DE2642533A1

DE2642533A1 - Verfahren zur herstellung von gamma- butyrolacton aus maleinsaeureanhydrid

Info

Publication number: DE2642533A1
Application number: DE19762642533
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Dipl Chem Broecker; Gerd Dipl Chem Dr Duembgen; Helmut Dipl Ing Dr Glietenberg; Ernest Dipl Ing Miesen; Matthias Dipl Chem Schwarzmann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4192807A; JPS6129350B2; BE858792A; JPS5340754A; DE2642533C2

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O. Z. 32 197 Mu/Fe 6700 Ludwigshafen, 20. 09.

Verfahren zur Herstellung von ]f-Butyrolacton aus Maleinsäureanhydrid

Die Erfindung betrifft ein kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Herstellung von |f-Butyrolacton (BTL) durch Hydrierung von Maleinsäureanhydrid (MSA) in Gegenwart von Butyrolacton als Lösungsmittel, wobei man das hydrierte Reaktionsgemisch, welches Butyrolacton, Bernsteinsäureanhydrid (BSA) und Bernsteinsäure (BS) enthält, in einem Dünnschichtverdampfer zerlegt.

Bernsteinsäureanhydrid wird dabei aus dem Dampfstrom durch partielle Kondensation abgetrennt und in den Hydrierprozeß zurückgeführt. Butyrolacton und Wasser werden in einer anschließenden Destillation getrennt und Butyrolacton in reiner Form gewonnen. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man hochsiedende Nebenprodukte, die bei der Hydrierung gebildet werden, kontinuierlich ausschleusen kann. Dadurch wird eine lange Lebensdauer der Hydrierkatalysatoren gewährleistet.

Es ist nämlich bekannt, daß bei der üblichen Hydrierung von Maleinsäureanhydrid oberhalb von 230 bis 250⁰C (sei es zu Bernsteinsäureanhydrid oder Butyrolacton) hochmolekulare, pechähnliche Nebenprodukte gebildet werden, weil Maleinsäureanhydrid und die bei der Hydrierung gebildeten Folgeprodukte leicht Kondensations- und Polymerisationsreaktionen eingehen; die Menge dieser Nebenprodukte nimmt mit der Hydriertemperatur zu, so daß es vorteilhaft wäre, die katalytische Hydrierung

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bei möglichst niedriger Temperatur vorzunehmen.

Hydriert man nun Maleinsäureanhydrid - direkt oder unter zwischenzeitlicher Gewinnung von Bernsteinsäureanhydrid - bei besonders niedriger Temperatur (im Bereich von 70 bis 210⁰C) zu Butyrolacton, so bildet das bei der Hydrierung entstehende Wasser mit überschüssigem Bernsteinsäureanhydrid zwangsläufig Bernsteinsäure, die nicht mehr hydrierbar ist; sie muß in Bernsteinsäureanhydrid und Wasser gespalten und in den Hydrierprozeß zurückgeführt werden.

Andererseits treten selbst bei schonender Arbeitsweise Nebenreaktionen auf . Dieses führt dazu, daß man bei der kontinuierlichen (fortlaufenden) Hydrierung, die nicht ohne die Rückführung von Teil-Produktströmen auskommt, an Pestbettkatalysatoren nach kürzerer oder längerer Zeit eine Katalysatorbelegung durch Nebenprodukte beobachtet, die die Aktivität beeinträchtigt. Daher sind bisher im technischen Maßstab nur Suspensionsverfahren zur Herstellung von Butyrolacton aus Maleinsäureanhydrid angewendet worden, die dem Verfahrenstechniker bei kontinuierlichem Betrieb allgemein Schwierigkeiten bereiten.

-Eine Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl die Nebenprodukte der Hydrierung bzw. deren Folgen zu beseitigen, als auch die Hydratisierung des Bernsteinsäureanhydrids, die eine Nebenreaktion darstellt, in einer verfahrenstechnisch geeigneten und ökonomischen Weise rückgängig zu machen.

Es wurde nun gefunden, daß man Butyrolacton durch Hydrierung von Maleinsäureanhydrid, wobei Wasser und als Nebenprodukte Bernsteinsäureanhydrid und Bernsteinsäure gebildet werden, vorteilhaft erhält, wenn man - vorzugsweise kontinuierlich Maleinsäureanhydrid und zurückgeführtes bzw. nicht umgesetztes Bernsteinsäureanhydrid bei einer Temperatur unterhalb von 210 C hydriert, das hydrierte Reaktionsgemisch einem Dünnschichtverdampfer bei einer Temperatur von wenigstens 235°C in dessen

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oberem Teil flüssig zuführt, schwerflüchtige Produkte flüssig abtrennt und die dampfförmigen Produkte nach partieller Kondensation, wobei Bernsteinsäureanhydrid abgeschieden und zurückgeführt wird, in an sich bekannter Weise durch fraktionierte Destillation trennt und Butyrolacton gewinnt.

Die Erfindung besteht somit in ihrer allgemeinen Form darin, daß die Zersetzung der gebildeten Bernsteinsäure und die Abtrennung hochsiedender Nebenprodukte gemeinsam in einem Dünnschichtverdampfer, z.B. in einem Fallfilm- oder Sambay-Verdampfer, durchgeführt wird.

In der Figur wird das hieraus sich ergebende Verfahren schematisch wiedergegeben. Das Hydrierprodukt, welches Butyrolacton, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid und Nebenprodukte enthält, gelangt über (1) in den Verdampfer (I). Hochsiedende Nebenprodukte werden bei (8) ausgeschleust, während die Dämpfe den Verdampfer bei (2) verlassen. Temperatur und gegebenenfalls Verweilzeit sind im Hinblick auf die Dimensionierung des Verdampfers so zu bemessen, daß die Bernsteinsäure weitgehend in Bernsteinsäureanhydrid und Wasser gespalten wird. Man wählt dazu Verdampfertemperaturen zwischen 235 und 350, bevorzugt 260 bis 300⁰C. Die Verweilzeit mag bei üblichen Konstruktionen im Bereich von 0,25 bis 2,5 Minuten liegen; sie wird aber im allgemeinen durch einen geeigneten Versuch zu bestimmen sein. Das Dampfgemisch, das Butyrolacton, Bernsteinsäureanhydrid,Wasser und Bernsteinsäure enthält, gelangt .v.in in den partiellen Kondensator (II). Hier wird bei relativ kurzer Verweilzeit und Temperaturen zwischen 150 und 250, vorzugsweise I70 bis 220⁰C, Bernsteinsäureanhydrid, ein Teil des Butyrolactons und gegebenenfalls unzersetzte Bernsteinsäure kondensiert. Das Kondensat verläßt bei (7) den Kondensator und wird in die Hydrierstufe zurückgeführt. Das Dämp ffeemisch am Kopf des Kondensators besteht aus Butyrolacton, Wasser und geringen Mengen Bernsteinsäureanhydrid bzw. Bernsteinsäure. Bei (3) gelangt dieses Gasgemisch in die Destillation (III) und wird hier aufgetrennt, so daß man bei (4) reines Butyrolacton gewinnt und am Kopf der Kolonne bei (5)

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kontinuierlich Wasser ausschleust. Geringe Mengen Bernsteinsäureanhydrid, Bernsteinsäure und Butyrolacton, die eventuell noch im Sumpf der Kolonne anfallen, können über (6) in die Hydrierstufe zurückgeleitet werden.

Beispiel 1 (vgl. hierzu wiederum Figur)

Ein flüssiger Produktstrom (1) von 1 kg/h, der aus der Hydrierstufe einer fortlaufend betriebenen Anlage stammt, besitzt die Zusammensetzung: 73,8 Gew.% BTL, 15,1 Gew.% BS, 10,9 Gew.% BSA und 0,2 Gew.% Hochsieder. Er wird einem sogenannten Sambay-Verdampfer zugeführt, der auf einer Temperatur von 260°C gehalten und mit einer Rotor-Drehzahl von 750 Umdrehungen pro Minute betrieben wird. Als Kondensator dient ein Doppelmantelrohr mic einer Temperatur von 200⁰C. Die hochsiedenden Nebenprodukte werden bei (8) abgeschieden und verworfen. Aus dem Dampfgemisch werden im Kondensator (II) 0,474 kg/h Flüssigkeit mit einer Zusammensetzung von 52,8 Gew.% BTL, 3^14 Gew.% BSA und 9,O6 Gew.% BS abgeschieden.und über (7) in die Hydrierstufe zurUckgeleitet. 0,524 kg/h Dämpfe werden über (3) der Destillation zugeführt. Die Zusammensetzung des Dampfgemisches ist: 92,09 Gew.% BTL, 4,03 Gew.% BSA, 0,60 Gew.# BS und 3,28 Gew.% HqO. Man erhält am Kopf der Kolonne Wasser mit ca. 1 Gew.% BTL, bei (4) praktisch das gesamte BTL mit einem Wassergehalt weniger als 0,5 Gew.% und im Sumpf der Kolonne BSA, BS und BTL, welche in die Hydrierung zurückgeführt werden.

Beispiel 2

Das Hydrierprodukt hat die Zusammensetzung von 73*5 Gew.% BTL, 15,2 Gew.% BS, 10,7 Gew.% BSA und 0,6 Gew.% hochsiedender Nebenprodukte. Man hält den Verdampfer auf einer Temperatur von 280 C und verfährt ansonsten wie vorstehend beschrieben. Der partielle Kondensator wird auf 210⁰C gehalten. Hier werden 0,329 kg/h

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als Flüssigkeit mit einer Zusammensetzung von 51*7 Gew.% BTL, 36,9 Gew.% BSA und 11,4 Gew.^ BS abgeschieden und in die Hydrierstufe zurückgepumpt. In die Destillation gelangen 0,665 kg/h eines Dampfgemisehes mit der Zusammensetzung: 84,25 Gew.% BTL, 11,71 Gew.% BSA, 1,04 Gew.% BS und 3 Gew.# HoO. Es wird Wasser mit etwa 1 Gew.% BTL mit einem Wassergehalt von weniger als 0,5 Gew.% zurückgewonnen. Der Sumpf der Destillationskolonne wird wiederum in die Hydrierstufe zurückgeleitet.

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Claims

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Patentansprüche

. 1. Verfahren zur Herstellung von Butyrolacton durch Hydrierung von Maleinsäureanhydrid, wobei Wasser und als Nebenprodukte Bernsteinsäureanhydrid und Bernsteinsäure gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man Maleinsäureanhydrid und zurückgeführtes bzw. nicht umgesetztes Bernsteinsäureanhydrid bei einer Temperatur unterhalb von 210°C hydriert, das hydrierte Reaktionsgemisch einem Dünnschichtverdampfer bei einer Temperatur von wenigstens 235°C in dessen oberem Teil flüssig zuführt, schwerflüchtige Produkte flüssig abtrennt und die dampfförmigen Produkte nach partieller Kondensation, wobei Bernsteinsäureanhydrid abgeschieden und zurückgeführt wird, in an sich bekannter Weise durch fraktionierte Destillation auftrennt und Butyrolacton,gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren kontinuierlich betreibt.

Zeichn. BASF Aktiengesellschaft

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