um die Differenzitaltemperatur konstant zu halten.209811/1766
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |