DE3343802A1 - Kontinuierliche abtrennung von 1,4-dioxan aus fettalkoholethersulfaten - Google Patents

Kontinuierliche abtrennung von 1,4-dioxan aus fettalkoholethersulfaten

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C303/00Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives

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Description

  • Kontinuierliche Abtrennung von 1,4-Dioxan aus
  • Fettalkoholethersul faten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkyl-, und Alkylaryl-Polyglykolethersulfaten mit einem erniedrigten Gehalt an 1,4-Dioxan.
  • Alkylpolyglykolethersulfate und Alkylarylpolyglykolethersulfate sind wichtige Tensidrohstoffe für flüssige Spül- und Reinigungsmittel und für kosmetische Produkte wie Schaum-Dusch-Bäder, Badepräparate, Shampoos u. a.
  • Größte technische Bedeutung haben die Natrium-, Ammonium- und Alkanolaminsalze von Ethersulfaten auf Basis von Anlagerungsprodukten von 1 - 4 Mol Ethylenoxid an natürliche und synthetische Fettalkohole mit 10 - 16 Kohlenstoffatomen. Eine gewisse technische Bedeutung besitzen auch die Ethersulfate auf Basis von Anlagerungsprodukten von 2 - 6 Mol Ethylenoxid an Octylphenol und Nonylphenol.
  • Derartige Ethersulfate werden aus Anlagerungsprodukten des Ethylenoxids an natürliche und synthetische Fettalkohole sowie an Alkylphenole hergestellt durch Umsetzung mit Chlorsulfonsäure oder mit Schwefeltrioxid in äquimolaren Mengen. Dabei werden die Schwefelsäure-Halbester der Ethoxylate erhalten, die dann mit verdünnten wässrigen Lösungen von Alkalihydroxiden, Ammoniak oder Aminen neutralisiert werden. Hierbei werden die Neutralisationsbasen in einer solchen Verdünnung eingesetzt, daß das Ethersulfat als fließfähige wässrige Lösung anfällt. Die Alkali- und Ammoniumsalze werden im allgemeinen als 25 - 30 teige Lösungen hergestellt und in den Handel gebracht, da die Produkte bei höheren Konzentrationen nicht mehr ausreichend fließfähig sind.
  • Bei der Herstellung von Ethersulfaten nach den beschriebenen Verfahren kommt es immer zur Bildung von 1,4-Dioxan als Nebenprodukt, das deshalb in technischen Ethersulfaten, je nach Verfahrensbedingungen, in Mengen von 300 bis 3 000 ppm, bezogen auf den Ethersulfatgehalt, enthalten ist. Dabei zeigen Ethersulfate, die mit SO3 hergestellt wurden, meist Dioxangehalte von über 1 000 ppm, solche, die mit ClSO3H hergestellt wurden Dioxangehalte von 100 - 500 ppm, bezogen auf den Ethersulfatgehalt.
  • Im Jahre 1974 wurden von R.J. Kociba et al (Toxicology, Applied Pharmacology, Vol. 30, 275 - 298) toxikologische Studien über 1,4-Dioxan veröffentlicht. Obwohl danach im Tierversuch gesundheitliche Schädigungen erst bei extrem hoher Dosierung beobachtet wurden und eine direkte Gefährdung bei der Verarbeitung und Anwendung von Ethersulfaten mit geringem Dioxangehalt nicht wahrscheinlich gemacht werden konnte, besteht seither ein großes Interesse bei Herstellern und Verwendern dieser Tenside, insbesondere im Bereich der kosmetischen Anwender und im Hinblick auf das geschärfte Bewußtsein für toxikologische Fragestellungen, jedes auch nur denkbare Risik.o auszuschalten und Ethersulfate, die frei oder weitgehend frei von 1,4-Dioxan sind, zur Verfügung zu stellen.
  • Die Bildung des 1,4-Dioxans bei der Sulfatierung von Polyglykolethern mit Chlorsulfonsäure oder Schwefeltrioxid kann nicht verhindert werden. Es sind auch bisher keine Ansätze zur Lösung dieser Aufgabe bekanntgeworden. Die Umsetzung der Polyglykolether mit Amidosulfon- säure liefert zwar weitgehend dioxanfreie Ethersulfate Das Verfahren hat aber nur begrenztes technisches Interesse wegen der geringen Umsetzungsgrade und vor allem auch deswegen, weil auf diesem Wege nur Ammoniumsalze direkt zugänglich sind. Die Überführung der so gewonnenen Ammoniumsalze in Alkalisalze mittels Alkalihydroxid ist zwar prinzipiell möglich, jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht interessant.
  • Eine Abtrennung des 1,4-Dioxans von den rohen Sulfatierungsprodukten, also den Schwefelsäurehalbestern, ist nicht möglich, da diese Produkte nur begrenzt stabil sind und unter thermischer Belastung zur Zersetzung, auch unter Bildung von weiterem 1,4-Dioxan, neigen.
  • Die Abtrennung des 1,4-Dioxans aus den neutralisierten technischen Ethersulfatlösungen durch Eindampfen oder Wasserdampfdestillation ist im Prinzip möglich, da 1,4-Dioxan mit Wasser bei 1,013 bar ein bei 87,8"C siedendes azeotropes Gemisch aus 81,6 Gew.-% 1,4-Dioxan und 18,4 Gew.-% Wasser bildet. Die handelsüblichen 25 bis 30 %igen Lösungen von Ethersulfaten neigen aber unter diesen Bedingungen so sehr zum Schäumen, daß eine destillative Behandlung schon im Labormaßstab schwierig ist und eine großtechnische Durchführung nicht möglich erscheint. Außerdem ist das hochviskose Produkt ab Konzentrationen von 80 Gew.-% Ethersulfat nicht mehr fließ- oder pumpfähig. Dadurch ist die in technischen Anlagen erreichbare Endkonzentration an Dioxan bedingt.
  • In der DE-OS 31 26 175 wird die Herstellung eines gerchlosen Polyoxyethylenalkylethersulfat-Konzentrats durch Wärmebehandlung unter vermindertem Druck beschrieben.
  • Der Desodoriervorgang, d.h. die Entfernung unangenehmer Geruchsbildner, wird in einem Dünnschichtverdampfer bei Temperaturen zwischen 50 und 130"C und Drucken zwischen 6,65 x lo 3 und 0,53 bar durchgeführt. Dieses Verfahren kann jedoch nicht als vorteilhaft angesehen werden, weil sich die Ethersulfate in wässriger Lösung schon bei Temperaturen ab 100"C, u.a. unter Freisetzung von Dioxan, zersetzen und die starke Schaumbildung der Fettalkoholethersulfate ein Arbeiten unter Vakua bis 6,65 x 10 3 bar nicht zulässt. Zudem erfordern die verfahrenstechnischen Eigenheiten des Produktionsprozesses der Ethersulfate, daß in allen Bereichen des Herstellungsverfahren ein fließ- und pumpfähiges Produkt vorliegt. Bei Konzentrationen von größer > 85 -% (in der DE-OS 31 26 175 werden sogar Konzentrationen bis 96 % beschrieben) hat die Ethersulfatlösung eine so hohe Viskosität, daß sie nicht mehr fließ- und pumpfähig ist.
  • Es bestand daher die Aufgabe, ein großtechnisch durchführbares Verfahren und eine Apparatur zu entwickeln, die es ermöglichen, 1,4-Dioxan kontinuierlich aus wässrigen Lösungen der Ethersulfate abzutrennen. Dabei war eine niedrige Temperatur und Verweilzeit zwingend ein zu halten. Wegen der hohen Viskosität mußte zudem eine Zwangsförderung des Produktes in die Apparatur gegeben sein, wobei wegen der Schaumneigung der Fettalkoholethersulfate große Strömungsquerschnitte erforderlich waren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die 1,4-Dioxan-haltigen wässrigen Lösungen der Polyglykolethersulfate kontinuierlich in einem Vorwärmer erwärmt werden, das erhitzte Rohprodukt kontinuierlich, durch eine Düse in feine Tropfen zerteilt, in eine Sprühkammer gepumpt wird, die Sprühkammer mittels einer Vakuumpumpe auf einem Druck von 10 - 100 mbar gehalten wird, das Produkt durch einen Rührer in der Sprühkammer dünnflüssig gehalten und durch eine Austragungspumpe kontinuierlich abzogen wird.
  • Die Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 gezeigt. Sie besteht im wesentlichen aus einer Zulaufpumpe 1, dem Vorwärmer für das Rohprodukt 2, der Sprühkammer mit Sprühdüse und Rührer 3, der Austragpumpe 4 und einer Vakuumpumpe 5.
  • Uber die Zulaufpumpe 1 wird die 1,4-Dioxan-haltige wässrige Lösung der Polygylkolethersulfate durch einen Vorwärmer 2 gedrückt und dabei auf 50 - 1000C erwärmt.
  • Die so erwärmte Rohlösung wird über eine Düse in die Sprühkammer 3 versprüht, die auf einen Druck von 10 bis 100 mbar evakuiert ist. Durch die Zerteilung in feine Tropfen wird einerseits eine große Oberfläche geschaffen und andererseits der Diffusionsweg für die ahzutrennende Komponente verkürzt.
  • Am Boden der Sprühbehälters wird das Produkt durch einen Rührer erfaßt. Durch die beim Rühren aufgewendeten Scherkräfte bleibt die Viskosität der wässrigen Produktlösung niedrig. Mit einer Austragpumpe 4 kann das gut fließfähige Produkt aus der Sprühkammer ausgetragen werden.
  • Das verdampfte Wasser-1,4-Dioxan-Gemisch wird über die Vakuumleitung aus der Sprühkammer gezogen und in einem Kondensator verflüssigt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der 1,4-Diosangehalt der wässrigen Polyglykolethersulfatlösungen je nach Verfahrenstemperatur und stündlichem Durchsatz auf 17 bis 22 % des ursprünglichen Wertes gesenkt werden. Das Verfahren kann zur weitergehenden Reduzierung des 1,4-Dioxangehalts auch mehrstufig durchgeführt oder so abgewandelt werden, daß ein Teilstrom des Produktes im Kreis geführt wird.
  • Dadurch, daß die Dampfphase in der Sprähkammer mehr 1,4-Dioxan als Wasser enthält, wird die Abtrennung des cyclischen Ethers möglich. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Entfernung des Dioxans von einem Anstieg der Ethersulfatkonzentration in der Lösung begleitet ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in den Sprühbehälter gleichzeitig mit dem Rohprodukt überhitzter Wasserdampf geblasen wird. Dadurch wird dem Ansatz schonend Wärme zugeführt. Die Schleppwirkung des Wassers bewirkt zudem eine weitergehende Abtrennung des 1, 4-Dioxans.
  • Um bei der Wärmebehandlung eine Hydrolyse der Polyglykolethersulfate, u.a. unter weiterer Abspaltung von 1,4-Dioxan, zu verhindern, beträgt die Verweilzeit im Vorwärmer weniger als 10 minuten und in der Sprühzone weniger als 5 Sekunden, vorzugsweise ca. 1 Sekunde.
  • Die nachfolgenden Beispiele erläutern den Gegenstand der Erfindung.
  • Beispiel 1 Eine wässrige, 1280 ppm 1,4-Dioxan enthaltende Natrium-Fettalkoholethersulfat (FAS) -Lösung aus der Sulfatierung von Fettalkoholpolyglykolethern mit SO3 mit einem pH-Wert von 11 und einem FAS-Gehalt von 70,2 % wurde nach Erwärmen auf 70 OC mit einem Sprühdruck von 40 bar in die Sprühkammer eingesprüht, die auf einen Druck von 14 mbar evakuiert war. Der Produktdurchsatz betrug 160 kg Lösung.
  • Nach einer Verweilzeit von Minuten wurde das Produkt über die Pumpe aus dem Behälter ausgetragen. Der 1,4-Dioxangehalt der Produktlösung betrug 287 ppm Dioxan, der Gehalt der Lösung an FAS (bei pH 11) 74,6 %. Der 1,4-Dioxangehalt wurde somit auf 22 -t des ursprünglichen Wertes reduziert.
  • Beispiel 2 Die Versuchsanordnung war identisch mit der in Beispiel 1. Vor Versprühen der Rohlösung, die einen 1,4-Dioxangehalt von 1502 ppm aufwies, wurde eine Temperatur von 980C eingestellt. Nach einer Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens enthielt die Produktlösung noch 296 ppm 1,4-Dioxan, was einer Reduzierung des Gehaltes auf 20 % entsprach.
  • Beispiel 3 Die Versuchsanordnung entsprach der in Beispiel 1.
  • Der Produktdurchsatz wurde auf 20 kg Lösung/h reduziert. Zusätzlich wurden 1,6 kg überhitzter Wasserdampf/h in den Sprühbehälter eingeblasen. Der 1,4-Dioxangehalt der Rohlösung von 1508 ppm wurde in einem Verfahrensschritt auf 252 ppm (17 %) reduziert.
  • - Leerseite -

Claims (3)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Abtrennung von 1,4-Dioxan aus wässrigen Lösungen von Alkali-, Ammonium- und Alkanolammonium-Salzen von Alkylpolyglykolethersulfaten und Alkylarylpolygylkolethersulfaten, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich a) das Rohprodukt in einem Vorwärmer auf 50 - 1000C erwärmt wird, b) das erwärmte Rohprodukt, durch eine Düse in feine Tropfen zerteilt, in eine Sprühkammer gepumpt wird, c) die Sprühkammer mittels einer Vakuumpumpe auf einem Druck von 10 - 100 mbar gehalten wird, d) die Produktlösung durch einen Rührer im Sprühbehälter dünnflüssig gehalten wird und e) das Produkt durch eine Austragpumpe abezogen wird.
  2. 2. Verfahren zur Abtrennung von 1,4-Dioxan aus wässrigen Lösungen der Salze von Fettalkoholethersulfaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich überhitzter Wasserdampf in die Sprühkammer eingeblasen wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Abtrennung von 1,4-Dioxan aus wassrigen Lösungen der Alkali-, Ammonium- und Alkanolainmoniumsalze von Alkylpolyglykolethersulfaten und Alkylarylpolyglykolethersulfaten, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer zylindrischen, sich am unteren Ende konisch verjüngenden, mit einem den Behälterboden erreichenden motorgetriebenen Rührer versehenen druckfesten Sprühkammer (3) besteht, der am oberen Ende über eine Einspritzdüse das Rohprodukt nach Passieren einer Vorwärmvorrichtung (2) über eine Zulaufpumpe (1) kontinuierlich zugeführt und das Produkt am Behälter- boden über eine Austragspumpe (4) kontinuierlich entzogen wird und die mittels einer Vakuumpumpe (5) auf einen Druck von 10 - 100 mbar gehalten wird.
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