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Verfahren zur Gewinnung einer mit Terephthalaldehyd-
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säuremethylester angereicherten Fraktion Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer mit Terephthalaldehydsäuremethylester
angereicherten Fraktion mit Gehalten von mehr als 15 Gew,-J/o aus Produktströmen
der Herstellung von Dimethylterephthalat nach dem "Witten-Verfahren" der im Oberbegriff
des Hauptpatentanspruches bezeichneten Art.
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Bei der technisch im großen Umfang praktizierten Herstellung von Terephthalsäuredimethylester,
auch als Dimethylterephthalat (DMT) bezeichnet nach dem "Witten-Verfahren" (vgl.
Hydrocarbon Processing, November 1981, Seite 151),handelt es sich um einen mehrstufigen,
kontinuierlichen Prozeß, der im wesentlichen aus einer Oxidationsstufe und einer
Veresterungsstufe besteht. In der Oxidati6nsstufe werden Gemische aus p-Xylol und
p-Toluylsäuremethylester (pTE) in flüssiger Phase durch katalytische Oxidation bei
erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit Luftsauerstoff in ein hauptsächlich p-?oluylsäure
.(pTS) und Nonomethylterephthalat (MMT) enthaltendes Oxidat übergeführt, welches
in der nachfolgenden Veresterungsstufe
bei erhöhtem Druck und erhöhter
Temperatur mit Methanol zu pTE und einem hauptsächlich DMT enthaltenden Rohester
umgesetzt wird. Der Rohester wird durch Destillation aufgetrennt in ein Roh-DMT
und eine hauptsächlich pTE enthaltende Fraktion, die in die Oxidationsstufe zurückgeführt
wird. Das Roh-DM'r wird einer weiteren Aufarbeitung auf Rein-DMT unterzogen.
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Neben dem Rein-DMT und dem hauptsächlich pTE enthaltenden Produktstrom
fallen beim technischen DMT-Prozeß aus Aufarbeitungsstufen noch weitere Produktströme
an, die eine Reihe von Nebenprodukten und Zwischenprodukten enthalten und als Nutzprodukte
teilweise in den Oxidationsprozeß zurückgeführt werden. Eines der Zwischenprodukte
ist Terephthalaldehydsäuremethylester (TAE) bzw. dessen Acetal, das Terephthalaldehydsäuremethylester-dimethylacetal
(TAEA). Die genannten Zwischenprodukte fallen bei der Oxidation von pTE zu MMT an.
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Der aromatische Aldehyd TAE, der auf direktem Byntheseweg nur schwer
zugänglich ist und ein wertvolles Ausgangsprodukt für die Herstellung von Farbst-offen
und pharmazeutisch-en Wirkstoffen darstellt, ist somit ihm Reaktionsgemisch der
Oxidationsstufe des DMT-Prozesses als Zwischenprodukt enthalten, jedoch ist der
Gehalt im allgemeinen sehr gering. In der nachfolgenden Veresterungsstufe kann TAE
zumindest teilweise zu TAEA acetalisiert werden. Bei der anschließenden destillativen
Abtrennung des in den Oxidationsprozeß rückgeführten pTE können sich dann TAE und
TAEA im Sumpfprodukt zusammen mit dem Hauptprodukt DMT anreichern. Eine übliche
Vorreinigung des Roh-DMT erfolgt beim Witten-DMT-Prozeß durch eine'Umkristallisation
aus Methanol. Zusammen mit anderen Nebenprodukten gelangen dabei TAE und TAEA in
die'methanolische Mutterlauge, wobei TAE gleichzeitig größtenteils zu TAEA
acetalisiert
ist. Das TAEA erscheint dann im als Filtratrückstand bezeichneten Destillationsrückstand
der Nutterlauge nach Abtrennung des Methanols und ist dort oder in einem daraus
nochmals gewonnenen Destillat auf Größenordnungen von etwa 5 bis höchstens 15 Gew.-a/o
angereichert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, aus Produktgemischen des -\itten-DNT-Verfahrens,
z.B. dem Filtratrückstand, die auSer-TAEA und TAE hauptsächlich DMT und die stellungsisomeren
Phthalsäuredimethylester, nämlich 1,2-Dimethylphthalat, 1,3-Dimethylphthalat (DMO,
DMI), pTE, pTS und zahlreiche weitere, mengenmäßig nur untergeordnete und teilweise
nicht identifizierte Nebenprodukte enthalten, mit TAE angereicherte Fraktionen mit
TAE-Gehalten von mehr als 15 Gew.-% zur Verfügung zu stellen.
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Eine einfache destillative Trennung von TAEA und den isomeren Phthalsäuredimethylestern
-(DMO, DMI, DMT), z.B. aus dem Filtratrückstand, ist nicht möglich. So haben beispielsweise
bei 100 Tor (= 0,13 bar) DMT und TAEA mit.
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207,4--bzw. 207,6 °C praktisch identische Siedepunkte, während der
Siedepunkt des TAE bei dem betreffenden Druck mit 194,0 0 deutlich niedriger liegt.
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Gemäß der Erfindung wird diese Auf gabe mit den im Kennzeichen des
Hauptpatentanspruches angegebenen Mitteln gelöst. Die Erfindung basiert auf der
Beobachtung, daß durch thermische Behandlung eines derartigen aus der industriellen
Herstellung stammenden Produktgemisches, welches neben aromatischen Carbonsäuren
hauptsächlich Ester aromatischer Carbonsäuren enthält, auf Temperaturen von vorzugsweise
240 bis 300 0 das TAEA in TAE übergeführt wird.
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Überraschend ist dabeißinsbesondere, daß beispielsweise bei Temperaturen
von 250 °C selbst relativ geringe TAEA-Mengen von 5 Gew.-% oder weniger in wenigen
Stunden praktisch quantitativ umgesetzt werden.
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So zeigt der in Beispiel 1 beschriebene Versuch, daß beim Erhitzen
eines derartigen Produktgemisches, das als Hauptbestandteile die drei isomeren Phthalsäuredimethylester,
als aromatische Carbonsäuren 2,8 Gew.-% pES und 4,6 Gew.-/o MMT und neben sonstigen
Nebenprodukten nur 4,0 Gew.-% TAEÄ und 1,2 Gew.-% TÄE enthielt, bereits nach 45
Minuten bei 250 C der TAEA-Gehalt um ca. die Hälfte verringert und dafür die UAE;Konzentration
entsprechend angestiegen war. Nach 3 Stunden bei 250 °C war TAEA nicht mehr nachweisbar,
während andererseits der TAE-Gehalt auf 4,0 Gew.'-/o angestiegen war. Damit war
das Ziel, die möglichst quantitative Umwandlung von TAEA in das destillativ abtrennbare
TAUE, erreicht.
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Die destillative Abtrennung von TAE aus einer hauptsächlich DMT enthaltenden
Fraktion ist z.B. beschrieben in der japanischen Patentanmeldung 45 057/72.
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Ein unter technischen Gesichtspunkten wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß bei geeigneten Produktgemischen, die neben TAEA auch
zumeist noch pTS enthalten, die Bildung von TAE aus TAEA mit einer gleichzeitigen
Verringerung der pS-Konzentration -verbunden ist. Dies ist insofern bedeutsam, als
pTS destillativ nur schwer von TAE abzutrennen ist, Bei der destillativen Anreicherung
von TAE~erfolgt daher auch eine Aufkonzentrierung von pTS. Zwar wird in der DE;OS
28 08 867 ein Weg gewiesen, um pTS von TAE auf chemischem Wege abzutrennen, aedoch
ist der dafür notwendige Aufwand um so größer, je höher der relative pUS-Gehalt
ist.
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Die thermische Behandlung des Produktgemisches kann auch unter solchen
Bedingungen durchgeführt werden, die eine gleichzeitige Abdestillation des gebildeten
TAE
zusammen mit tiefer siedenden Komponenten, wie insbesondere
pTE, zumindest aber eines an TAE stark angereicherten Destillates gestatten. Die
Anreicherung von TAUE, das sich durch Deacetalisierung aus TAEA bildet, wird mit
der destillativen Anreicherung des Zielproduktes vorteilhaft verknüpft (vgl. Beispiel
3).
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der Beispiele
1 bis 3 näher erläutert.
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Bei der in-Beispiel 1 beschriebenen thermischen Behandlung des AEA-haltigen
Produktgemisches bei 250 °C war in 3 Stunden der pTS-Gehalt von 2,8 auf 2,3 Gew.-%
und damit um ca. 20% der Anfangsmenge gesunken. Insges-amt war dabei das TAE/p?S-Gewichtsverhältnis
von anfangs 0,4 : 1 auf 1-,7 : 1 verbessert worden. Ohne die gleichzeitige vorteilhafte
Verringerung der pTS-Konzentration wäre bei entsprechender TAE-Bildung nur ein TAE/pTS-Gewichtsterhältnis
von 1,4 : 1 erreicht worden.
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Beispiel 1 Ein Produktgemisch mit dem in Tabelle 1 angegebenen Aus-.
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gangsgehalt an Terephthalaldehydsäuremethylesterdimethylacetal (TAEA),
Terephthalaldehydsäuremethylester (TAE), p-Toluylsäure (pTS), p-Toluylsäuremethylester
(pTE), Terephthalsäure-monomethylester (MMT) und den drei isomeren Phthalsäure-dimethylestern
(DMI, DMO, DMT) wurde auf 250 °C 0 in. einem Glaskolben mit Rührer und Rückflußkühler
erhitzt und bei dieser Temperatur über den Versuchszeitraum gehalten. In Abständen
von 15, 45, 105 und 195 Minuten wurden Proben entnommen und gaschromatographisch
analysiert. Es wurden die in Tabelle 1 genannten Ergebnisse erhalten.
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Tabelle 1
Zeit (min) 0 15 45 105 195 |
TAEA (Gew.-%) 4,0 2,5 2,1 1,6 - |
TAE (Gew.-%) 1,2 1,8 2,4 3,1 4,0 |
pTS (Gew.-%) 2,8 2,7 2,7 2,4 2,3 |
pTE (Gew.-%) 9,5 10,6 11,2 10,8 11,2 |
NNT (Gew.-*) 4,6 3,9 3,6 3,2 2,8 |
DMO, DMI, (Gew.-%) 59,6 65,6 66,3 66,8 67,2 |
DNT |
Beispiel 2 Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde mit einem
Produkt der in Tabelle 2 angegebenen Ausgangszusammensetzung bei einer Temperatur
von 220 0C wiederholt Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
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Tabelle 2
Zeit (min) O 240 360 1 260 |
TAEA (Gew.-%) 3,8 2,5 2,2 |
TAE (Gew.-%) 0,8 1,7 2,1 3,6 |
pTS (Gew.-%) 1,8 1,5 1,5 1,1 |
pTE (Gew.-%) 16,6 17,0 17,2 18,0 |
MMT (Gew.-%) 3,9 3,4 3,2 1,8 |
DMO, DM1, (Gew.-%) 57,3 58,9 59,3 61,5 |
DMT |
Beispiel 3 1 000 g eines TAEA enthaltenden Produktgemisches mit
den in Tabelle 3 genannten Ausgangsgehalten an TAUE, TAEA, pTS, DMP (DMO, DMI, DMT)
und MMT wurden in der Blase einer Destillationsapparatur bei einem auf 310 Torr
(= 0,41 bar) eingestellten Vakuum 90 Minuten auf 255 0 erhitzt. Bei konstant gehaltener
Sumpftemperatur und konstant gehaltenem Vakuum wurde dann weiteres Einsatzprodukt
gleicher Ausgangszusammensetzung wie in der Tabelle in die Mitte der. mit 6 x 6
mm Naschendrahtwendeln gefüllten Kolonne (50 mm Nennweite, 200 cm Füllhöhe) mit
einer Zulaufgeschwindigkeit von ca 500 g/Std. eingespeist, und bei einem auf 30
: 1 eingestellten Rücklaufverhältnis und einer Kopftemperatur von 228 °C wurden
kontinuierlich Kopf- und Sumpfprodukt abgenommen. Nach zweistündiger kontinuierlicher
Destillation wiesen Kopf- und-Sumpfprodukt die in der Tabelle angegebene Zusammensetzung
auf.
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Tabelle 3
Zusammensetzung (Gew. -%) |
TAE TAEA TE TS DNP NMT |
Einsatzprodukt 0,2 6,8 - 2,5 63,3 5,5 |
Kopfprodukt 34,3 - 7,4 19,6 34,6 1,1 |
Sumpfprodukt 1,3 - - 0,4 92,4 1,2 |