DE2632053A1 - Verfahren zur gewinnung von maleinsaeureanhydrid - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DlpUng. P. WIRTH · Dr. V. SCHM1 ED-KOWARZIf^ C 3 0 Q R 3 Dlpl.-lng. G. DANNENBERG ■ Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

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L.t. 1180

LONZA A.G.
Gampel/Wallis
(Geschäftsleitung:Basel) Schweiz

Verfahren zur Gewinnung von Maleinsäureanhydrid,

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus den bei der Dampfphasenoxidation von organischen Verbindungen mit mindestens 4 C-Atomen durph Auswaschen der Reaktionsgase mit Wasser anfallenden wässrigen Maleinsäurelösungen. ■

Maleinsäureanhydrid wird industriell durch Dampfphasenoxidation von Benzol, Butan, Butenen, Butadien usw. in Gegenwart von geeigneten Katalysatoren und mit einem grossen üeberschuss von Luft als Oxidationsmittel hergestellt. Das dabei gebildete Maleinsäureanhydrid kann anschliessend fest joder flüssig in geeigneten Abscheidern abgeschieden werden, wobei allerdings entsprechend dem geringen Dampfdruck von Maleinsäureanhydrid im Reaktionsgas und der Bedingung, über dem Taupunkt von Viasser zu kondensieren, immer ein Teil des

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gebildeten Maleinsäureanhydrides durch den Abscheider gasförmig durchgeht und mit Wasser oder mit anderen geeigneten Absorptionsmitteln ausgewaschen werden muss. Bei Verwendung von Wasser als Absorptionsmittel entstehen auf diese Art und Weise mehr oder weniger konzentrierte wässrige Maleinsäurelösungen mit einem Gehalt von etwa 20 bis 60% Maleinsäure.

In den industriellen Verfahren, die heute in Betrieb stehen, wird nicht weniger als 50% des produzierten Maleinsäureanhydrids aus einer wässrigen Lösung in Form von Maleinsäure, z.B. mittels eines Dünnschichtverdampfers, gewonnen. Diese Maleinsäure muss noch in einer weiteren Stufe des industriellen Verfahrens in Maleinsäureanhydrid umgewandelt werden.

Gemäss einigen Patentvorschlägen wird Maleinsäureanhydrid in einem organischen Lösungsmittel aufgenommen, wobei die Umsetzung von Maleinsäureanhydrid in die Säure und die Rückverwandlung dieser Säure in Maleinsäure Vermieden werden kann; aber allein die Tatsache, dass keines dieser Patente je kommerziellen Wert erreicht hat, beweist, dass die Methode der Gewinnung von Maleinsäure in Wasser immer noch die geeignetste ist.

Die Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus dessen wässrigen Lösungen kann durch mehrere Methoden erreicht werden, welche sich letzten Endes in zwei Hauptgruppen aufgliedern lassen:

Die meist verwendete und herkömmliche Methode besteht in

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der Entfernung von Wasser durch azeotrope Destillation unter. Atmosphärendruck in Gegenwart eines - geeigneten orga- : nischen Lösungsmittels wie z.B. o-Xylol, Pseudocumol,_ etc. Dabei wird nicht nur das Lösungswasser entfernt, sondern auch Maleinsäure durch Abspaltung von 1 Mol Wasser in Maleinsäureanhydrid übergeführt. Eine nachfolgende Destillation entfernt das organische Lösungsmittel und das so erhaltene rohe Maleinsäureanhydrid wird: einer weiteren Reinigung unterzogen. _; :

Eine verhältnismässig neue Ausführungsweise dieses Verfah*- rens besteht in der Entfernung von Wasser durch Vakuumdestillation. Die Maleinsäure wird auf diese Weise in Maleinsäureanhydrid umgewandelt und das hierfür verwendete Lösungsmittel ist Maleinsäureanhydrid selbst, bei Temperaturen von 150 bis 160⁰C,. Die Umwandlung von Maleinsäure in Maleinsäureanhydrid erfolgt also immer durch thermische Behandlung in Gegenwart eines Lösungsmittels, welches o-Xylol oder Maleinsäureanhydrid sein kann.

Der Hauptnachteil liegt darin, dass infolge der für die thermische BehandLung benötigten hohen Temperaturen ein beträchtlicher Teil von Maleinsäurea· zu Fumarsäure isomerisiert, welche unter Reaktionsbedingungen unlöslich ist,' einen hohen Schmelzpunkt (ca. 286°C) besitzt und : demzufolge in den Betriebseinrichtungen Ablagerungen verursacht, was einen Ausbeuteverlust darstellt; auch muss die

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- r-

Anlage periodisch unterbrochen und gereinigt werden, was zudem auch ekologische Probleme aufwirft.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle diese Nachteile zu beseitigen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein H2O-Austausch zwischen Maleinsäure und einem organischen Carbonsäureanhydrid durchgeführt wird. [

Die Endprodukte sind Maleinsäureanhydrid und organische Säuren gemäss folgendem Reaktionsschema:

^o-^| O _+A/ (I,

CH-COOH · CT CH-C^ · COOH

N₀ N, ·

Maleinsäure Org.Anhydrid Maleinsäure- Org. Säure

anhydrid

In den Formeln bedeutet der Buchstabe A:

1) Zwei getrennte organische einwertige Radikale mit etwa 1-7, insbesondere etwa 1-3 C-Atomen, wie

- zwei einwertige CH^-Gruppen, wobei das verwendete Anhydrid Essigsäureanhydrid ist;

- zwei· einwertige CgH^-Gruppen, wobei das verwendete Anhydrid Benzoesäureanhydrid ist;

2) Ein organisches zweiwertiges Radikal mit etwa 1-10, insbesonder< etwa 2-7 C-Atomen, wie

j - die -CHpCHp-Gruppe von Bernsteinsäureanhydrid;

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- die -CgH₄-GrUPPe von Phthalsäureanhydrid:

■- die -C₆H₈-GrUpPe von 4-Cyclohexen-l,2-dicarbonsäureanhydrid (besser bekannt als Tetrahydrophthalsäureanhydrid) und dessen Isomere;

- die -C₇H₁₀-Gruppe von 4-Methyl-cyclohexen-l,2-dicarbonsäureanhydrid und .dessen Isomere;

- die -C₆H₁₀-GrUPPe von flexahydrophthalsäureanhydrid;

- die -C₇H₁₂-Gruppe von 4-Methyl-hexahydrophthalsäureanhydrid;

3) Zwei oder mehrere Gruppen, die geeignet sind, eine

Mischung von Anhydriden der unter 1) und 2) aufgeführten ■ Typen zu produzieren.

4) Zwei einwertige Gruppen mit 1-7, insbesondere 1-3 C-Atomen, welche voneinander verschieden sind, wie:

- eine CH3-Gruppe und eine C2H5-Gruppe, wobei das verwendete Anhydrid als Essig-Propionsäureanhydrid bekannt ist. ·

Die Reaktion findet statt bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen zwischen 50° und 200⁰C, vorzugsweise zwischen 1QO° und 130⁰C. .

Das Verhältnis organisches Anhydrid/Maleinsäure kann z.B. von einem Minimum von 1 Mol orqanisches Anhydrid pro Mol

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Maleinsäure bis zu einem Maximum von 10 Mol organisches Anhydrid pro Mol Maleinsäure variieren.

Die Reaktion kann in einem beliebigen inerten Lösungsmittel wie o-Xylol, Cyclohexan, Chlorbenzol, etc. stattfinden.

Die Reaktion kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden, und die Umwandlung von Maleinsäure zu Maleinsäureanhydrid bis zu einem gewünschten Grade, bzw. vollständig vollzogen werden, je nach wirtschaftlichen und anderen Gesichtspunkten.

Nach Erreichung des gewünschten Umwandlungsgrades v/erden die Reaktionsprodukte nach den üblichen physikalischen Methoden getrennt. Das erhaltene Maleinsäureanhydrid wird weiter gereinigt (z.B. destilliert), unumgesetzte Maleinsäure (falls überhaupt solche vorhanden) in die Entwässerungsstufe zurückgeführt, die organische Säure einer geeigneten, z.B. thermischen Behandlung unterworfen, um das organische Anhydrid zurück zu gewinnen, welches ebenfalls in die Entwässerungsstufe von Maleinsäure zurückgebracht wird.

Die Trennung der Reaktionsprodukte gestaltet sich leicht, wenn eine organische Dicarbonsäure oder deren Anhydride als Wasserabspaltungsmittel verwendet wird. Da organische Dicarbonsäuren praktisch unlöslich in Maleinanhydrid sind, können die Reaktionsprodukte durch Filtrieren, Zentrifugieren, etc. abgetrennt werden. Im Falle der Verwendung von

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organischen Monocarbonsäuren wie Essigsäure, Benzoesäure oder deren Anhydride kann die Trennung durch fraktionierte Destillation erfolgen.

Vorliegende Erfindung/ deren Grundzüge im vorstehenden umrissen wurden, bietet fundamentale neue Verfahrensiuerkmale:

Die Umwandlung von Maleinsäure in Maleinsäureanhydrid wird .-nicht mehr durch thermische Behandlung durchgeführt, sondern mittels einer chemischen Reaktion bei solch niedrigen Temperaturen, dass die üblichen sich bei höheren Temperaturen bildenden Verunreinigungen, deren Abtrennung mit Schwierigkeiten und Umständen verbunden ist, nicht mehr anfallen, vor allem aber die Isomerisierung von Maleinsäure zu Fumarsäure so gut wie unmöglich ist. Vorliegende Erfindung gestattet somit nicht nur eine bedeutende Vereinfachung der bisherigen Verfahrensweise, sondern auch die Erzielung von nahezu quantitativen Ausbeuten. Die Tätsache, dass sich keine Fumarsäure bildet, bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich keine Ablagerungen mit hohem Schmelzpunkt bilden; infolgedessen ergeben sich keine zeitraubenden Unterbrechungen für das periodische Reinigen der Anlage und keine Bildung von Rückständen und verunreinigenden Wäschlösungen sowie ein wirklich kontinuierlich verlaufender Prozess.

Beispiel 1 . - i.

116,1 g(l Mol) Maleinsäure wurden mit 255,2 g (2,5 Mol) Essigsäureanhydrid bei 120⁰C während 2Stunden in Gegenwart

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von 200 g o-Xylol behandelt. Am Ende der Reaktion wurden • die folgenden Produkte zusammen mit o-Xylol erhalten, welch letzteres unverändert blieb:

- Maleinsäureanhydrid 97,4 g (Mol-Ausbeute 99,3%)

- Essigsäure 119,3 g

- Maleinsäure (unverändert) 0,8 g

- Essigsäureanhydrid 153,8 g

Es wurde keine Bildung von Fumarsäure festgestellt.

Beispiel 2

116,1 g (1 Mol) Maleinsäure wurden mit 120,1 g (1,2 Mol) Bernsteinsäureanhydrid bei 125°C während 3 Stunden behandelt. Am Ende der Reaktion wurden die folgenden Produkte erhalten:

- Maleinsäureanhydrid 96,2 g (Mol-Ausbeute 98,1%)

- Bernsteinsäure 115,8 g

-Maleinsäure (nicht umgewan- _? .

delt) '^{L g}

- Bernsteinsäureanhydrid 21,9 g

- Fumarsäure Spuren

Beispiel 3

116,1 g (1 Mol) Maleinsäure wurden mit 269,2 g (2 Mol) Phthalsäureanhydrid bei 110⁰C während 4 Stunden in Gegenwart von o-Xylol behandelt. Am Ende der Reaktion wurden folgende Produkte zusammen mit o-Xylol erhalten:

- Maleinsäureanhydrid 92,2 g (Mol-Ausbeute 94,0%)

- Phthalsäure . 156,2 g

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- Maleinsäure (unverändert) 7,0 g

- Phthalsäureanhydrid 156,9 g

Keine Bildung von Fumarsäure wurde beobachtet.

Beispiel 4

116,1 g (1 Mol) Maleinsäure wurden mit 462,3 g (3 Mol) Hexahydrophthalsaureanhydrid bei 120⁰C während 2 Stunden behandelt. Am Ende der Reaktion wurden folgende Produkte erhalten : .

- Maleinsäure 97,6 g (Mol-Ausbeute 99,5%)

- Hexahydrophthalsäure 171,3 g

- Maleinsäure (nicht umgewan- 0,6 g

.delt)

- Hexahydrophthalsaureanhydrid 309,0 g

Keine Bildung von Fumarsäure wurde bemerkt.

Beispiel 5

116,1 g (1 Mol) Maleinsäure wurden mit 336,4 g (2 Mol) A-Methyl-hexahydrophthalsäureanhydrid bei 115°C während einer Stunde behandelt. Am Ende der Reaktion wurden folgende Produkte erhalten:
-.Maleinsäureanhydrid 88,5 g (Mol-Ausbeute 90,3%)

- 4-Methylhexahydrophthalsäure 168,0 g

- Maleinsäure (unverändert) 11,3g

- 4-Methyl-hexahydrophthal-

säureanhydrid 184,6 g

Es wurde keine Bildung von Fumarsäure bemerkt.

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Dias als Lösungsmittel für Maleinsäure vorliegende Wasser fc:ann - vorgängig der chemischen Wasserabspaltung mit ednem organischen Carbonsäureanhydrid - durch eine der fciekannten Methoden wie Verdampfen zur Trockene, Konzentrieren mit anschliessender Kristallisation etc. entfernt v/erden. Eis ist empfehlenswert, diese Operation bei verhältnismässig niiedrigen Temperaturen (unterhalb 70⁰C) oder unter Bedlingungen, die höhere Temperaturen nur für kurze Zeit ermöglichen, wie z.B. in Dünnschichtverdampfern, durchzuführen, um die Bildung von Fumarsäure zu verhindern.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren auch z;ur Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus wasserfreier Maleinsäure direkt anwendbar.

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Claims (8)

1. Pat.entarisp-ruc-h.e- . " ..'·"_."---..., V 2632Q53

   < .1)'^Verfahren zur Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus den bei ^: der Danapfphasenoxidation von organischen Verbindungen· mit mindestens 4 C-Atomen durch Auswaschen der "iiea-kti.on.sga.se"-itiit Wasser anfallenden wässrigen Maleinsäurelösungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein J^Ö-Austausch zwischen Maleinsäure und einem organischen Carbonsäureanhydrid, durch- ...

   geführt wird.»- ^: _: -~ ; : : -
2. 2) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäureanhydride solche der allgemeinen Formel :

   verwendet werden, in denen A zwei getrennte organische einwertige. Radikale mit etwa 1-7 C-Atomen bedeüte-u.
3. 3)'Verfa_;hren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäureanhydriaß-solche der allgemeinen Formel

   in denen A ein organisches zweiwertiges Radikal mit etwa 1-10 C-Atomen darstellt. _;
4. 4) Verfahren nach Patentanspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 1,1 bis 2,5 Mol organisches Anhydrid pro Mol Maleinsäure verwendet werden.
5. 5) Verfahren nach Patentanspi'uch 1 - 4-,dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem inerten Lösungsmittel, vorzugsweise 0-Xylol, Cyelohexan oder Chlorbenzol· stattfindet. : . ^V 7 09843/0537 OBieiNAL ,NSPECTED
6. 6) Verfahren nach Patentanspruch 1 - 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem Temperaturbereich zwischen etwa 100° und 130⁰C durchgeführt wird.
7. 7) Verfahren nach Patentanspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß während der Reaktion aus dem organischen Anhydrid gebildete organische Säure einer geeigneten, vorzugsweise thermischen Behandlung unterworfen und in die Entwässerungsstufe zurückgeführt wird.
8. 8) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Carbonsäureanhydrid Hexahydrophthalsäureanhydrid verwendet wird.

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