DE2248424A1 - Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von oxalkylierungsprodukten - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von oxalkylierungsprodukten

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DE2248424A1 DE19722248424 DE2248424A DE2248424A1 DE 2248424 A1 DE2248424 A1 DE 2248424A1 DE 19722248424 DE19722248424 DE 19722248424 DE 2248424 A DE2248424 A DE 2248424A DE 2248424 A1 DE2248424 A1 DE 2248424A1
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continuous
hydroxyalkylation
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Hermann Dr Clasen
Ulfert Prof Dr Habil Onken
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C43/00Ethers; Compounds having groups, groups or groups
    • C07C43/02Ethers
    • C07C43/20Ethers having an ether-oxygen atom bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C43/23Ethers having an ether-oxygen atom bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring containing hydroxy or O-metal groups

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

Description

  • Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Oxalkylierungsprodukten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Oxalkylierungsprodukten durch Anlagern von Alkylenoxyden an unter Normalbedingungen flüssige, organische Verbindungen mit aktivem Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren.
  • Es ist bekannt, in einem Rührkessel, der eine Verbindung mit aktivem Wasserstoff enthält, solange Alkylenoxyd einzuleiten, bis das Reaktionsprodukt mit dem gewünschten Molekulargewicht erhalten wird. Bei dieser diskontinuierlichen Arbeitsweise muß man für eine gute Durchmischung des Reaktionsvolumens sorgen, will man möglichst einheitliche Produkte, das heißt, mit enger Molekulargewichtsvertei lung erhalten, wie sie für anwendungstechnische Zwecke gefordert werden Dagegen erhält man im R%hrkessel bei kontinuierlicher Arbeitsweise Oxalkylierungsprodukte mit sehr breiter Molekulargewichtsverteilung.
  • Nach dem deutschen Patent 735 418 ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren bekannt, bei welchem Alkylenoxyde in flüssigem Zustand mit den Verbindungen, die aktiven Wasserstoff enthalten, in Röhrenreaktoren umgesetzt werden. Man erhalt erhält nach diesem Ver° fahren relativ einheitliche Oalkylierungsprodukte. Es ist bei diesem Verfahren von Nachteil, daß man um die Alkylenoxyde in flüssigem Zustand zu halten, bei relativ hohem Druck arbeiten muß, der je nach Reaktionstemperatur und Art des Alkylenoxyds zwischen 50 und 200 atm liegt. Die für das Verfahren erforderliche Apparat tur ist technisch aufwendig. Auch ist es von Nachteil, daß man die erhaltenen Oxalkylierungsprodukte vom flüssigen nicht umgesetzten Alkylenoxyd abtrennen muß, Nach der deutschen Auslegeschrift 1 180 370 ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren bekannt, bei welchem man die Verbindung mit aktivem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 20 und 2000C in einem Reaktionsgefäß über Füllkörper rieseln läßt, und sie mit einem Alkylenoxyd bei einem Druck unterhalb des Verflüssigungsdruckes des Alkylenoxyds bei der angewandten Temperatur behandelt. Nachteilig ist» daß die flüssige Phase, die über die Füllkörper rieselt nur 5 bis 20 % des freien Volumens der Füllkörperkolonne füllt, wodurch unbefriedigende Raum-Zeit-Leistungen erzielt werden. Wegen der geringen FUllmenge in Bezug auf das freie Volumen ist das Abführen der bei der Oxalkylierung entsBhenden beträchtlichen Wärmemenge problematisch. Es besteht keine Möglichkeit durch Mengenänderungen der flüssigen Phase die Verweilzeit und damit die Reaktionsdauer zu wandern, wodurch ein unterschiedlicher Oxalkylierungsgrad zu erreichen wäre.
  • Es wurde nun ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Oxalkylierungsprodukten durch Anlagern von Alkylenoxyd an unter Normalbedingungen flüssige, organische Verbindungen mit aktivem Wasserstoff in Gegenviart von Katalysatoren bei Temperaturen von 100 - 200°C gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Verbindung mit aktivem Wasserstoff am Kopf einer FUllkörperkolonne einleitet und durch die Füllkörperkolonne zusammenhängend fließen läßt, das Alkylenoxyd am unteren Ende in die Fdllkörperkolonne einleitet und in Form von Blasen durch die zusammenhängende Flüssigkeit von unten nach oben strömen l§ßt und am Fuß der Kolonne das Oxalkylierungsprodukt abnimmt.
  • FÜr die Oxalkylierung, die in der flüssigen Phase verläuft, ist das zusamanenhängende Fließen einer Reaktionskomponente wesentlich für ele gute Raum-Zeit-Leistung. Der Unterschied einer solchen BlascnnsSule zu einer Rieselkolonne besteht darin, daE in der Rieselkolonne die Flüssigkeit, in der Blasensäule dagegen das Gas als Fein-verteilte, dispergierte Phase strömt.
  • In einer Rieselkolonne rieselt die flüssige Phase in Form von Tropfen oder in dünner Schicht über die Füllkörper bzw. über andere Arten von Kolonnenpackungen nach unten, während die Füllkörper-BlasensSule überwiegend von Flüssigkeit erfüllt ist, durch die eine gasförmige Phase in fein-vert-eilter Form von unten nach oben strömt. Dementsprechend ist die in einer Füllkörper-Blasensäule vorhandene Flüssigkeitsmenge um ein Mehrfaches größer als bei einer Rieselkolonne. In einer Rieselkolonne füllt die flüssige Phase 5 -15 %, maximal 20 % des freien Volumens aus, gegenüber ca. 80 % in einer Füllkörper-Blasensäule. Da bei der Oxäthylierung die Reaktion zwischen Äthylenoxid und der Hydroxy-Komponente in der flüssigen Phase verläuft, ist die Raum-Zeit-Leistung bei sqnst gleichen Bedingungen in einer Füllkörper-Blasensäule um ein Mehrfaches größer als in einer Rieselkolonne.
  • Im Vergleich zur üblichen Blasensäule, die nicht mit Füllkörpern oder mit Einbauten versehen ist, hat die flüssige Phase in einer Füllkörper-Blasensäule ein sehr enges Verweilzeitspektrum. Das bedeutet, daß die Verweilzeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen nur wenig von der mittleren Verweilzeit abweicht. Dagegen gelangen in einer üblichen Blasensäule wegen der dort herrschenden guten Längsdurchmischung einige Flüssigkeitsteilchen schon kurz nach Eintritt in die Säule in den Auslauf, während andere Flüssigkeitsteilchen eine wesentlich längere Zeit in der Säule verweilen.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist der bessere Wärmetransport. Die bei der Reaktion entstehende beträchtliche Wärmemenge läßt sich leicht durch indirekte Kühlung der Kolonne abführen; Bei der Verwendung mehrerer parallel angeordneter Kolonnen genügt für die Abführung der Reaktionswärme ein gemeinsamer Kühlmantel. Man kann die Kolonne jedoch auch mit waagrecht angeordneten, das heißt, senkrecht zur Kolonnenlängsachse stehenden Kühlrohren versehen.
  • Da das Alkylenoxyd sofort reagiert, ist bei Einlaß des Gases am Kolonnenfuß die zur Reaktion notwendige Gasmenge in Abhängigkeit von der Kolonnenhöhe nicht konstant. Es ist daher zweckmäßig, das Alkylenoxyd nicht nur unten sondern auch an weiteren Stellen entlang der Kolonne einzuführen. Im allgemeinen genügt eine Aufteilung auf zwei bis maximal vier Stellen. So genügt zum Beispiel bei der Anlagerung von lq Mol Äthylenoxyd an ein Mol Nonylphenol eine Aufteilung der Äthylenoxydzufuhr auf zwei Stellen. Insgesamt ist es zweckmäßig, die Kolonne in einem Uberschuß an Alkylenoxyd von etwa 5 bis maximal 10 % zu begasen, damit die gesamte Kolonne als Reaktionsraum genutzt wird. Das überschüssige Alkylenoxyd wird wieder dem Prozess zugeführt.
  • Zur Ausschleusung von Inertgas wird dem überschüssigen Alkylenoxyd ein Teilstrom entnommen, aus dem das Alkylenoxyd durch Kondensieren und anschließendem Destillieren zurückgewonnen wird.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die Möglichkeit, durch Änderung der Aufgabenmenge von flüssigem Ausgangsprodukt die Verweilzeit und damit die Reaktionsdauer zu ändern.
  • Dadurch kann man in einfacher Weise unter Konstanthaltung der anderen Reaktionsbedingungen, wie Temperatur, Druck und Katalysatorkonzentration in ein und derselben Apparatur Oxalkylierungsprodukte von unterschiedlichem Oxalkylierungsgrad herstellen, Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Figur schematisch dargestellt.
  • Auf das obere Ende der mit Füllkörper beschickten Kolonne 1 wird aus dem Vorratsgefäß 2 mit der Dosierpumpe 3 über die Zuleitung 6 die mit Katalysator versetzte flüssige Verbindung mit aktivem Wasserstoff aufgegeben. Gasförmiges Alkylenoxyd aus dem Vorratsbehälter 5 wird durch die Zuleitung 7 an den Stellen 8 und 9 in die Kolonne 1 eingespeist. Die Mengenströme von Alkylenoxyd werden über die Ventile 10, 11 und 12 eingestellt; dabei dient Ventil 10 zur Einstellung der Gesamtmenge, die Ventile 11 und 12 zur Einstellung des Mengenverhältnisses. Uberschüssiges Alkylenoxyd verläßt über die Leitung 13 die Kolonne.
  • Dieses kann gegebenenfalls nach Reinigung wider eingesetzt werden.
  • Am unteren Ende der Kolonne wird über die Leitung 14 das oxalkylierte Produkt entnommen und der Vorlage 4 zugeführt. Di Vorlage 4 is f ariabel in der Druckhöhe, elm lit!rl Flutungsgrad'der Kolonnen einstellen zu können. Die Kolonne 1 ist mit einem Kühlmantel 17 versehen, über den mittels eines geeigneten Kühlmittels die Reaktionswärme abgeführt werden kann. Außerdem kann -damit vor Beginn der Oxalkylierung die Kolonne auf die Reaktionstemperatur erwärmt werden. Um für die Hersbilung größerer Mengen eine genügend große Fläche für die Abführung der Reaktionswärme zu verhaltens kann es zwecksmäßig sein, zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxalkylierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle einer einzigen Kolonne mit großem Querschnitt mehrere parallel angeordnete Rohre mit kleinerem Querschnitt zu verwenden, die mit einem einzigen gemeinsamen Kühlmantel ausgerüstet sind.
  • Es ist jedoch auch möglich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine mit Füllkörpern beschickte Kolonne größeren QUelschnitts zu verwenden, die zur Abführung der Reaktionswärme mit mehreren parallel angeordneten Rohren versehen ist, so daß diese die Füllkörperschüttung teilweise ersetzen.
  • Eine andere Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht darin die Füllkörperschüttung der Blasenkcllonne ganz durch waagrecht liegende Kühlrohre zu ersetzen. Das kann dadurch geschehen, daß die Kolonne an einer gröere Zahl von Stellen, und zwar an mindestens fünf, vorzugsweise zehn bis dreißig Stellen mit waagrechten Kühlrohren ausgerüstet wird, die so angeordnet sind, daß der freie Strömungsquerschnitt der Kolonne an den betreffenden Stellen um mindestens 5Q % vorzugsweise um mehr als 70 % reduziert ist.
  • Verbindungen mit aktivem Wasserstoffatomen, aus denen sich nach dem Verfahren der Erfindung Oxalkylierungsprodukte herstellen lassen sind zum Beispiel Alkohole, Phenole, Carbonsäuren, primäre und sekundäre Amine.
  • Als Alkylenoxyde eignen sich zum Beispiel Äthylenoxyd, 1,2-Propy lenoxyd, 1,2 und 2,3 Butylenoxyd.
  • Beispiel 1 In eine in zwei Abschnitte unterteilte Kolonne (1) wurden am oberen Ende über die Zuführung (6) 234 g/h Nonylphenol sowie über die Zuführungen (8) und (9) 488 g/h gasförmiges Äthylenoxid, davon 310 g/h über (8) und 170 g/h über (9) eingeleitet. Das Nonylphenol war vorher mit 0,2 % NaOH versetzt und anschließend von dem Wasser, das bei der Bildung des Natriumnonylphenolats entstanden ist, durch Erhitzen auf 1300C im Vakuum befreit worden. Die Kolonne bestand aus zwei ummantelten Glasschüssen (1 a) und (1 b) von je 1,5 m Länge und 40 mm Innendurchmesser, Die Kolonne war mit 4 x 4 mm Glasraschigringen gefüllt. Die Temperatur in der Kolonne wurde mit Hilfe eines Ölumlaufs (Anschlüsse (15) und (mg)) konstant auf 145° gehalten.
  • Im einzelnen wurden in der Kolonne folgende Temperaturen gemessen: Am unteren Ende 143.. .1450C, in der Mitte 145.. .1460C, am oberen Ende 148. 150 C. Von dem eingeleiteten Äthylenoxid verließen 5-10 g/h die Kolonne am oberer Ende, Am unteren Ende (14) wurden 705 g/h eines Oxäthylats erhalten, das pro Mol Nonylphenol im Durchschnitt 10,2 Oxnthylgruppen enthielt, Das Produkt ergab mit Wasser eine klare, farblosc Lösung; 1%ige wässrige Lösung trübe sich beim Erwärmen bei 64,2°C (Trübungspunkt), Zum Vergleich wurden 200 g von dem für den Kolonnenversuch angesetzten Nonylphenol in einem Rundkolben unter intensivem Rühren bei 148...1500C mit Äthylenoxid behandelt, bis pro Mol Nonolphenol 9,8 Mol Äthylenoxid (= 392 g) angelagert worden waren.
  • Das schwache gelbliche Produkt löste sich klar in Wasser: die 1%ige wäßrige Lösung hatte einen Trübungspunkt von 62,70C.
  • Beispiel 2 In eine in zwei Abschnitte unterteilte Kolonne (1) wurden dem oberen Ende über die Zuführung (6) 325 g/h Nonylphenol sowie über die Zuführungen (8) und (9) 485 g/h gasförmiges Äthyl.ut?noxid, davon 315 g/h über (8) und 170 g/h über (9) eingeleitet. Das Nonrlphenol war vorher mit 0,2 % NaOS versetzt und anschließend von dr: Wasser, das bei der Bildung des Natriumnonylphenolats entstanden war, durch Erhitzen auf 1300C im Vakutun befreit worden. Die Kolonne bestand aus zwei ummantelten Glasscbüssen (1 a) und(l b) von je 1,5 m Länge und 40 mm Innendurchmesser. Die Kolonne war mit 4 x 4 mm Glasraschigringen gefüllt. Die Temperatur in der Kolonne wurde mit Hilfe eines Ülumlaufs (Anschlüsse (15) und (16)) konstant auf 1450C gehalten.
  • Im einzelnen wurden in der Kolonne folgende Temperaturen gemesse: Am unteren Ende 142,..1450C, in der Mitte 145...1460C am oberen Ende 146.,,14D, Von den eingeleiteten Ä.thylenoxid verlieren 50 - 150 g/h die Kolonne am oberen Ende. Am unteren Ende (14) wurden 810 g/h eines Oxäthylats erhalten, das pro Mol Nonylphenol im Durchschnitt 7,0 Oxäthylgruppen enthielt. Eine Lösung von 10 g des Produktes in 50 g einer Mischung aus 25 % Dibutylglykol und 75 % Wasser trübte sich beim Erwärmen bei 74,3°C.
  • Zum Vergleich wurden 200 g von dem für den Kolonnenversuch angesetzten Nonylphenol (mit 0,2 % Natriumhydroxid versetzt und entwässert) in einem Rundkolben unter intensivem Rühren bei 148..
  • 1520C oxäthyliert. Es wurden 289 g Äthylenoxid angelagert, entsprechend einem Oxäthylierungsgrad von 7,2, Eine Lösung von 10 g des Produktes in 50 g Mischung aus 25 % Dibutylglykol und 75 7o Wasser trübe sich beim Erwärmen bei 73,00C.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Oxalkylierungsprodukten durch Anlagern von Alkylenoxyd an unter Normalbedingungen flüssige, organische Verbindungen mit aktivem Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren bei Temperaturen von 100 - 200°C, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindungen mit aktivem Wasserstoff am Kopf einer Füllkörperkolonne einleitet und durch die Füllkörperkolonne zusammenhängend fließen läßt, das Alkylenoxyd am unteren Ende in die FUllkörperkolonne einleitet und in Form von Blasen durch die zusammenhängende Flüssigkeit von unten nach oben strömen läßt und am Fuß der Kolonne das Oxalkylierungsprodukt abnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch indirekt gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung mit aktivem Wasserstoff Nonylphenol und als Alkylenoxyd Äthylenoxyd verwendet wird.
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