EP0500660A1 - VERFAHREN ZUR HYDROLYSE VON $g(a)-NAPHTHALINSULFONSÄURE IN EINEM NAPHTHALIN-SULFONIERGEMISCH - Google Patents
VERFAHREN ZUR HYDROLYSE VON $g(a)-NAPHTHALINSULFONSÄURE IN EINEM NAPHTHALIN-SULFONIERGEMISCHInfo
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- EP0500660A1 EP0500660A1 EP19900916743 EP90916743A EP0500660A1 EP 0500660 A1 EP0500660 A1 EP 0500660A1 EP 19900916743 EP19900916743 EP 19900916743 EP 90916743 A EP90916743 A EP 90916743A EP 0500660 A1 EP0500660 A1 EP 0500660A1
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- European Patent Office
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- column
- mixture
- naphthalene
- hydrolysis
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C303/00—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
- C07C303/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
- C07C303/44—Separation; Purification
Definitions
- ß-naphthol In the large-scale production of. ß-naphthol is first reacted with naphthalene with sulfuric acid and the resulting ß-aphthalinsulfonic acid is subsequently converted into ß-naphthol by alkali melt (Ullmann, Enzyklopadie der techn. Chemie, 4th edition, vol. 17 (1979), pp. 115-120);
- the mixture formed in the sulfonation of naphthalene contains, in addition to the desired ⁇ -naphthalenesulfonic acid, the most important by-product also ⁇ -aphthalinsulfonic acid.
- ⁇ -aphthaline sulfonic acid the most important by-product also ⁇ -aphthalinsulfonic acid.
- This hydrolysis process can be improved by introducing steam into the sulfonation mixture.
- the naphthalene formed during hydrolysis becomes constantly removed and achieved a corresponding shift in the hydrolysis balance.
- This "steam hydrolysis” can reduce the ⁇ -acid content from approx. 5% by weight to less than 0.3% by weight. Based on the content of naphthalene monosulfonic acids, this means that the ⁇ -acid content is less than 0.5% by weight.
- steam has generally been introduced into the molten sulfonation mixture, which is either still in the sulfonation vessel or in a special hydrolysis vessel. Temperatures between 140 ° C. and 160 ° C. and steam introduction times of up to 8 hours are customary (DE-Auslegeschrift 1,080,566 and 1,167,333 and US Pat. No. 1,922,813).
- trickle column can be used successfully if the sulfonation mixture is circulated from a receiver vessel over the column and treated with steam in countercurrent.
- the invention therefore relates to a process for the hydrolysis of ⁇ -naphthalenesulfonic acid in a naphthalene-sulfonation mixture by treatment with steam, characterized in that the
- the "total amount of sulfonation mixture introduced at the top of the column” is composed of the sulfonation mixture which has not yet been treated with water vapor and which is introduced for the first time at the top of the column and the bottom effluent from the column which has already been treated with water vapor and then again added to the top.
- This total amount added at the top of the column can be easily measured, for example using a flow meter or calibrated accordingly
- the total residence time of the sulfonation mixture in the column is preferably at least 30 minutes, in particular 30 to 180 minutes.
- the total residence time can be increased by lengthening the column or by increasing the total amount of sulfonation mixture charged at the top of the column (i.e. roughly speaking, by the number of passes through the column).
- FIG. 1 The principle of the method is illustrated in FIG. 1.
- the molten sulfonation mixture is poured into the container (1) equipped with a stirrer and heating jacket and fed via line (2) to the top of the heated packed column (4) with the aid of the pump (3).
- the melt trickles down on the packing in a thin film and comes into contact with the rising water vapor, which is fed in via line (5) at the bottom of the column.
- the water vapor containing naphthalene leaves the column via line (6) and is fed to a condenser where it is condensed.
- the naphthalene is separated from the condensate water and thus recovered.
- the steam treatment in the trickle column is continued until the proportion of ⁇ -naphthalenesulfonic acid in the total content of the monosulfonic acids in the sulfonation mixture has reached the desired value, e.g. 0.4% by weight.
- the steam hydrolysis should not be continued for an unnecessarily long time, since there is always a small but undesirable hydrolysis of ⁇ -aphthaline sulfonic acid.
- An apparatus made of glass components corresponding to FIG. 1 was used for the experiment.
- a 20 liter round bottom flask served as the storage container.
- a glass tube of 80 mm diameter with packed bed was used as the trickle column; the filling height of the packing was 1 m.
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Description
Beschreibung
Verfahren zur Hydrolyse von α-Naphthalinsulfonsäure in einem Naphthalin-Sulfoniergemisch
Bei der großtechnischen Herstellung von. ß-Naphthol wird Naphthalin zunächst mit Schwefelsäure umgesetzt und die entstandene ß- aphthalinsulfonsäure anschließend durch Alkalischmelze in ß-Naphthol überführt (Ullmann, Enzyklopädie der techn. Chemie, 4.Auflage, Bd. 17 (1979), S. 115-120);
BIOS Final Report 1152, Seite 8-12; N. Donaldson, The Chem. and Techn. of Naphthalene Compounds (1958), Seite 103-106, 235-238) .
Das bei der Sulfonierung von Naphthalin entstehende Gemisch enthält neben der erwünschten ß-Naphthalinsulfonsäure als wichtigstes Nebenprodukt auch α- aphthalinsulfonsäure. Zur Absenkung des α- aphthalinsulfonsäure-Gehalts im Sulfoniergemisch macht man von der Tatsache Gebrauch, daß diese Verbindung relativ hydrolyseempfindlich ist. Durch Zusatz geringer Mengen Wasser zum heißen Sulfoniergemisch kann daher ein erheblicher Teil der entstandenen α- aphthalinsulfonsäure (im folgenden auch "α-Säure" genann ) gemäß
wieder in Schwefelsäure und Naphthalin, das abgetrennt und im allgemeinen in den Prozeß zurückgeführt wird, gespalten werden. Eine Verbesserung dieses Hydrolyseprozesses kann erreicht werden, indem Wasserdampf in das Sulfoniergemisch eingeleitet wird. Infolge seiner Wasserdampffluchtigkeit wird das bei der Hydrolyse entstehende Naphthalin hierbei
ständig entfernt und eine entsprechende Verschiebung des Hydrolysegleichgewichts erreicht. Durch diese "Dampfhydrolyse" können die Gehalte an α-Säure von ca. 5 Gew.-% auf weniger als 0,3 Gew.-% gesenkt werden. Bezogen auf den Gehalt an Naphthalinmonosulfonsäuren bedeutet dies, daß der α-Säure-Anteil weniger als 0,5 Gew.-% beträgt.
Eine wirksame Absenkung des Gehalts an α-Säure bedeutet wegen der Rückgewinnung des Naphthalins nicht nur eine Ausbeutesteigerung bei der Naphtholherstellung, sondern gleichzeitig auch einen geringeren chemischen Sauerstoffbedarf CSB (= Chemical Oxygen Demand COD) des Abwassers, da die α-Säure (zusammen mit anderen Nebenprodukten) über das Abwasser aus dem Produktionsprozeß ausgeschleust wird.
Zur technischen Ausführung des Dampfhydrolyseprozesses wird bisher im allgemeinen Dampf in das schmelzflüssige Sulfoniergemisch, das sich entweder noch im Sulfonierkessel oder in einem speziellen Hydrolysiergefäß befindet, eingeleitet. Üblich sind dabei Temperaturen zwischen 140 °C und 160 °C und Dampfeinleitungszeiten von bis zu 8 Stunden (DE-Auslegeschriften 1 080 566 und 1 167 333 sowie US- atentschrift 1 922 813).
Die Ausführung der Hydrolyse in derartigen Rührkesseln hat den Nachteil, daß aufgrund der großen Dampfblasen und der begrenzten Verweildauer der Dampfblasen in der Flüssigkeit nur eine unbefriedigende Sättigung des austretenden Dampfes mit Naphthalin erreicht wird, so daß zur Erreichung einer ausreichenden Hydrolyse der α-Naphthalinsulfonsäure große Dampfmengen und lange Behandlungszeiten erforderlich sind. Es ist daher in der US-Patentschrift 3 655 739 vorgeschlagen worden, die Dampfbehandlung des Sulfoniergemisches in einer gefluteten Füllkörperkolonne im Gegenstrom auszuführen. Diese Verfahrensweise hat zwar den Vorteil, daß ein intensiverer Kontakt zwischen Gas- und
Flüssigphase als im Rührkessel erreicht wird. Aufgrund der erforderlichen großen Bauhöhe von ca. 8 m ergeben sich jedoch hohe hydrostatische Druckdifferenzen in der Kolonne, so daß die Gasblasen am Boden der Kolonne erheblich kleiner sind als am Kopf, was den Stoffaustausch am Kolonnenboden beeinträchtigt. Die unterschiedlichen Druckverhältnisse führen ferner dazu, daß sich entlang der Kolonnenhöhe unterschiedliche Siedpunkte des Sulfoniergemisches ergeben und die Temperatur des Kolonneninhalts deswegen mit der des eingespeisten Dampfes nicht übereinstimmen kann, was aus weiter unten erläuterten Gründen nachteilig ist. Außerdem ist der Betrieb einer gefluteten Kolonne nur im kontinuierlichen Betrieb sinnvoll, da beim Abstellen erhebliche Produktmengen in der Kolonne verbleiben und beim Ablassen ein Sulfoniergemisch mit sehr unterschiedlicher Verweildauer in der Kolonne erhalten würde.
Die Verwendung einer Rieselkolonne für die Dampfhydrolyse der α-Naphthalinsulfonsäure ist nach Lehre der genannten US-Patentschrift 3 655 739 nicht möglich.
Überraschenderweise ist jedoch eine derartige Rieselkolonne dann erfolgreich einsetzbar, wenn das Sulfoniergemisch aus einem Vorlagegefäß im Kreislauf über die Kolonne geführt und im Gegenstrom mit Dampf behandelt wird.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Hydrolyse von α-Naphthalinsulfonsäure in einem Naphthalin-Sulfoniergemisch durch Behandlung mit Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sulfoniergemisch am Kopf einer Rieselkolonne aufgegeben, in dieser im Gegenstrom mit Wasserdampf in Kontakt gebracht und der Sumpfablauf solange zum Kopf der Rieselkolonne zurückgeführt wird, bis die insgesamt am Kopf der Kolonne aufgegebene Menge an Sulfoniergemisch mindestens doppelt so groß ist wie die zu reinigende Menge, und die Gesamtverweilzeit des Sulfoniergemischs in der Kolonne mindestens 15 Minuten beträgt.
Die "insgesamt am Kopf der Kolonne aufgegebene Menge an Sulfoniergemisch" setzt sich zusammen aus dem noch nicht mit Wasserdampf behandelten Sulfoniergemisch, das zum ersten Mal am Kopf der Kolonne aufgegeben wird und dem bereits mit Wasserdampf behandelten und dann erneut am Kopf aufgegebenen Sumpfablauf der Kolonne.
Diese insgesamt am Kopf der Kolonne aufgegebene Menge kann man ohne weiteres messen, beispielsweise mittels Durchflußmesser oder entsprechend geeichten
Fördereinrichtungen, so daß man auf diese Weise eine exakte Anweisung zum technischen Handeln erhält und auf die knappe aber vage Ausdrucksweise "mindestens zweimal mit Wasserdampf behandeln" verzichten kann.
Vorzugsweise beträgt die Gesamtverweilzeit des Sulfoniergemisches in der Kolonne, also die Zeit, während der es im Gegenstrom mit Dampf behandelt wird, mindestens 30 Minuten, insbesondere 30 bis 180 Minuten. Je niedriger der Gehalt an α-Naphthalinεulfonsäure sein soll, umso länger muß natürlich die Gesamtverweilzeit gewählt werden, wobei die notwendige Zeit leicht durch eine Analyse des Sumpfablaufs bestimmt werden kann. Die Gesamtverweilzeit kann durch Verlängerung der Kolonne erhöht werden oder durch Vergrößerung der insgesamt am Kolonnenkopf aufgegebenen Menge an Sulfoniergemisch (d.h. grob gesagt, durch die Zahl der Durchläufe durch die Kolonne) .
Aufgrund des dünnen Rieselfilms ist ein optimaler Kontakt des Sulfoniergemisches mit dem im Gegenstrom geführten
Wasserdampf gegeben, so daß ein hoher Sättigungsgrad des Dampfes mit Naphthalin erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt deutlich geringere Dampfmengen als die bisherigen Verfahren. Außerdem bestehen bezüglich der Bauhöhe keine Beschränkungen, da in der gesamten Kolonne dei gleiche Druck herrscht.
Das Prinzip des Verfahrens veranschaulicht Figur 1.
Das schmelzflüssige Sulfoniergemisch wird in den mit Rührer und Heizmantel ausgerüsteten Behälter (1) gefüllt und über die Leitung (2) mit Hilfe der Pumpe (3) auf den Kopf der beheizten Füllkörperkolonne (4) aufgegeben. Die Schmelze rieselt in dünnem Film auf den Füllkörpern herab und tritt dabei im Kontakt mit dem aufsteigenden Wasserdampf, der über die Leitung (5) am Boden der Kolonne eingespeist wird. Der Naphthalin enthaltende Wasserdampf verläßt über die Leitung (6) die Kolonne und wird einem Kühler zugeführt, wo er kondensiert wird. Das anfallende Naphthalin wird vom Kondensatwasser getrennt und so zurückgewonnen.
Die Dampfbehandlung in der Rieselkolonne wird so lange fortgesetzt, bis der Anteil an α-Naphthalinsulfonsäure am Geεamtgehalt der Monosulfonsäuren im Sulfoniergemisch auf den gewünschten Wert, z.B. 0,4 Gew.-%, gesenkt worden ist. Die Dampfhydrolyse sollte jedoch nicht über unnötig lange Zeit fortgesetzt werden, da stets auch eine geringe, aber unerwünschte Hydrolyse an ,ß- aphthalinsulfonsäure stattfindet.
Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Dampfbehandlung bei einer Temperatur von 140 °C bis 165 °C, vorzugsweise bei 145 °C bis 160 °C ausgeführt wird. Zweckmäßigerweise arbeitet man innerhalb dieses Bereichs bei der Siedetemperatur des Sulfoniergemisches. Diese kann durch entsprechende Wasserzugabe zum Gemisch auf jeden beliebigen Wert im genannten Temperaturbereich eingestell -werden. Es ist vorteilhaft, zur Dampfbehandlung überhitzten Wasserdampf mit ungefähr der gleichen Temperatur einzusetzen wie die Siedetemperatur des zu behandelnden Sulfoniergemisches, da andernfalls Wasser aus dem Sulfoniergemisch verdampft wird (Dampftemperatur größer als die Siedetemperatur) oder Dampf im Sulfoniergemisch kondensiert (Dampftemperatur kleiner als die - Siedetemperatur) .
Beispiel
Für den Versuch wurde eine der Fig. 1 entsprechende Apparatur aus Glasbauteilen verwendet. Als Vorlagebehälter diente ein 20-Liter-Rundkolben. Als Rieselkolonne wurde ein Glasrohr von 80 mm Durchmesser mit Füllkörperschüttung eingesetzt; die Schütthöhe der Füllkörper betrug 1 m.
Zur Durchführung des Versuchs wurde der Rundkolben mit 9 kg Napthalinsulfoniergemisch, das in bekannter Weise durch
Umsetzung von Naphthalin mit Schwefelsäure erhalten worden war, beschickt. Der Siedepunkt des Sulfoniergemisches wurde durch Zugabe von 243 ml Wasser von 165 °C auf 150 °C abgesenkt und das schmelzflüssige Produkt im Kreislauf über die Kolonne gefahren, wobei die Temperatur des Inhalts von Kolonne und Vorlagegefäß stets bei 150 °C gehalten wurde. Am Boden der Kolonne wurden 1,1 kg/h auf 150 °C überhitzter Dampf eingespeist. Die Umpumpgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß der Produktinhalt der Anlage 12mal pro Stunde die Kolonne durchlief, d.h. daß pro Stunde etwa 12-9,24 kg = 110,9 kg Sulfoniergemisch am Kolonnenkopf aufgegeben wurden.
Als Maß für den Erfolg des Prozesses wurde der Anteil der α-Naphthalinsulfonsäure am Gesamtgehalt der
Monosulfonsäuren im Sulfoniergemisch gewertet. Dieser Anteil betrug 5 Minuten nach Beginn des Versuchs 4,9 Gew.-%. Nach dreistündiger Dampfhydrolyse war er auf 0,4 Gew.-% gesunken. Unter den gewählten Versuchsbedingungen dauerte ein Kolonnendurchlauf ca. 2 Minuten. Da der Produktinhalt der Anlage 12mal pro Stunde die Kolonne durchlief, errechnet sich für die 3-stündige Versuchsdauer eine Gesamtverweilzeit des Sulfoniergemisches in der Kolonne von 3-12-2 Minuten = 72 Minuten.
Claims
1. Verfahren zur Hydrolyse von α-Naphthalinsulfonsäure in einem Naphthalin-Sulfoniergemisch durch Behandlung mit Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfoniergemisch am Kopf einer Rieselkolonne aufgegeben, in dieser im Gegenstrom mit Wasserdampf in Kontakt gebracht und der Sumpfablauf solange zum Kopf der Rieselkolonne zurückgeführt wird, bis die insgesamt am Kopf der Kolonne aufgegebene Menge an Sulfoniergemisch mindestens doppelt so groß ist wie die zu reinigende Menge und die Gesamtverweilzeit des Sulfoniergemischs in der Kolonne mindestens 15 Minuten beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfoniergemisch bei seiner Siedetemperatur mit dem Wasserdampf in Kontakt gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des Sulfoniergemisches durch Zugabe einer geeigneten Wassermenge auf 140 bis 165 °C eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß überhitzter Dampf mit einer Temperatur verwendet wird, die etwa gleich der Siedetemperatur des Sulfoniergemisches ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtverweilzeit mindestens 30 Minuten beträgt.
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