WO2010018022A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von glycidyl(meth)acrylat - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung von glycidyl(meth)acrylat Download PDF

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WO2010018022A1
WO2010018022A1 PCT/EP2009/058076 EP2009058076W WO2010018022A1 WO 2010018022 A1 WO2010018022 A1 WO 2010018022A1 EP 2009058076 W EP2009058076 W EP 2009058076W WO 2010018022 A1 WO2010018022 A1 WO 2010018022A1
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meth
acrylate
reactor
allyl
reaction
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Application number
PCT/EP2009/058076
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English (en)
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Inventor
Robert Franke
Johannes Josef Albrecht
Claudia Brasse
Dirk BRÖLL
Jürgen Neuroth
Joanne Pedall
Original Assignee
Evonik Röhm Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/12—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with hydrogen peroxide or inorganic peroxides or peracids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B33/00—Oxidation in general

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of glycidyl (meth) acrylate. Furthermore, the present invention describes a plant for carrying out this process.
  • Glycidyl (meth) acrylate is widely used as a comonomer, for example for the preparation of reactive polymers. Accordingly, various methods are known to obtain this compound.
  • this compound can be obtained by reacting epichlorohydrin with methyl (meth) acrylate. Processes of this kind are described, for example, in DE-A-25 25 026.
  • epichlorohydrin is toxic and carcinogenic, so that plants in which epichlorohydrin is used, must meet very high safety standards.
  • EP-A-190 609 describes the preparation of glycidyl (meth) acrylate by the reaction of allyl (meth) acrylate with H 2 O 2 in the presence of a TS-1 catalyst. This can, for example Allyl (meth) acrylate are presented with a catalyst, after which H 2 O 2 is added.
  • the reaction temperatures given in the publication are in the range from 0 to 150 0 C.
  • JP-A-08188575 also describes continuous processes in which initially both starting materials are mixed with one or more solvents, for example methanol, and then reacted in the presence of a catalyst.
  • solvents for example methanol
  • the present invention accordingly provides a continuous process for the preparation of glycidyl (meth) acrylate comprising the reaction of allyl (meth) acrylate with H 2 O 2 in at least one reactor in the presence of a catalyst, wherein unreacted in the reactor allyl (meth) acrylate separated from the product mixture and recycled to at least one reactor, which is characterized in that unreacted H 2 O 2 is separated from the product mixture and recycled to at least one reactor.
  • the process according to the invention enables a particularly selective preparation of glycidyl (meth) acrylate.
  • the process according to the invention can be carried out simply and safely, the product being obtainable in high yields and, overall, with low energy consumption.
  • glycidyl (meth) acrylate is prepared, wherein the expression glycidyl (meth) acrylate for glycidyl methacylate (CAS number 106-91 -2), glycidyl acrylate (CAS number 106-90-1) and mixtures of glycidyl methacylate and glycidyl acrylate.
  • the hydrogen peroxide used can have more or less high amounts of water (H 2 O), without this leading to problems with regard to the reaction procedure.
  • a disadvantage of high amounts of water, however, is that they must be separated from the product mixture in the purification of the glycidyl (meth) acrylate.
  • the production and use of highly concentrated hydrogen peroxide are complicated.
  • the molar ratio of hydrogen peroxide to water in the range of 20: 1 to 1: 20, preferably in the range of 10: 1 to 1:10 and most preferably in the range of 5: 1 to 1: 5, based on the reactants.
  • the molar ratio of allyl (meth) acrylate to H 2 O 2 is preferably greater than 1.
  • the molar ratio of allyl (meth) acrylate to H 2 O 2 is preferably in the Range from 20: 1 to 1: 5, more preferably in the range of 10: 1 to 1: 1 and most preferably in the range of 5: 1 to 2: 1.
  • Titanium silicalite catalysts are generally synthetic zeolites wherein the molar ratio of TiO 2 to SiO 2 in the zeolite is less than one. Preferably, the molar ratio of TiO 2 to SiO 2 according to the formula
  • the pore size of the titanium silicalite catalyst is preferably in the range of 1 to 50 nm, more preferably 5 to 30 nm.
  • These catalysts can be prepared in particular by condensation reaction of tetraalkyl orthosilicates and tetraalkyl orthotitanates.
  • the reaction is carried out continuously in a reactor.
  • continuous is known in the art, and a continuous reaction is to be understood as meaning, in particular, reactions in which educts are added to a reactor over a relatively long period of time and products are separated from the reaction mixture taken from the reactor.
  • the reaction can be carried out at overpressure or underpressure.
  • the epoxidation can be carried out at a pressure in the range from 200 to 2000 mbar, particularly preferably in the range from 500 to 1300 mbar.
  • the reaction temperature is in particular of the type used
  • Catalyst dependent The higher the activity of the catalyst, the lower temperatures can be used in the reaction.
  • the selectivity of the reaction is essential. Surprising advantages can be found especially in one Reaction temperature can be achieved, which is in the range of 20 0 C to 60 0 C, more preferably in the range of 25 ° C to 35 ° C.
  • At most 50 mol%, preferably at most 30 mol% and very particularly preferably at most 10 mol%, of the allyl (meth) acrylate fed into the reactor are reacted, without this being a limitation should be done.
  • This information does not relate to the conversion of the overall process, in which unreacted allyl (meth) acrylate can be recycled in preferred variants and reacted in further runs, but on the proportions of allyl (meth) acrylate, after the feed into the reactor contained in the reacted reaction mixture.
  • At most 60 mol%, preferably at most 40 mol% and very particularly preferably at most 30 mol% of the H 2 O 2 fed into the reactor are reacted.
  • This information does not refer to the overall process, in which unreacted H 2 O 2 can be recycled in preferred variants and reacted in further runs, but on the proportions of H 2 O 2 , which after the feed into the reactor in the reaction mixture are included.
  • the above-described conversion values can be regulated, in particular, over the residence time, which is in particular in the range from 1 minute to 180 minutes, more preferably in the range from 5 minutes to 60 minutes.
  • these figures refer to the sum of the residence times in these reactors.
  • the parameters set out above are preferably chosen such that the selectivity of the reaction is at least 85%, particularly preferably at least 90% and very particularly preferably at least 94%.
  • the reaction takes place in at least one reactor, the nature of the reactor being not particularly limited.
  • isothermal or adiabatic reactors for carrying out the reaction, which may also be in the form of loop reactors comprising a substance recycling.
  • Isothermal reactors allow a very good control of the reaction temperature, but are associated with relatively high investment, operating and maintenance.
  • adiabatic reactors In adiabatic reactors, the reaction usually takes place without heat exchange. Since the present reaction is exothermic, but a very high temperature rise can often result in lower selectivity, the present reactors do not require extensive isolation to prevent heat exchange. Accordingly, in the context of the present invention, the term "adiabatic reactor” is understood as meaning a reaction vessel which has no active cooling in order to keep the reaction temperature constant within the reaction volume.This reactor can have a particularly simple and thus inexpensive construction.
  • An improvement of the method which was not easily predictable and based on an increase in selectivity, can be achieved inter alia by the Use of a plant having at least two adiabatic reactors, wherein the reaction mixture is cooled between the reactors.
  • the number of adiabatic reactors in this embodiment is preferably in the range from 2 to 8, more preferably 3 to 5.
  • the temperature of the reaction mixture generally increases within the reactor.
  • the dimensions of the adiabatic reactors are preferably selected so that the temperature increase is at most 20 ° C., more preferably at most 10 ° C.
  • Reaction mixture entering the reactor at most 45 ° C, preferably at most 35 ° C and most preferably at most 27 ° C.
  • the temperature of the reaction mixture preferably at the exit from the reactor at most 55 ° C, particularly preferably at most 45 ° C and most preferably at most 31 0 C.
  • polymerization inhibitors during the reaction or purification of the unsaturated compounds is not necessary.
  • the use of polymerization inhibitors can be dispensed with.
  • the purification can be achieved by the use of polymerization inhibitors advantages in terms of plant life and yield.
  • These compounds such as, for example, hydroquinones, hydroquinone ethers, such as hydroquinone monomethyl ether or di-tert-butyl catechol, phenothiazine, 4-hydroxy-2, 2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, methylene blue or sterically hindered phenols, are known to the art well known.
  • the process according to the invention can be carried out in bulk, i. be carried out without the use of a solvent.
  • an inert solvent can also be used.
  • a polar solvent can be used, with which the starting materials can be mixed well.
  • the starting materials without miscibility gap are preferably miscible with the solvent within the reaction temperature range.
  • Particularly preferred solvents include, in particular, methanol, ethanol and propanol.
  • a preferred mixture which can be introduced into the reactor comprises 10 to 50 wt .-%, particularly preferably 20 to 40 wt .-% allyl (meth) acrylate, 0.5 to 10 wt .-%, particularly preferably 1 to 5 wt .-% hydrogen peroxide, 0.5 to 10 wt .-%, particularly preferably 1 to 5 wt .-% water and 30 to 90 wt .-%, particularly preferably 50 to 70 wt .-% of solvent.
  • the product mixture obtained after the reaction, which is taken from the reactor, can preferably be purified in a multi-stage process to separate off excess H 2 O 2 .
  • H 2 O 2 remaining in the product mixture can be removed from the mixture by distillation or by utilizing a miscibility gap, for example using a phase separator (separating vessel).
  • the solvent may be used in a first step are separated from the product mixture by distillation together with water (H 2 O) contained, wherein a portion of the allyl (meth) acrylate can be distilled off together with the methanol from the mixture.
  • a particularly fine separation can be dispensed with in this step, since allyl (meth) acrylate and the solvent can be returned to the reactor.
  • the temperature of the bottom in this first distillation is preferably less than 110 0 C, more preferably less than 100 0 C and most preferably less than 80 0 C.
  • the pressure in the first distillation is preferably in the range of 0.2 to 2 bar absolute, more preferably in the range of 0.5 to 1.5 bar absolute.
  • the mixture comprising allyl (meth) acrylate and the solvent may be separated by a second distillation if, for example, the solvent is to be introduced into an apparatus for producing hydrogen peroxide and allyl (meth) acrylate in the reactor.
  • the temperature of the bottom in this second distillation is preferably less than 120 ° C., more preferably less than 90 ° C.
  • the pressure in the second distillation is preferably in the range of 0.1 to 1.5 bar absolute, more preferably in the range of 0.2 to 1 bar absolute.
  • composition which may include a part of the allyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate and unreacted hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Because the
  • Solubility of H 2 O 2 in allyl (meth) acrylate or glycidyl (meth) acrylate is limited, first in a phase separator, a portion of the hydrogen peroxide can be separated. Furthermore, the glycidyl (meth) acrylate can be separated from remaining allyl (meth) acrylate and / or H 2 O 2 by further distillation.
  • the temperature of the bottom in this third distillation is preferably less than 140 ° C., more preferably less than 120 ° C., and most preferably less than 110 ° C.
  • the pressure in the third distillation is preferably in the range from 10 to 200 mbar absolute. particularly preferably in the range from 20 to 100 mbar absolute. Hydrogen peroxide remaining in the glycidyl (meth) acrylate can first be separated off by a phase separator and then returned to the reactor.
  • the glycidyl (meth) acrylate can be purified in a fine purification of by-products.
  • first of all the hydrogen peroxide remaining in this mixture can be catalytically decomposed, as set forth, for example, in JP-A-09132571.
  • a preferred plant for carrying out the process according to the present invention comprises at least one apparatus for the production of H 2 O 2 and at least one reactor which is connected via a line to a first distillation column, wherein the column head via a line with a second Distillation column is in communication, and the bottom of the first distillation column is connected via a line with a third distillation column, wherein the head of the second distillation column is connected via a line with the device for producing H 2 O 2 .
  • Such a system is also an object of the present invention.
  • a convenient plant for the preparation of glycidyl (meth) acrylate comprises at least one device for the production of H 2 O 2 .
  • Such units are known per se, with preferred methods and systems in particular in EP-B 0 274 830, EP-A 0 366 419, EP-A 0 579 109, DE-A 41 27 918, EP-B 0 504 741, EP -B 0 492 064, EP-B 0 498 166, EP-AO 787 681, EP-AO 978 316, EP-A-1 127 839, WO 02/092501.
  • H 2 O 2 is preferably prepared by a so-called direct synthesis, in which H 2 is reacted directly with O 2 to give H 2 O 2 , in the presence of an alcohol, as described, inter alia, in EP-AO 787 681 or EP-AO 978 316 is set forth.
  • the system for carrying out the method according to the invention may have one or more reactors, in which connection reference is made to the statements set out above. Particular preference is given to using one or more adiabatic reactors, preference being given to using systems having from 2 to 8, particularly preferably from 3 to 5, reactors.
  • the product mixture can be cooled between the reactors.
  • the reactor may be oriented substantially vertically with respect to the earth's surface, i.
  • the angle of inclination is about 90 °, with smaller deviations, for example, of less than 10 °, preferably less than 5 °, can be tolerated many times.
  • the reactor oriented substantially vertically is flowed downwards upwards, so that the flow direction has a directional component which is oriented perpendicular to the earth's surface.
  • the plant can comprise one, two or more phase separators, which can serve in particular for the separation of water or hydrogen peroxide from the respective mixtures.
  • the components of the system that come into contact with hydrogen peroxide, in particular the reactor, the pumps and the phase separator are preferred from an oxidation-stable metal, for example zirconium, tantalum, titanium or stainless steel or a coated metal, which comprises, for example, an enamel layer or a zirconium layer.
  • an oxidation-stable metal for example zirconium, tantalum, titanium or stainless steel or a coated metal, which comprises, for example, an enamel layer or a zirconium layer.
  • plastics for example PTFE-coated components, graphitized components or workpieces made of graphite, in particular in pumps.
  • FIG. 1 schematically shows a preferred plant for carrying out the process according to the invention.
  • the compounds required for the production of hydrogen peroxide in particular a gas mixture comprising hydrogen and oxygen and optionally a solvent, e.g. Methanol introduced into the apparatus for the production of hydrogen peroxide 2.
  • a solvent e.g. Methanol
  • the product mixture obtained which may in particular comprise hydrogen peroxide and optionally a solvent, is subsequently converted via line 3 into which allyl (meth) acrylate can be introduced via line 4 into the reactor 5a, 5b, 5c and 5d, which in the present case a plurality of partial reactors 5a, 5b, 5c and 5d is constructed, wherein between or after the partial reactors 5a, 5b, 5c and 5d, respectively a cooling of the reaction mixture takes place, which can be achieved for example by heat exchangers 6a, 6b, 6c and 6d.
  • the product mixture obtained in the reactor 5a, 5b, 5c and 5d is first transferred according to the present embodiment of the plant in a gas separator 7, wherein gaseous by-products can be derived via line 8 from the plant.
  • the liquid reaction mixture can then be introduced via line 9 into a first still 10, wherein the overhead obtained compounds are transferred via line 11 into a second still 12.
  • the mixture introduced into the second still 12 may in particular comprise allyl (meth) acrylate, water and solvents, for example methanol.
  • the separated in the second distillation 12 solvent is transferred via the head via line 13 in the apparatus for the production of hydrogen peroxide 2.
  • the mixture discharged from the bottom in the second still 12 generally comprises allyl (meth) acrylate and water, this mixture being introduced via line 14 into a first phase separator 15 and being separated.
  • the recovered allyl (meth) acrylate is transferred via line 16, which in the present case is connected to line 3, into the reactor 5a, 5b, 5c and 5d. Separated water can be removed via line 17 of the system.
  • the mixture separated from the first still 10 via the bottom may in particular comprise allyl (meth) acrylate, hydrogen peroxide and glycidyl (meth) acrylate.
  • the mixture separated off via the bottom can be introduced via line 18 into a third still 19 and separated, the composition obtained above, in particular allyl (meth) acrylate and
  • Hydrogen peroxide is introduced via line 20 into the reactor 5a, 5b, 5c and 5d. This can in particular also take place in that line 20 is connected to line 3.
  • the bottoms product obtained in the third still 19 may comprise larger amounts of hydrogen peroxide
  • this bottoms product is introduced via line 21 into a second phase separator 22, in which glycidyl (meth) acrylate is separated from hydrogen peroxide.
  • water can be supplied to the second phase separator 22, for which purpose the water obtained from the first phase separator 15 can be used.
  • the glycidyl (meth) acrylate obtained in the second phase separator can be taken off via line 23 of the system. Furthermore, the obtained
  • Glycidyl (meth) acrylate be subjected to a fine cleaning, which is not shown in the present figure.
  • the hydrogen peroxide recovered from the third phase separator can be transferred to the reactor 5a, 5b, 5c and 5d via line 24, which in the illustrated embodiment opens in line 3.
  • a system according to the invention may comprise further components, in particular pumps, sump evaporators, etc., which are not shown in the figure for reasons of clarity.
  • the overhead product discharged via line 11 is separated in a further distillation unit 12 to produce a MeOH-free bottom phase which is discharged via line 14, consisting of water and AMA and a MeOH-rich overhead phase which is discharged via line 13. to create.
  • AMA and water can be separated via a phase separator or separating vessel 15 into a wastewater stream (line 17) and a recirculated AMA stream (line 16).
  • the bottom product, discharged via line 18, of the first still or column 10 contains the product GMA together with high boilers, unreacted H 2 O 2 and AMA.
  • the further separation of the high-boiling product GMA of AMA and H 2 O 2 takes place in another distillation or column 19.
  • the product GMA discharged via line 23, comprises high boilers or traces of AMA, so that a further separation column for product fine cleaning can be used, which is not shown in FIG.
  • a stream of about 147 kg / h AMA and about 45.6 kg / h H 2 O 2 gave, with a hydrogen peroxide conversion of about 26% within the reactor, a flow of about 144.0 kg / h glycidyl methacrylate.
  • Example 1 was essentially repeated, but the hydrogen peroxide conversion was changed from about 26% to 49.4%. A stream of approx.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat umfassend die Umsetzung von Allyl(meth)acrylat mit H2O2 in mindestens einem Reaktor in Gegenwart eines Katalysators, wobei nicht umgesetztes Allyl(meth)acrylat aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass nicht umgesetztes H2O2 aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glyci- dyl(meth)acrylat. Darüber hinaus beschreibt die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Glycidyl(meth)acrylat wird vielfach als Comonomer, beispielsweise zur Herstellung von reaktiven Polymeren eingesetzt. Dementsprechend sind vielfältige Methoden bekannt, um diese Verbindung zu erhalten.
Beispielsweise kann diese Verbindung durch Umsetzung von Epichlorhydrin mit Methyl(meth)acrylat erhalten werden. Verfahren dieser Art werden beispielsweise in DE-A-25 25 026 beschrieben. Allerdings ist Epichlorhydrin giftig und krebserregend, so dass Anlagen, in denen Epichlorhydrin eingesetzt wird, sehr hohen Sicherheitsstandards genügen müssen.
Daher wurden Verfahren entwickelt, gemäß denen Glycidyl(meth)acrylat durch partielle Epoxidierung von Allyl(meth)acrylat mit Wasserstoffperoxid (H2O2) erhalten werden kann. Derartige Verfahren werden unter anderem in EP-A-190 609, EP-A-638 362, JP-A-09059269, JP-A-10158198, J P-A-08188575, JP-A-09132571 , JP-A-10168072. JP-A-11165074, JP-A- 09235439, JP-A-09301966, CA-A-2033047, EP-B-434546, EP-B-468 840 (DE 69125540), US 5,283,360 und WO-A-98/28287 dargestellt.
Die Druckschrift EP-A-190 609 beschreibt die Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat durch die Umsetzung von Allyl(meth)acrylat mit H2O2 in Gegenwart eines TS-1 -Katalysators. Hierbei kann beispielsweise Allyl(meth)acrylat mit einem Katalysator vorgelegt werden, wonach H2O2 zugegeben wird. Die in der Druckschrift angegebenen Reaktionstemperaturen liegen im Bereich von 0 bis 1500C. Nachteilig an den beispielsweise in EP-A-190 609 dargelegten Chargenverfahren ist unter anderem, dass die Produktionskosten relativ hoch sind. Weiterhin ist die Steuerung der
Produktqualität vielfach aufwendig, da eine Beeinflussung der Reaktion nur diskontinuierlich erfolgen kann. Ähnliche Verfahren werden ebenfalls in den weiteren der zuvor genannten Druckschriften dargelegt.
Darüber hinaus werden in JP-A-08188575 auch kontinuierliche Verfahren beschrieben, bei denen zunächst beide Edukte mit einem oder mehreren Lösungsmitteln, beispielsweise Methanol, gemischt und anschließend in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt werden.
Nachteilig an den zuvor beschriebenen Verfahren ist die geringe Ausbeute, die insbesondere auf irreversible Nebenreaktionen zurückzuführen ist. So ist insbesondere die Gegenwart von H2O2 bei der Aufreinigung der erhaltenen Mischung kritisch, da diese Verbindung mit der im Produkt enthaltenen Doppelbindung reagieren kann. Als Lösung hierfür wird unter anderem in der Druckschrift JP-A-09132571 vorgeschlagen überschüssiges H2O2 katalytisch zu zersetzen.
In Anbetracht des Standes der Technik war es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat zur Verfügung zu stellen, bei dem das Produkt sehr kostengünstig erhalten werden kann. Darüber hinaus sollte das erhaltene Glycidyl(meth)acrylat nur sehr geringe Mengen an Nebenprodukten enthalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Glycidyl(meth)acrylat sehr selektiv erhalten werden kann. Weiterhin sollte das Verfahren eine möglichst konstante Produktqualität bereitstellen. Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Her- Stellung von Glycidyl(meth)acrylat zur Verfügung zu stellen, die einfach und sicher durchgeführt werden können. Hierbei sollte das Produkt möglichst in hohen Ausbeuten und, insgesamt gesehen, unter geringem Energieverbrauch erhalten werden.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Abwandlungen der erfindungsgemäßen Verfahren werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen abhängigen Ansprüchen unter Schutz gestellt. Hinsichtlich einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert Anspruch 25 eine Lösung der zugrunde liegenden Aufgaben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat umfassend die Umsetzung von Allyl(meth)acrylat mit H2O2 in mindestens einem Reaktor in Gegenwart eines Katalysators, wobei im Reaktor nicht umgesetztes Allyl(meth)acrylat aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass nicht umgesetztes H2O2 aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird.
Hierdurch gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise ein Verfahren zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat zur Verfügung zu stellen, bei dem das Produkt sehr kostengünstig erhalten wird. Überraschend enthält das erhaltene Produkt nur sehr geringe Mengen an Nebenprodukten, wobei im Allgemeinen eine sehr konstante Produktqualität erzielt wird.
Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders selek- tive Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren einfach und sicher durchgeführt werden, wobei das Produkt in hohen Ausbeuten und, insgesamt gesehen, unter geringem Energieverbrauch erhalten werden kann.
Erfindungsgemäß wird Glycidyl(meth)acrylat hergestellt, wobei der Ausdruck Glycidyl(meth)acrylat für Glycidylmethacylat (CAS-Nummer 106-91 -2), Glycidylacrylat (CAS-Nummer 106-90-1 ) und Mischungen aus Glycidylmethacylat und Glycidylacrylat steht.
Zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat werden erfindungsgemäß
Allylmethacrylat (CAS-Nummer 96-05-9), Allylacrylat (CAS-Nummer 999-55-3) oder Mischungen dieser Verbindungen eingesetzt, nachfolgend als Allyl(meth)acrylat bezeichnet. Diese Verbindungen werden einzeln oder als Mischung mit Wasserstoffperoxid (H2O2; CAS-Nummer 7722-84-1 ) umgesetzt.
Das eingesetzte Wasserstoffperoxid kann mehr oder minder hohe Mengen an Wasser (H2O) aufweisen, ohne dass dies zu Problemen hinsichtlich der Reaktionsführung führt. Nachteilig an hohen Wassermengen ist jedoch, dass diese bei der Aufreinigung des Glycidyl(meth)acrylats aus der Produktmischung abgetrennt werden müssen. Andererseits sind die Herstellung und der Einsatz von hochkonzentriertem Wasserstoffperoxid aufwendig. Zweckmäßig liegt daher das molare Verhältnis von Wasserstoffperoxid zu Wasser im Bereich von 20:1 bis 1 :20, bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 1 :10 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, bezogen auf die Edukte. Das molare Verhältnis von Allyl(meth)acrylat zu H2O2 ist vorzugsweise größer als 1. Besondere Vorteile hinsichtlich der Effizienz des Verfahrens können insbesondere dadurch erzielt werden, dass das molare Verhältnis von Allyl(meth)acrylat zu H2O2 vorzugsweise im Bereich von 20:1 bis 1 :5 besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 1 :1 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 2:1 liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet in Gegenwart eines Katalysators statt. Katalysatoren, die die Aktivierungsenergie einer Epoxidierung herabsetzen, sind an sich bekannt. In diesem Zusammenhang ist unter anderem auf die Druckschriften EP-A-190 609 eingereicht am 22.01.86 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP 86100825.8, EP-A-638 362 eingereicht am 10.08.94 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP 94112508.0, JP-A-09059269, JP-A-10158198, JP-A-08188575, JP-A-09132571 , JP-A-10168072, JP-A-11165074, JP-A- 09235439, JP-A-09301966, CA-A-2033047, EP-B-434 546 eingereicht am 18.12.90 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP 90403648.0, EP-B-468 840 eingereicht am 04.07.91 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer EP 91401849.4, US 5,283,360 und WO-A-98/28287 eingereicht am 22.12.97 beim Europäischen Patentamt mit der Anmeldenummer PCT/EP97/07283 zu verweisen, wobei die darin beschriebenen Katalysatoren zu Zwecken der Offenbarung in diese Anmeldung eingefügt werden.
Besonders bevorzugte Katalysatoren sind in der Eduktmischung unlöslich und umfassen Siliciumdioxid, wobei Titansilicalit-Katalysatoren besonders bevorzugt sind. Titansilicalit-Katalysatoren sind im Allgemeinen synthetische Zeolithe, wobei das molare Verhältnis von TiO2 zu SiO2 im Zeolith kleiner als 1 ist. Vorzugsweise ergibt sich das molare Verhältnis von TiO2 zu SiO2 gemäß der Formel
X TiO2 ■ (1 -X) SiO2, worin x im Bereich von 0,0001 bis 0,04, besonders bevorzugt im Bereich von 0,0055 bis 0,036 liegt.
Die Porengröße des Titansilicalit-Katalysators liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt 5 bis 30 nm.
Diese Katalysatoren lassen sich insbesondere durch Kondensationsreaktion von Tetraalkylorthosilikaten und Tetraalkylorthotitanaten herstellen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung kontinuierlich in einem Reaktor. Der Begriff „kontinuierlich" ist in der Fachwelt bekannt. Unter einer kontinuierlichen Reaktion sind insbesondere Umsetzungen zu verstehen, bei denen über einen längeren Zeitraum Edukte einem Reaktor zugefügt und Produkte aus der dem Reaktor entnommenen Reaktionsmischung abgetrennt werden.
Die Umsetzung kann bei Über- oder Unterdruck erfolgen. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann die Epoxidierung bei einem Druck im Bereich von 200 bis 2000 mbar, besonders bevorzugt im Bereich von 500 bis 1300 mbar durchgeführt werden.
Die Reaktionstemperatur ist insbesondere von der Art des eingesetzten
Katalysators abhängig. Je höher die Aktivität des Katalysators, desto geringere Temperaturen können bei der Umsetzung angewandt werden. Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist insbesondere die Selektivität der Umsetzung wesentlich. Überraschende Vorteile können insbesondere bei einer Reaktionstemperatur erzielt werden, die im Bereich von 200C bis 600C, besonders bevorzugt im Bereich von 25°C bis 35°C liegt.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens werden höchstens 50 Mol.-%, bevorzugt höchstens 30 Mol.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol.-% des in den Reaktor zugeführten Allyl(meth)acrylats umgesetzt, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Diese Angabe bezieht sich nicht auf den Umsatz des Gesamtprozesses, bei dem in bevorzugten Varianten nicht umgesetztes Allyl(meth)acrylat zurückgeführt und in weiteren Durchläufen umgesetzt werden kann, sondern auf die Anteile an Allyl(meth)acrylat, die nach der Einspeisung in den Reaktor in der umgesetzten Reaktionsmischung enthalten sind.
Vorzugsweise werden höchstens 60 Mol.-%, bevorzugt höchstens 40 Mol.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 30 Mol.-% des in den Reaktor zugeführten H2O2 umgesetzt. Diese Angabe bezieht sich nicht auf den Gesamtprozess, bei dem in bevorzugten Varianten nicht umgesetztes H2O2 zurückgeführt und in weiteren Durchläufen umgesetzt werden kann, sondern auf die Anteile an H2O2, die nach der Einspeisung in den Reaktor in der umgesetzten Reaktionsmischung enthalten sind.
Die zuvor dargestellten Umsatzwerte lassen sich insbesondere über die Verweilzeit regeln, die insbesondere im Bereich von 1 Minute bis 180 Minuten, besonders bevorzugt im Bereich von 5 Minuten bis 60 Minuten liegt. Bei dem Einsatz von mehreren Reaktoren beziehen sich diese Angaben auf die Summe der Verweilzeiten in diesen Reaktoren. Die zuvor dargelegten Parameter werden bevorzugt so gewählt, dass die Selektivität der Umsetzung mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90% und ganz besonders bevorzugt mindestens 94% beträgt.
Die Umsetzung findet in mindestens einem Reaktor statt, wobei die Art des Reaktors keiner besonderen Beschränkung unterliegt. So können insbesondere isotherme oder adiabatische Reaktoren zur Durchführung der Umsetzung eingesetzt werden, die auch in Form von Schlaufenreaktoren, die eine Stoffrückführung umfassen, ausgebildet sein können.
Isotherme Reaktoren erlauben eine sehr gute Steuerung der Reaktionstemperatur, sind jedoch mit relativ hohen Investitions-, Betriebs- und Wartungsaufwand verbunden.
Überraschende Vorteile hinsichtlich der Kosteneffizienz des Verfahrens lassen sich insbesondere durch die Verwendung eines oder mehrerer adiabatischer Reaktoren erzielen. In adiabatischen Reaktoren findet die Umsetzung üblich ohne Wärmeaustausch statt. Da die vorliegende Reaktion exotherm ist, jedoch ein sehr starker Temperaturanstieg vielfach zu einer geringeren Selektivität führen kann, benötigen die vorliegenden Reaktoren keine aufwendige Isolierung um einen Wärmeaustausch zu verhindern. Dementsprechend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „adiabatischer Reaktor" ein Reaktionsgefäß verstanden, welches keine aktive Kühlung aufweist, um die Reaktionstemperatur innerhalb des Reaktionsvolumens konstant zu halten. Dieser Reaktor kann einen besonders einfachen und somit kostengünstigen Aufbau aufweisen.
Eine Verbesserung des Verfahrens, die nicht ohne weiteres vorhersehbar war und auf einer Selektivitätssteigerung beruht, kann unter anderem durch die Verwendung einer Anlage erzielt werden, die mindestens zwei adiabatische Reaktoren aufweist, wobei die Reaktionsmischung zwischen den Reaktoren gekühlt wird. Die Zahl der adiabatischen Reaktoren liegt bei dieser Ausgestaltung bevorzugt im Bereich von 2 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 5.
Aufgrund der fehlenden aktiven Kühlung innerhalb des adiabatischen Reaktors nimmt die Temperatur der Reaktionsmischung im Allgemeinen innerhalb des Reaktors zu. Die Abmessungen der adiabatischen Reaktoren werden bevorzugt so gewählt, dass die Temperaturzunahme höchstens 200C, besonders bevorzugt höchstens 100C beträgt. Beispielsweise kann die Temperatur der
Reaktionsmischung beim Eintritt in den Reaktor höchstens 45°C, bevorzugt höchstens 35°C und ganz besonders bevorzugt höchstens 27°C betragen. Wohingegen die Temperatur der Reaktionsmischung beim Austritt aus dem Reaktor bevorzugt höchstens 55°C, besonders bevorzugt höchstens 45°C und ganz besonders bevorzugt höchstens 310C beträgt.
Der Einsatz von Polymerisationsinhibitoren während der Umsetzung oder Aufreinigung der ungesättigten Verbindungen ist nicht notwendig. So kann insbesondere bei der partiellen Epoxidierung von Allyl(meth)acrylat auf den Einsatz von Po- lymerisationsinhibitoren verzichtet werden. Bei der Aufreinigung können jedoch durch die Verwendung von Polymerisationsinhibitoren Vorteile hinsichtlich der Standzeiten der Anlage und der Ausbeute erzielt werden. Diese Verbindungen, wie beispielsweise Hydrochinone, Hydrochinonether, wie Hydrochinonmono- methylether oder Di-tert-butylbrenzcatechin, Phenothiazin, 4-Hydroxy-2, 2,6,6- tetramethylpiperidin-1 -oxyl, Methylenblau oder sterisch gehinderte Phenole, sind in der Fachwelt weithin bekannt. Diese Verbindungen können einzeln oder in Form von Mischungen eingesetzt werden und sind im Allgemeinen kommerziell erhältlich. Für weitere Details wird auf die gängige Fachliteratur, insbesondere auf das Römpp-Lexikon Chemie; Herausgeber: J. Falbe, M. Regitz; Stuttgart, New York; 10. Auflage (1996); Stichwort "Antioxidantien" und die an dieser Stelle zitierten Literaturstellen verwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Substanz, d.h. ohne Verwendung eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Falls gewünscht kann auch ein inertes Lösungsmittel eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann insbesondere ein polares Lösungsmittel eingesetzt werden, mit welchem die Edukte gut gemischt werden können. Vorzugsweise sind die Edukte ohne Mischungslücke innerhalb des Reaktionstemperaturbereichs mit dem Lösungsmittel mischbar. Zu den besonders bevorzugten Lösungsmitteln gehören insbesondere Methanol, Ethanol und Propanol.
Ein bevorzugtes Gemisch, das in den Reaktor eingeleitet werden kann, umfasst 10 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-% Allyl(meth)acrylat, 0,5 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% Wasserstoffperoxid, 0,5 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% Wasser und 30 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 70 Gew.-% Lösungsmittel.
Die nach der Umsetzung erhaltene Produktmischung, die dem Reaktor entnommen wird, kann bevorzugt in einem mehrstufigen Verfahren aufgereinigt werden, um überschüssiges H2O2 abzutrennen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens kann in der Produktmischung verbliebenes H2O2 durch Destillation oder durch die Ausnutzung einer Mischungslücke, beispielsweise unter Einsatz eines Phasentrenners (Scheidebehälters), aus der Mischung entfernt werden.
Falls beispielsweise ein polares Lösungsmittel, wie zum Beispiel Methanol oder Ethanol verwendet wurde, kann in einem ersten Schritt das Lösungsmittel zusammen mit enthaltenem Wasser (H2O) aus der Produktmischung durch Destillation abgetrennt werden, wobei ein Teil des Allyl(meth)acrylats zusammen mit dem Methanol aus der Mischung abdestilliert werden kann.
Vorzugsweise kann in diesem Schritt auf eine besonders feine Trennung verzichtet werden, da Allyl(meth)acrylat und das Lösungsmittel in den Reaktor zurückgeführt werden können.
Die Temperatur des Sumpfes bei dieser ersten Destillation ist vorzugsweise kleiner als 110 0C, besonders bevorzugt kleiner als 100 0C und ganz besonders bevorzugt kleiner als 80 0C. Der Druck bei der ersten Destillation liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 2 bar absolut, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 bar absolut.
Die Mischung umfassend Allyl(meth)acrylat und das Lösungsmittel kann durch eine zweite Destillation getrennt werden, falls das Lösungsmittel beispielsweise in eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid und Allyl(meth)acrylat in den Reaktor eingeleitet werden soll. Die Temperatur des Sumpfes bei dieser zweiten Destillation ist vorzugsweise kleiner als 120 0C, besonders bevorzugt kleiner als 90 0C. Der Druck bei der zweiten Destillation liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 ,5 bar absolut, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1 bar absolut.
Durch das Abtrennen des Lösungsmittels verbleibt vorzugsweise eine Zusammensetzung, die einen Teil des Allyl(meth)acrylats, Glycidyl(meth)acrylat und nicht umgesetztes Wasserstoffperoxid (H2O2) umfassen kann. Da die
Löslichkeit von H2O2 in Allyl(meth)acrylat bzw. Glycidyl(meth)acrylat nur begrenzt ist, kann zunächst in einem Phasentrenner ein Teil des Wasserstoffperoxids abgetrennt werden. Weiterhin kann das Glycidyl(meth)acrylat von verbliebenem Allyl(meth)acrylat und/oder H2O2 durch eine weitere Destillation getrennt werden. Die Temperatur des Sumpfes bei dieser dritten Destillation ist vorzugsweise kleiner als 140 0C, besonders bevorzugt kleiner als 120 0C und ganz besonders bevorzugt kleiner als 110 0C. Der Druck bei der dritten Destillation liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 200 mbar absolut, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 mbar absolut. Im Glycidyl(meth)acrylat verbliebenes Wasserstoffperoxid kann zunächst durch einen Phasentrenner abgetrennt und anschließend in den Reaktor zurückgeführt werden.
Das Glycidyl(meth)acrylat kann in einer Feinreinigung von Nebenprodukten gereinigt werden. Hierzu kann zunächst das in dieser Mischung verbliebene Wasserstoffperoxid katalytisch zersetzt werden, wie dies beispielsweise in JP-A-09132571 dargelegt ist.
Eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegen- den Erfindung weist mindestens eine Vorrichtung zur Herstellung von H2O2 und mindestens einen Reaktor auf, der über eine Leitung mit einer ersten Destillationskolonne verbunden ist, wobei der Kolonnenkopf über eine Leitung mit einer zweiten Destillationskolonne in Verbindung steht, und der Sumpf der ersten Destillationskolonne über eine Leitung mit einer dritten Destillationskolonne in Ver- bindung steht, wobei der Kopf der zweiten Destillationskolonne über eine Leitung mit der Vorrichtung zur Herstellung von H2O2 verbunden ist. Eine derartige Anlage ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Eine zweckmäßige Anlage zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat umfasst mindestens eine Vorrichtung zur Herstellung von H2O2. Derartige Teilanlagen sind an sich bekannt, wobei bevorzugte Verfahren und Anlagen insbesondere in EP-B 0 274 830, EP-A 0 366 419, EP-A 0 579 109, DE-A 41 27 918, EP-B 0 504 741 , EP-B 0 492 064, EP-B 0 498 166, EP-A-O 787 681 , EP-A-O 978 316, EP-A-1 127 839, WO 02/092501 dargelegt sind. Bevorzugt wird hierbei H2O2 durch eine so genannte Direktsynthese, bei der H2 unmittelbar mit O2 zu H2O2 umgesetzt wird, in Gegenwart eines Alkohols hergestellt, wie dies unter anderem in EP-A-O 787 681 oder EP-A-O 978 316 dargelegt ist.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein oder mehrere Reaktoren aufweisen, wobei in diesem Zusammenhang auf die zuvor dargelegten Ausführungen verwiesen wird. Besonders bevorzugt werden ein oder mehrere adiabatische Reaktoren eingesetzt, wobei bevorzugt Anlagen mit 2 bis 8, besonders bevorzugt 3 bis 5 Reaktoren eingesetzt werden können. In dieser Ausführungsform kann die Produktmischung zwischen den Reaktoren gekühlt werden.
Vorzugsweise kann der Reaktor in Bezug auf die Erdoberfläche im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet werden, d.h. der Neigungswinkel beträgt etwa 90°, wobei kleinere Abweichungen, beispielsweise von weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5°, vielfach toleriert werden können. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der im Wesentlichen senkrecht ausgerichtete Reaktor unten nach oben durchströmt wird, so dass die Flussrichtung eine Richtungskomponente aufweist, die senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet ist.
Die Anlage kann ein, zwei oder mehr Phasentrenner umfassen, die insbesondere zur Abtrennung von Wasser oder Wasserstoffperoxid aus den jeweiligen Mischungen dienen können.
Die Komponenten der Anlage, die mit Wasserstoffperoxid in Berührung kommen, insbesondere der Reaktor, die Pumpen und die Phasentrenner sind bevorzugt aus einem oxidationsstabilen Metall, beispielsweise Zirkonium, Tantal, Titan oder rostfreien Stahl oder einem beschichteten Metall, das beispielsweise eine Emailschicht oder eine Zirkonschicht aufweist, aufgebaut. Weiterhin können auch Kunststoffe, beispielsweise PTFE ummantelte Bauteile, graphitisierte Komponen- ten oder Werkstücke aus Graphit, insbesondere in Pumpen eingesetzt werden.
Das Vorstehende wird nunmehr anhand einer nicht limitierenden Zeichnung beispielhaft erläutert.
Figur 1 stellt schematisch eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Über ein oder mehrere Leitungen 1 a und 1 b werden die zur Herstellung von Wasserstoffperoxid benötigen Verbindungen, insbesondere ein Gasgemisch umfassend Wasserstoff und Sauerstoff sowie ggf. ein Lösungsmittel, z.B. Methanol in die Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid 2 eingeleitet. Die erhaltene Produktmischung, die insbesondere Wasserstoffperoxid sowie ggf. ein Lösungsmittel umfassen kann, wird anschließend über Leitung 3, in die über Leitung 4 Allyl(meth)acrylat eingeleitet werden kann, in den Reaktor 5a, 5b, 5c und 5d überführt, der vorliegend aus mehreren Teilreaktoren 5a, 5b, 5c und 5d aufgebaut ist, wobei zwischen oder nach den Teilreaktoren 5a, 5b, 5c und 5d jeweils eine Kühlung der Reaktionsmischung erfolgt, die beispielsweise durch Wärmeaustauscher 6a, 6b, 6c und 6d erzielt werden kann.
Die in dem Reaktor 5a, 5b, 5c und 5d erhaltene Produktmischung wird gemäß der vorliegenden Ausgestaltung der Anlage zunächst in einen Gasabscheider 7 überführt, wobei gasförmige Nebenprodukte über Leitung 8 aus der Anlage abgeleitet werden können. Die flüssige Reaktionsmischung kann anschließend über Leitung 9 in eine erste Destille 10 eingeleitet werden, wobei die über Kopf erhaltenen Verbindungen über Leitung 11 in eine zweite Destille 12 überführt werden.
Die in die zweite Destille 12 eingeleitete Mischung kann insbesondere Allyl(meth)acrylat, Wasser und Lösungsmittel, beispielsweise Methanol umfassen. Das in der zweiten Destille 12 abgetrennte Lösungsmittel wird über Kopf über Leitung 13 in die Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid 2 überführt. Das in der zweiten Destille 12 aus dem Sumpf ausgeleitete Gemisch umfasst im Allgemeinen Allyl(meth)acrylat und Wasser, wobei dieses Gemisch über Leitung 14 in einen ersten Phasentrenner 15 eingeleitet und aufgetrennt wird.
Das zurückerhaltene Allyl(meth)acrylat wird über Leitung 16, die vorliegend mit Leitung 3 verbunden ist, in den Reaktor 5a, 5b, 5c und 5d überführt. Abgetrenntes Wasser kann über Leitung 17 der Anlage entnommen werden.
Die aus der ersten Destille 10 über den Sumpf abgetrennte Mischung kann insbesondere Allyl(meth)acrylat, Wasserstoffperoxid und Glycidyl(meth)acrylat umfassen. Die über den Sumpf abgetrennte Mischung kann über Leitung 18 in eine dritte Destille 19 eingeleitet und aufgetrennt werden, wobei die über Kopf erhaltene Zusammensetzung, die insbesondere Allyl(meth)acrylat und
Wasserstoffperoxid umfassen kann, über Leitung 20 in den Reaktor 5a, 5b, 5c und 5d eingeleitet wird. Dies kann insbesondere auch dadurch erfolgen, dass Leitung 20 mit Leitung 3 verbunden ist.
Da das in der dritten Destille 19 erhaltene Sumpfprodukt größere Mengen an Wasserstoffperoxid umfassen kann, wird dieses Sumpfprodukt vorliegend über Leitung 21 in einen zweiten Phasentrenner 22 eingeleitet, in welchem Glycidyl(meth)acrylat von Wasserstoffperoxid getrennt wird. Zur Verbesserung der Trennleistung kann dem zweiten Phasentrenner 22 Wasser zugeführt werden, wobei hierzu das aus dem ersten Phasentrenner 15 erhaltene Wasser eingesetzt werden kann.
Das im zweiten Phasentrenner erhaltene Glycidyl(meth)acrylat kann über Leitung 23 der Anlage entnommen werden. Weiterhin kann das erhaltene
Glycidyl(meth)acrylat einer Feinreinigung unterzogen werden, die in der vorliegenden Figur nicht abgebildet ist.
Das aus dem dritten Phasentrenner zurückerhaltene Wasserstoffperoxid kann über Leitung 24, die in der dargestellten Ausführungsform in Leitung 3 mündet, in den Reaktor 5a, 5b, 5c und 5d überführt werden.
Neben den zuvor explizit dargestellten Komponenten kann eine erfindungsgemäße Anlage weitere Bestandteile, insbesondere Pumpen, Sumpfverdampfer usw. umfassen, die in der Figur aus Gründen der besseren Verständlichkeit nicht dargestellt sind.
Beispiel
Die Leistungsfähigkeit einer in dargestellten Figur 1 bevorzugte Ausführungsform der Anlage zur Herstellung von Glycidylmethacrylat wurde untersucht.
Die Edukte H2O2 in Methanol, zugeführt über Leitung 3, und Allylmethacrylat (AMA), zugeführt über Leitung 4, werden zusammen mit den rückgeführten Strö- men (16), (20) und (24) sequentiell angeordneten adiabaten Festbett-Reaktoren zugeführt (5a-d). Zwischen den Reaktoren wird das Produkt mittels Kühlwasser zwischengekühlt (6a-d). Abgesehen vom ersten Reaktor, der mit einer niedrigeren Temperatur betrieben wird, wird bei gleicher Aufteilung des Umsatzes auf 4 Reaktoren eine adiabate Temperaturerhöhung von 27 0C auf 31 0C erreicht. Das Produkt wird nach Durchlaufen eines Scheidebehälters 7 einer Destille bzw. Kolonne 10 zugeführt, in der im Kopfprodukt 99 % MeOH abgetrennt wird; Hoch- sieder, das Produkt GMA und H2O2 werden vollständig über den Sumpf bzw. Leitung 18 ausgetragen. Eine gleichzeitige, vollständige Abtrennung von AMA wird in der vorliegenden Ausführungsform nicht erzielt.
Das über Leitung 1 1 ausgeleitete Kopfprodukt wird in einer weiteren Destille 12 aufgetrennt, um eine MeOH-freie Sumpfphase, die über Leitung 14 ausgeleitet wird, bestehend aus Wasser und AMA und eine MeOH-reiche Kopfphase, die ü- ber Leitung 13 ausgeleitet wird, zu erzeugen. AMA und Wasser lassen sich über einen Phasentrenner bzw. Scheidebehälter 15 in einen Abwasserstrom (Leitung 17) und einen rückgeführten AMA-Strom (Leitung 16) trennen.
Das Sumpfprodukt, ausgeleitet über Leitung 18, der ersten Destille bzw. Kolonne 10 enthält das Produkt GMA zusammen mit Hochsiedern, nicht umgesetzten H2O2 und AMA. Die weitere Trennung des hochsiedenden Produktes GMA von AMA und H2O2 findet in einer weiteren Destille bzw. Kolonne 19 statt.
Das Produkt GMA, ausgeleitet über Leitung 23, umfasst Hochsieder bzw. Spuren an AMA, so dass eine weitere Trennkolonne zur Produktfeinreinigung eingesetzt werden kann, die in Figur 1 nicht dargestellt ist. Ein Strom von ca. 147 kg/h AMA und ca. 45,6 kg/h H2O2 ergab, bei einem Wasserstoffperoxidumsatz von ca. 26% innerhalb des Reaktors, einen Strom von ca. 144,0 kg/h Glycidylmethacrylat.
Beispiel 2
Das Beispiel 1 wurde im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch der Wasserstoff- peroxidumsatz von ca. 26% auf 49,4% verändert wurde. Ein Strom von ca.
148 kg/h AMA und ca. 43,4 kg/h H2O2 ergab einen Strom von ca. 106,1 kg/h Glycidylmethacrylat.

Claims

Patentansprüche
1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Glycidyl(meth)acrylat umfassend die Umsetzung von Allyl(meth)acrylat mit H2O2 in mindestens ei- nem Reaktor in Gegenwart eines Katalysators, wobei nicht umgesetztes Al- lyl(meth)acrylat aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nicht umgesetztes H2O2 aus der Produktmischung abgetrennt und in mindestens einen Reaktor zurückgeführt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von 200C bis 600C durchgeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von 25°C bis 35°C durchgeführt wird.
4. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in einem adiabatischen Reaktor durchgeführt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der adiabatische Reaktor im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist und die Reakti- onsmischung den Reaktor von unten nach oben durchströmt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in einer Anlage durchgeführt wird, die mindestens zwei adiaba- tische Reaktoren aufweist, wobei die Reaktionsmischung zwischen den Reaktoren gekühlt wird.
7. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Temperatur der Reaktionsmischung beim Eintritt in den Reaktor höchstens 35°C beträgt.
8. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Reaktionsmischung beim Austritt aus dem Reaktor höchstens 45°C beträgt.
9. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung mit einem Katalysator durchgeführt wird, der in der Reaktionsmischung unlöslich ist.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung unter Verwendung eines Titansilicalit-Katalysators durchgeführt wird.
11. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis der eingesetzten Reaktionsmischung von Allyl(meth)acrylat zu H2O2 größer als 1 ist.
12. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von Allyl(meth)acrylat zu H2O2 im Bereich von 10:1 bis 1 :1 liegt.
13. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 50 Mol.-% des in den Reaktor zugeführten Allyl(meth)acrylats umgesetzt werden.
14. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 60 Mol.-% des in den Reaktor zugeführten H2O2 umgesetzt werden.
15. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Reaktor eingeleitete Eduktmischung ein Lösungsmittel umfasst.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lö- sungsmittel Methanol, Ethanol oder Propanol ist.
17. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umgesetzte Reaktionsmischung durch ein Verfahren aufgearbeitet wird, welches mindestens zwei Destillationen um- fasst.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Destillation das Lösungsmittel, erhaltenes H2O sowie ein Teil des eingesetzten Allyl(meth)acrylats über Kopf von eingesetztem H2O2 und er- haltenem Glycidyl(meth)acrylat getrennt wird.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Destillation bei einer Sumpftemperatur kleiner als 110 0C durchgeführt wird.
20. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Destillation das Lösungsmittel über Kopf vom eingesetzten Allyl(meth)acrylat getrennt wird, wobei erhaltenes H2O über den Sumpf mit dem Allyl(meth)acrylat aus der Destille entnommen wird.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das H2O vom Allyl(meth)acrylat durch einen Phasentrenner getrennt wird.
22. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Destillation eingesetztes H2O2 und ein Teil des eingesetzten Allyl(meth)acrylats über Kopf vom erhaltenen Glyci- dyl(meth)acrylat getrennt wird.
23. Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Destillation bei einer Sumpftemperatur kleiner als 120 0C durchgeführt wird.
24. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des H2O2 vom Glycidyl(meth)acrylat durch einen Phasentrenner getrennt wird.
25. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens einen Vorrichtung zur Herstellung von H2O2 und mindestens einen Reaktor aufweist, der über eine Leitung mit einer ersten Destillationskolonne verbunden ist, wobei der Kolonnenkopf über eine Leitung mit einer zweiten Destillationskolonne in Verbindung steht, und der Sumpf der ersten Destillationskolonne über eine Leitung mit einer dritten Destillationskolonne in Verbindung steht, wobei der Kopf der zweiten Destillationskolonne über eine Leitung mit der Vorrichtung zur Herstellung von H2O2 verbunden ist.
26. Anlage gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens zwei adiabatische Reaktoren aufweist.
27. Anlage gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf der dritten Destillationskolonne über eine Leitung mit dem Reaktor in
Verbindung steht.
28. Anlage mindestens einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens zwei Phasentrenner aufweist.
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