DE69516187T2

DE69516187T2 - Meta-Toluoldiamin-Zusammensetzung für Lagerung und Transportierung

Info

Publication number: DE69516187T2
Application number: DE69516187T
Authority: DE
Inventors: Richard Van Court Carr; Andrew James Casale
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: EP0866054B1; KR960014090A; CA2159441C; BR9504221A; EP0705814A1; EP0705814B1; US5449832A; CA2159441A1; MX185061B; DE69506823T2; KR100191756B1; DE69516187D1; CN1130613A; EP0866054A3; TW315363B; CN1044806C; EP0866054A2; JP2853614B2; JPH08119910A; DE69506823D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von meta-Toluoldiamin für Lagerung und Transport in der flüssigen Phase.

Hintergrund der Erfindung

Toluoldiamin wird industriell durch die Hydrierung von Dinitrotoluol hergestellt, das durch das Mischsäureverfahren erzeugt wurde. In einem solchen Verfahren wird Toluol in Gegenwart von Schwefelsäure unter solchen Bedingungen in Kontakt mit Salpetersäure gebracht, dass ein Reaktionsprodukt erzeugt wird, das hauptsächlich ein 2,4- und 2,6-Dinitrotoluolisomergemisch (65 bis 80% 2,4- und 20 bis 35% 2,6-Isomer) enthält. Das Dinitrotoluol wird gewonnen und dann in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators, z. B. eines Nickelkatalysators, mit Wasserstoff in Kontakt gebracht. Bei Abschluss der Hydrierung wird das Toluoldiamin enthaltende Reaktionsprodukt unter verringertem Druck und bei erhöhter Temperatur (182 bis 199ºC; 360 bis 390ºF) destilliert und alle leichten Substanzen, Wasser, Toluidin, ortho- Toluoldiamin sowie Nebenprodukte entfernt. Nach der Destillation wird das meta-Toluoldiamin-Isomergemisch vom Boden der Säule bei einer Temperatur von etwa 199ºC (390ºF) gewonnen und in einen Produktkühler geleitet, wo die Temperatur auf etwa 110 bis 121ºC (250 bis 250ºF) reduziert und der Druck auf den atmosphärischen Wert erhöht wird. Das resultierende meta-Toluoldiamin- Isomergemisch wird gelagert.
Toluoldiamin ist ein hochschmelzendes aromatisches Diamin mit einem Schmelzpunkt von etwa 105ºC oder 220ºF. Wegen seines hohen Schmelzpunkts werden Lagerung und Transport schwierig, vor allem in großen Behältern, wie man sie auf Schiffen findet. Wenn man zulässt, dass sich das meta-Toluoldiamin-Isomergemisch in einen Feststoff verwandelt, können sich die aromatischen Diamine wegen der schlechten Wärmeübertragung beim erneuten Schmelzen zersetzen. Ein Problem gibt es nicht nur mit der Stabilität, sondern wegen der schlechten Wärmeübertragung auch beim erneuten Schmelzen eines großen festen Blocks. Man hat versucht, Toluoldiamin vor dem erneuten Schmelzen zu granulieren, aber das Ergebnis war wegen der schlechten Wärmeübertragung zwischen den festen Körnchen unannehmbar. Das Toluoldiamin-Isomergemisch wird dann typischerweise in kleinen Gefäßen gelagert und auf Lastwagen oder anderen Fahrzeugen transportiert, die so ausgerüstet sind, dass das Toluoldiamin auf einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt gehalten werden kann.
Die langfristige Lagerung und der Transport in großen Behältern, wie man sie auf Ozeanschiffen findet, sind sehr schwierig. Ein Problem, das bei dieser Art der Lagerung und/oder des Transports auftritt, ist der Mangel an Anlagen, die benötigt werden, um das gelagerte Toluoldiamin auf einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt zu halten. Abgesehen von den notwendigen Anlagen, mit denen das Toluoldiamin auf einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt gehalten werden soll, darf man auch die Komponente der Betriebs- und Energiekosten der Lagerung bzw. des Transports nicht außer Acht lassen, wenn man die Temperatur des Toluoldiamins für einen längeren Zeitraum über seinem Schmelzpunkt halten will.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes meta-Toluoldiamin-Isomergemisch für Lagerung und Transport, insbesondere langfristige Lagerung oder die Aufbewahrung in großen Behältern, z. B. Schiffscontainern, wie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt. Das Grundverfahren zur Herstellung dieses Produkts umfasst die Dinitrierung von Toluol zu einem Reaktionsprodukt, das 2,4- und 2,6-Dinitrotoluol enthält, die Hydrierung des 2,4- und 2,6-Dinitrotoluol enthaltenden Reaktionsprodukts zu 2,4- und 2,6-Toluoldiamin, die Destillation des Reaktionsprodukts der Hydrierung unter verringertem Druck und erhöhter Temperatur zur Herstellung eines fertigen, im wesentlichen wasserfreien Produkts, das reich an 2,4- und 2,6-Toluoldiamin ist, das Abkühlen des fertigen Produkts und dessen Lagerung oder Verschiffung. Die Verbesserung im Gemisch beruht im wesentlichen darauf, dass der Schmelzpunkt des an 2,4- und 2,6-Toluoldiamin reichen Produkts durch Zugabe und Einmischen von Wasser in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% des geschmolzenen Diamins verringert und die Temperatur des dabei entstehenden Toluoldiamin-Wasser-Gemischs so gesteuert wird, dass dessen Endtemperatur am oder unter dem Siedepunkt liegt. Das fertige Produkt kann sofort gelagert oder verschickt werden. Bevorzugt beträgt die in das wasserfreie Toluoldiamin eingeleitete Wassermenge etwa 7 bis 10 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Gemisch weist erhebliche Vorteile auf, darunter:
- die Fähigkeit, den Gefrierpunkt von meta-Toluoldiamin durch Zugabe einer im Vergleich dazu geringen Menge Wasser erheblich zu verringern, um Lagerung und Transport, vor allem den Transport auf Seeschiffen zu ermöglichen;
- die Fähigkeit, die Energiekosten zu verringern, die anfallen, wenn man Toluoldiamin bei längerer Lagerung bzw. längerem Transport in der flüssigen Phase halten will;
- die Fähigkeit, wasserfreies meta-Toluoldiamin zu niedriger schmelzenden meta-Toluoldiaminen umzuwandeln, die besser für herkömmlichen Anlagen geeignet sind;
- die Fähigkeit, meta-Toluoldiamine zu niedrig schmelzenden Feststoffen umzuwandeln, ohne dass es zur Verfärbung, einer starken Bildung von Nebenprodukten oder zur Beeinträchtigung der Stabilität während der Lagerung kommt, sowie
- die Fähigkeit, Wasser bei niedrigen Temperaturen aus meta-Toluoldiaminen zu entfernen und damit die bei der Hochtemperaturdestillation anfallenden Energiekosten zu sparen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Toluoldiamine werden typischerweise durch die Hydrierung von Dinitrotoluol hergestellt, wobei Dinitrotoluol bei der Mischsäurenitrierung von Toluol erzeugt wird. Das aus der Hydrierung von Dinitrotoluol erhaltene Reaktionsprodukt wird unter Vakuum einer fraktionellen Destillation unterzogen, wobei leichte (hochflüchtige) Materialien wie deaminiertes Produkt, Ammoniak und rückständiges Wasser, das während der Reaktion erzeugt wurde, entfernt werden. Durch die Destillation werden Nebenprodukte und rückständiges Wasser aus dem Reaktionsprodukt entfernt und dabei wasserfreie meta-Toluoldiamine, vor allem 2,4- und 2,6-Toluoldiamin mit minimalen Verunreinigungen erzeugt. Die Temperatur des meta-Toluoldiamin-Isomergemischs, das vom Boden der Destillationssäule gewonnen wird, beträgt im allgemeinen 193 bis 240ºC (380 bis 400ºF).
Man hat herausgefunden, dass man die meta-Toluoldiamine so bearbeiten kann, dass sie für langfristige Lagerung oder Transport auf einem Schiff geeignet sind, ohne dass das Produkt während dieser Zeit Schaden nimmt. Dazu senkt man den Schmelzpunkt der meta-Toluoldiamine von etwa 93 bis 121ºC (200 bis 250ºF). Die Senkung des Schmelzpunktes erfolgt durch Zugabe von heißem entmineralisierten Wasser, entionisierten Wasser oder destillierten Wasser unter Druck zu den bei 93 bis 121ºC (200 bis 250ºF) schmelzenden meta-Toluoldiaminen. Wasser, das im Toluoldiamin löslich ist, vermischst sich leicht damit und senkt den Gefrierpunkt des Gemischs auf einen Wert von etwa 63 bis 74ºC (145 bis 165ºF). Einer der wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens besteht darin, dass das heiß (71 bis 88ºC; 160 bis 190ºF) eingeleitete Wasser nur die Temperatur des meta-Toluoldiamingemischs von 104 bis 121ºC (220 bis 250ºF) auf etwa 99 bis 113ºC (200 bis 225ºF) senkt. Wenn das Wasser 26,7 bis 32ºC (80 bis 90ºF) warm ist, wird die Temperatur auf etwa 93 bis 197ºC (200 bis 225ºF) gesenkt. In beiden Fällen liefert das resultierende Endtemperaturniveau über einen längeren Zeitraum ausreichend innere Wärme, so dass eine externe Wärmequelle möglicherweise nicht erforderlich ist. Der wichtigste Punkt ist, dass die Endtemperatur des meta-Toluolisomergemischs unter dem Punkt der Blasenbildung liegen sollte, d. h. der Temperatur, bei der die Substanz zu sieden beginnt. Für ein etwa 5% Wasser enthaltendes Toluoldiamingemisch beträgt diese Temperatur etwa 124,4ºC (256ºF), während bei einem etwa 10% Wasser enthaltenden Toluoldiamingemisch diese Temperatur unter etwa 116,7ºC (242ºF) sinkt. Trotzdem liegt die Endtemperatur weit über dem Gefrierpunkt des meta-Toluoldiamingemischs, so dass genügend Restwärme übrigbleibt, um die flüssige Phase über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Wasserkonzentrationen von mehr als etwa 15% können verwendet werden, um den Gefrierpunkt des Toluoldiamins auf einen niedrigeren Wert zu senken, obwohl die Sen kung des Gefrierpunkts im allgemeinen gering ist und unter dem Gesichtspunkt der Energieersparnis wenig bringt. Wegen seiner hohen Wärmekapazität verringert Wasser nicht nur die Temperatur des Toluoldiamins, sondern auch die durch die spätere Entfernung des Wassers durch Destillation verursachten Energiekosten steigen.

Beispiel 1

Messungen des Gefrierpunktes

Eine Reihe von Tests wurden mit dem Zweck durchgeführt, den Einfluss von Wasser auf den Gefrierpunkt und die Stabilität von wasserfreiem Toluoldiamin in Gegenwart von Wasser zu bestimmen. Wie hier festgelegt, ist der Gefrierpunkt die Temperatur, bei der die Kristallisation beginnt, und nicht der Wert, bei dem die gesamte Toluoldiaminmasse fest ist.
Geschmolzenes Toluol wurde mit verschiedenen Mengen Wasser vermischt und langsam abgekühlt. Die Temperatuten der Masse wurden als Funktion der Zeit gemessen. Wenn die Temperatur über einen Zeitraum von etwa 15 Minuten konstant gehalten worden waren, wurde der Gefrierpunkt aufgezeichnet. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse.
Die Gemische aus Toluoldiamin und gelösten Substanzen erwiesen sich für einen Zeitraum von 30 Tagen bei 85ºC (185ºF) stabil, ohne dass es zur Phasentrennung kam.

Claims

1. Meta-Toluoldiamingemisch zur Lagerung und zum Transport in Großbehältern, das hauptsächlich 2,4- und 2,6-Toluoldiamin mit einem Wassergehalt in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% und einer Temperatur unter dem Blasenbildungspunkt umfasst.

2. Meta-Toluoldiamingemisch nach Anspruch 1, das Wasser in einer Menge von 7 bis 10 Gew.-% enthält.

3. Meta-Toluoldiamingemisch nach Anspruch 1 oder 2, das etwa 65 bis 80% 2,4-Toluoldiamin und etwa 20 bis 35% 2,6-Toluoldiamin enthält.

4. Meta-Toluoldiamingemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das im Gemisch enthaltene Wasser entmineralisiertes Wasser, entionisiertes Wasser oder destilliertes Wasser ist.

5. Meta-Toluoldiamingemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, das durch Bildung eines geschmolzenen Toluoldiamingemischs, enthaltend 5 bis 15 Gew.-% Wasser und Einstellung der Endtemperatur auf einen solchen Wert, dass das Produkt unter der Blasenbildungstemperatur und über seinem Gefrierpunkt liegt, hergestellt wird.

6. Verfahren zur Lagerung und zum Transport von Toluoldiamingemischen in Großbehältern, bei dem ein Meta-Toluoldiamingemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.