DE3727553A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF PURE FUMAR ACID FROM BY-PRODUCTS CONTAINING MALEIC ACID - Google Patents
METHOD FOR THE PRODUCTION OF PURE FUMAR ACID FROM BY-PRODUCTS CONTAINING MALEIC ACIDInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reiner Fumarsäure aus maleinsäurehaltigen Nebenprodukten, die sich im Laufe der Phthalsäureanhydrid- oder Maleinsäureanhydrid-Herstellung bilden.The invention relates to a method for producing pure fumaric acid from maleic acid-containing by-products, which are in the course of phthalic anhydride or Form maleic anhydride production.
Die Fumarsäure ist das geometrische Isomer der Maleinsäure und verfügt über ähnliche chemische Eigenschaften. Von den zwei Isomeren ist die Fumarsäure die stabilere Verbindung, deshalb beginnt bereits bei Raumtemperatur die Umwandlung von Maleinsäure in Fumarsäure. In der industriellen Praxis wird die Isomerisation durch Erhöhung der Temperatur sowie durch Anwendung von Katalysatoren beschleunigt.Fumaric acid is the geometric isomer of maleic acid and has similar chemical properties. Of the two isomers, fumaric acid is the more stable compound, therefore the conversion begins at room temperature from maleic acid to fumaric acid. In industrial practice isomerization is accomplished by increasing the temperature as well accelerated by using catalysts.
Die Fumarsäure wird für verschiedene Zwecke eingesetzt. So z.B. für die Herstellung von Polyesterharzen, Farbstoffen, Lacken, modifizierten Giessharzen, elektrochemischen Isolatoren, Elastomeren, Plastifikatoren in der Papierindustrie, usw., weiterhin in tierischen Nährmitteln sowie als Zusatzstoff in der Lebensmittelindustrie anstatt Weinsäure und Zitronensäure.Fumaric acid is used for various purposes. So e.g. for the production of polyester resins, dyes, Paints, modified casting resins, electrochemical Insulators, elastomers, plasticizers in the Paper industry, etc., continue in animal nutrition as well as an additive in the food industry instead Tartaric acid and citric acid.
Der Grundstoff der Fumarsäure-Herstellung ist die Maleinsäure bzw. das Maleinsäureanhydrid. Das Maleinsäureanhydrid wird durch katalytische Oxidation von Benzol hergestellt, es bildet sich aber auch als Nebenprodukt bei der Phthalsäureanhydrid-Herstellung, bei der katalytischen Oxidation von Naphthalin bzw. o-Xylol. Im letzteren Fall wird das während der Oxidation gebildete Maleinsäureanhydrid bzw. seine Dämpfe durch Wasser absorbiert. Verständlich ist dieses Maleinsäureanhydrid mit sonstigen Nebenprodukten verschmutzt, was seine Aufarbeitung zu Fumarsäure erschwert. Eine derartige Abfall-Waschflüssigkeit enthält im allgemeinen 10 bis 30% an Maleinsäure, ferner organische Oxidationsprodukte, wie Säuren, Aldehyde, Chinone usw., ausserdem Kondensations- und Polymerisationsprodukte. An zahlreichen Stellen werden diese Abfall-Waschflüssigkeiten nicht nutzbar gemacht, sie gelangen in das Abwasser und verstärken die Verschmutzung der Umwelt. Ihre Verarbeitung ist also aus Umweltschutz- und Wirtschaftlichkeitsgründen gleichermassen empfohlen.The basic ingredient in fumaric acid production is maleic acid or the maleic anhydride. The maleic anhydride is made by catalytic oxidation of benzene, it but also forms as a by-product of Phthalic anhydride production, in the catalytic Oxidation of naphthalene or o-xylene. In the latter case becomes the maleic anhydride formed during the oxidation or its vapors are absorbed by water. Is understandable this maleic anhydride with other by-products dirty, which makes it difficult to process it into fumaric acid. Such waste washing liquid generally contains 10 to 30% of maleic acid, also organic Oxidation products such as acids, aldehydes, quinones etc., in addition Condensation and polymerization products. At numerous Some of these waste washing liquids cannot be used made, they get into the wastewater and strengthen the Pollution of the environment. So your processing is over Environmental protection and economic reasons equally recommended.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Fumarsäure aus maleinsäurehaltigen, industriellen Abfällen, die sich während der auf Naphthalin- bzw. o-Xylolbasis beruhenden Phthalsäureanhydrid-Herstellung und der auf Benzolbasis beruhenden Maleinsäureanhydrid-Herstellung bilden.The present invention relates to the production of Fumaric acid from industrial waste containing maleic acid, which during the naphthalene or o-xylene base based phthalic anhydride production and Benzene based maleic anhydride manufacturing form.
Ausgehend von reiner Maleinsäure vollzieht sich der Isomerisationsprozess einfach, die erhaltene Fumarsäure beansprucht in der Regel keine Reinigung. Werden dagegen maleinsäurehaltige Abwässer als Grundstoff verwendet, so ergeben sich die folgenden Probleme:Starting from pure maleic acid Isomerization process simple, the fumaric acid obtained usually does not require cleaning. Be against it waste water containing maleic acid used as the raw material, so result the following problems:
- - Die im Abwasser vorhandenen Nebenprodukte verringern den Wirkungsgrad der Isomerisationskatalysatoren, sie reagieren sogar mit dem Katalysator, wodurch weitere Verunreinigungen zustandekommen.- Reduce the by-products present in the wastewater the efficiency of the isomerization catalysts, they even react with the catalyst, causing more Impurities occur.
- - Ein Teil der im Abwasser befindlichen Verunreinigungen gelangt unter die sich bildenden Kristalle der Fumarsäure, so dass das Rohprodukt gereinigt werden muss.- Part of the contaminants in the wastewater gets under the fumaric acid crystals that form, so the raw product has to be cleaned.
In den bekannten Verfahren verwendet man als Katalysator meistens eine bromabgebende Verbindung und ein Oxidationsmittel, beispielsweise Ammoniumbromid und Ammoniumpersulfat. Ausserdem wird der Harnstoff, Thioharnstoff und seine Derivate, Salzsäure und sonstige Stickstoff- und Schwefelverbindungen verwendet.In the known processes, the catalyst is used mostly a bromine releasing compound and an oxidizing agent, for example ammonium bromide and ammonium persulfate. In addition, the urea, thiourea and its Derivatives, hydrochloric acid and other nitrogen and Sulfur compounds used.
Gemäss der polnischen Patentschrift Nr. 57 076 wird zur Herstellung von Fumarsäure eine 40%-ige Maleinsäurelösung zunächst im Autoklav mittels Aktivkohle entfärbt, wenn jedoch die Entfärbung mit Aktivkohle ungenügend ist, wird nachträglich eine Behandlung mit Natriumhypochlorit vorgenommen. Anschliessend folgt bei 100°C die Isomerisation in Gegenwart vom Kaliumbromat-Katalysator. Über den Reinheitsgrad des Produktes liegen keine Angaben vor.According to the Polish Patent No. 57 076 Production of fumaric acid a 40% maleic acid solution first decolorized in the autoclave using activated carbon, but if so decolorization with activated charcoal is insufficient treated with sodium hypochlorite. This is followed by the isomerization in the presence at 100 ° C. of the potassium bromate catalyst. About the degree of purity of the Product no information available.
Gemäss der US-PS 27 04 296 wird der Ausgangsstoff vor der Isomerisation durch Behandlung mit Chlor und Knochenkohle gereinigt, dann folgt mit zweistündigem Kochen die Isomerisation in Gegenwart von Salzsäurekatalysator. Die Farbe der Fumarsäure kann von mattgelb bis weiss reichen.According to US-PS 27 04 296, the starting material before Isomerization through treatment with chlorine and bone carbon purified, then the isomerization follows with two hours of boiling in the presence of hydrochloric acid catalyst. The color of fumaric acid can range from matt yellow to white.
Gemäss der US-PS 32 56 327 wird nach Klärung mit Aktivkohle mit Luft während der Isomerisation oxidiert. Die Isomerisation wird bei 80°C in Gegenwart von Ammoniumbromid und Ammoniumpersulfat-Katalysator durchgeführt. Die Farbe des erhaltenen Produktes entspricht der Hazen'schen Zahl 45.According to US Pat. No. 3,256,327, after clarification with activated carbon oxidized with air during isomerization. The isomerization is at 80 ° C in the presence of ammonium bromide and Ammonium persulfate catalyst performed. The color of the The product obtained corresponds to Hazen's number 45.
Gemäss den folgenden bekannten Verfahren wird die fertige Fumarsäure nach der Separierung einem Extrareinigungsprozess unterworfen.According to the following known methods, the finished Fumaric acid after separation an extra cleaning process subject.
Gemäss der JP-PS 37-6 507/1962 bereitet man aus der Fumarsäure eine 10%-ige wässrige Lösung und kocht diese in Gegenwart von Aktivkohle und Manganoxiden. Auf diese Weise erhält man reine Fumarsäure, deren Farbenzahl nicht mitgeteilt ist.According to JP-PS 37-6 507/1962, preparation is made from fumaric acid a 10% aqueous solution and boil it in the presence of activated carbon and manganese oxides. This way you get pure fumaric acid, the number of colors of which is not stated.
Gemäss der JP-PS 48-34 121/1973 wird die fertige Fumarsäure mittels Sublimation, Klärung mit Aktivkohle und Kristallisation gereinigt.According to JP-PS 48-34 121/1973, the finished fumaric acid by sublimation, clarification with activated carbon and crystallization cleaned.
Die Farbe des gereinigten Produktes beträgt 30 auf der Hazen-Skala.The color of the cleaned product is 30 on the Hazen scale.
Gemäss der SU-PS 1 63 174 wird die Maleinsäurelösung erst mit Harnstoff, dann mit Thioharnstoff 3 Stunden lang bei 70°C isomerisiert. Die Fumarsäure wird abgetrennt, mit Knochenkohle geklärt und umkristallisiert. Über die Reinheit des Produktes werden keine Angaben mitgeteilt.According to SU-PS 1 63 174, the maleic acid solution only becomes with Urea, then with thiourea for 3 hours 70 ° C isomerized. The fumaric acid is separated off with Bone char clarified and recrystallized. About purity no details of the product are communicated.
Gemäss der IT-PS 21 766 A/81 (Patentanmeldung) wird die Maleinsäurelösung vor der Isomerisation bei 100°C wärmebehandelt und mit Aktivkohle entfärbt. Nach der Filtration wird mit Thioharnstoff isomerisiert, die Fumarsäure abgetrennt. Die rohe Fumarsäure wird mittels Aktivkohle-Klärung umkristallisiert.According to IT-PS 21 766 A / 81 (patent application) Maleic acid solution before isomerization at 100 ° C heat treated and decolorized with activated carbon. After Filtration is isomerized with thiourea, fumaric acid separated. The raw fumaric acid is by means of Activated carbon clarification recrystallized.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung einer einfachen Technologie für die Herstellung von Fumarsäure aus in verschiedenem Masse verunreinigten, Maleinsäure enthaltenden Lösungen, mit welcher die Isomerisation sich schnell und bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen vollzieht und ein reines Endprodukt hergestellt werden kann.The object of the present invention is the application of a simple technology for the production of fumaric acid from maleic acid contaminated to varying degrees containing solutions with which the isomerization itself quickly and at relatively low temperatures and a pure end product can be produced.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Fumarsäure aus maleinsäurehaltigen Nebenprodukten gehen wir in der Weise vor, dass wir die maleinsäurehaltige Flüssigkeit mit Aktivkohle klären, danach in Gegenwart von Thioharnstoff, Salzsäure und Natriumhyposulfit isomerisieren. Die sich aus der Lösung abscheidenden Fumarsäurekristalle sind weissfarbig und entsprechen nach der Trocknung der Hazen'schen Zahl 10. Bei der Isomerisation erwärmen wir den Ausgangsstoff 30 Minuten bei 60 bis 80°C in Gegenwart der zugeführten Zusatzstoffe. For the production of the fumaric acid according to the invention maleic acid by-products we go in the way before using the maleic liquid Clarify activated carbon, then in the presence of thiourea, Isomerize hydrochloric acid and sodium hyposulfite. The ones out The fumaric acid crystals depositing in the solution are white in color and, after drying, correspond to Hazen's number 10. During the isomerization we heat the starting material 30 Minutes at 60 to 80 ° C in the presence of the supplied Additives.
(1) Das Verfahren lässt sich einfach und schnell durchführen, die Isomerisation vollzieht sich bei verhältnismässig niedriger Temperatur in kurzer Zeit.(1) The process is quick and easy carry out, the isomerization takes place relatively low temperature in a short time.
(2) Die Zusatzstoffe sind leicht zugänglich, entfalten ihre Wirkung gut auch bei Anwesenheit von Verunreinigungen.(2) The additives are easily accessible, unfold they work well even in the presence of impurities.
(3) Auch ohne Umkristallisieren kann ein reines Produkt hergestellt werden, dessen Farbzahl laut APHA etwa 10 Hazen beträgt.(3) Even without recrystallization, a pure product can be produced, whose color number according to APHA is about 10 Hazen is.
Die folgenden Beispiele sollen die Einzelheiten der Erfindung näher erläutern.The following examples are intended to illustrate the details of the invention explain in more detail.
Zu 220 g einer 25% Maleinsäure enthaltenden, farbigen Waschflüssigkeit, die im Laufe der auf Naphthalinbasis beruhenden Phthalsäureanhydrid-Herstellung gewonnen wird, wird 3% Aktivkohle, berechnet auf den Maleinsäuregehalt, gegeben, 15 Minuten bei 90°C gerührt, dann wird die Flüssigkeit auf 30°C gekühlt und filtriert. Anschliessend wird der Lösung auf den Maleinsäuregehalt berechnet 1,7% Thioharnstoff, weiterhin 3,5% NaHSO3 und 15 ml an 30%-iger Salzsäure zugeführt. Die Lösung wird auf 80°C erwärmt, 30 Minuten verrührt bei dieser Temperatur, dann auf 23°C abgekühlt, filtriert, die nasse Fumarsäure bei 80°C getrocknet. To 220 g of a colored washing liquid containing 25% maleic acid, which is obtained in the course of the naphthalene-based phthalic anhydride production, 3% activated carbon, calculated on the maleic acid content, is added, stirred for 15 minutes at 90 ° C., then the liquid is opened Chilled to 30 ° C and filtered. The solution is then calculated based on the maleic acid content, 1.7% thiourea, 3.5% NaHSO 3 and 15 ml of 30% hydrochloric acid. The solution is heated to 80 ° C., stirred at this temperature for 30 minutes, then cooled to 23 ° C., filtered and the wet fumaric acid dried at 80 ° C.
Ausbeute 49,5 g, 80% der theoretischen Ausbeute. Qualität der erhaltenen Fumarsäure: Säuregehalt auf Fumarsäure berechnet 99,7 bis 99,9%, Maleinsäure ist nicht vorhanden. Die Farbe einer 5%-igen Lösung in absolutem Alkohol entspricht der Hazen'schen Zahl 10. Der Glührückstand beträgt 0,01%, der Eisengehalt liegt unterhalb 3 ppm. Schmelzpunkt: 286,5 bis 288,5°C.Yield 49.5 g, 80% of the theoretical yield. quality of the fumaric acid obtained: acidity on fumaric acid calculated 99.7 to 99.9%, maleic acid is not available. The color of a 5% solution in absolute alcohol corresponds to Hazen's number 10. The residue on ignition is 0.01%, the iron content is below 3 ppm. Melting point: 286.5 to 288.5 ° C.
220 g einer 27% Maleinsäure enthaltenden farbigen Waschflüssigkeit, die sich im Laufe der auf o-Xylolbasis beruhenden Phthalsäureanhydrid-Herstellung bildet, werden 1,7% Aktivkohle, berechnet auf den Maleinsäuregehalt, zugegeben, 15 Minuten bei 90°C gerührt, dann auf 30°C abgekühlt und filtriert. Anschliessend wird die Lösung mit 1,7% Thioharnstoff, 3,5% NaHSO3 und 10 ml einer 30%-igen Salzsäure, alle auf den Maleinsäuregehalt bezogen, versetzt. Wir isomerisieren unter ständigem Rühren 30 Minuten lang. Dann wird die Lösung auf 25°C abgekühlt, die abgeschiedene Fumarsäure filtriert und bei 80°C getrocknet.220 g of a colored washing liquid containing 27% maleic acid, which is formed in the course of the phthalic anhydride production based on o-xylene, 1.7% activated carbon, calculated on the maleic acid content, is added, stirred at 90 ° C. for 15 minutes, then to 30 Cooled and filtered. The solution is then mixed with 1.7% thiourea, 3.5% NaHSO 3 and 10 ml of 30% hydrochloric acid, all based on the maleic acid content. We isomerize for 30 minutes with constant stirring. Then the solution is cooled to 25 ° C, the separated fumaric acid is filtered and dried at 80 ° C.
Ausbeute 54 g, 91% der theoretischen Ausbeute. Die Farbe einer 5%-igen Lösung in absolutem Alkohol entspricht der Hazen'schen Zahl 10. Der Säuregehalt beträgt, auf Fumarsäure bezogen, 99,7 bis 99,9%. Schmelzpunkt: 286 bis 288°C. Yield 54 g, 91% of the theoretical yield. The color a 5% solution in absolute alcohol corresponds to Hazen's number 10. The acidity is on fumaric acid related, 99.7 to 99.9%. Melting point: 286 to 288 ° C.
220 g einer 27% Maleinsäure enthaltenden farbigen Waschflüssigkeit, die sich im Laufe der auf Benzolbasis beruhenden Herstellung von Maleinsäureanhydrid bildet, werden 5% Aktivkohle, berechnet auf den Maleinsäuregehalt, zugegeben, 30 Minuten bei 90°C gerührt, dann auf 30°C abgekühlt und filtriert. Dann wird die Lösung auf den Maleinsäuregehalt berechnet mit 1,8% Thioharnstoff, ferner 5% Na2SO3 und 15 ml einer 30%-igen Salzsäure versetzt. Es wird bei 80°C unter ständigem Rühren 30 Minuten lang isomerisiert, dann auf 25°C abgekühlt, die abgeschiedene Fumarsäure wird filtriert und bei 80°C getrocknet.220 g of a colored washing liquid containing 27% maleic acid, which is formed in the course of the benzene-based production of maleic anhydride, 5% activated carbon, calculated on the maleic acid content, is added, stirred for 30 minutes at 90 ° C, then cooled to 30 ° C and filtered. Then the solution is calculated based on the maleic acid content with 1.8% thiourea, 5% Na 2 SO 3 and 15 ml of 30% hydrochloric acid. It is isomerized at 80 ° C with constant stirring for 30 minutes, then cooled to 25 ° C, the separated fumaric acid is filtered and dried at 80 ° C.
Ausbeute 53,5 g, 90% der theoretischen Ausbeute. Die Farbe der 5%-igen Lösung in absolutem Alkohol entspricht der Hazen'schen Zahl 10, Reinheit 99,7 bis 99,9%. Schmelzpunkt: 286 bis 288°C.Yield 53.5 g, 90% of the theoretical yield. The color the 5% solution in absolute alcohol corresponds to that Hazen's number 10, purity 99.7 to 99.9%. Melting point: 286 to 288 ° C.
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