WO2011067229A1 - Verwendung von trioxan, gewonnen aus einem verfahren zur abtrennung von trioxan aus einem trioxan/formaldehyd/wasser - gemisch, zur herstellung von polyoxymethylendialkylethern - Google Patents

Verwendung von trioxan, gewonnen aus einem verfahren zur abtrennung von trioxan aus einem trioxan/formaldehyd/wasser - gemisch, zur herstellung von polyoxymethylendialkylethern Download PDF

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WO2011067229A1
WO2011067229A1 PCT/EP2010/068475 EP2010068475W WO2011067229A1 WO 2011067229 A1 WO2011067229 A1 WO 2011067229A1 EP 2010068475 W EP2010068475 W EP 2010068475W WO 2011067229 A1 WO2011067229 A1 WO 2011067229A1
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trioxane
stream
water
formaldehyde
pressure
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Markus Siegert
Eckhard Stroefer
Neven Lang
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Basf Se
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D323/00Heterocyclic compounds containing more than two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D323/04Six-membered rings
    • C07D323/06Trioxane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C41/00Preparation of ethers; Preparation of compounds having groups, groups or groups
    • C07C41/48Preparation of compounds having groups
    • C07C41/50Preparation of compounds having groups by reactions producing groups
    • C07C41/56Preparation of compounds having groups by reactions producing groups by condensation of aldehydes, paraformaldehyde, or ketones

Definitions

  • the invention relates to a use of a crude trioxane stream having a trioxane content of greater than or equal to 90 wt .-%, which was obtained in a process of distillative separation of trioxane from a feed stream of formaldehyde, trioxane and water.
  • Trioxane is usually prepared by distillation of aqueous formaldehyde solution in the presence of acidic catalysts. From the formaldehyde, trioxane and water-containing distillate, the trioxane is then extracted with halogenated hydrocarbons, such as methylene chloride or 1, 2-dichloroethane, or other, water-immiscible solvents.
  • halogenated hydrocarbons such as methylene chloride or 1, 2-dichloroethane, or other, water-immiscible solvents.
  • DE-A 1 668 867 describes a process for the separation of trioxane from mixtures containing water, formaldehyde and trioxane by extraction with an organic solvent.
  • an extraction section consisting of two sections is fed at one end with a customary organic water-immiscible trioxane extractant, at the other end with water.
  • the distillate to be separated is fed to the trioxane synthesis.
  • An aqueous formaldehyde solution is then obtained on the side of the solvent feed and a virtually formaldehyde-free solution of trioxane in the solvent is obtained on the side of the water feed.
  • the distillate resulting from the trioxane synthesis from 40% by weight of water, 35% by weight of trioxane and 25% by weight of formaldehyde is metered into the middle part of a pulsation column, methylene chloride is introduced at the upper end of the column and water at the lower end of the column , In this case, about 25% strength by weight solution of trioxane in methylene chloride is obtained at the lower end of the column and about 30% strength by weight aqueous formaldehyde solution is obtained at the upper end of the column.
  • DE-A 197 32 291 describes a process for the separation of trioxane from an aqueous mixture consisting essentially of trioxane, water and formaldehyde, in which trioxane is removed from the mixture by pervaporation and the Trioxane-enriched permeate is separated by rectification in trioxane and an azeotropic mixture of trioxane, water and formaldehyde.
  • an aqueous mixture consisting of 40 wt .-% of trioxane, 40 wt .-% water and 20 wt .-% of formaldehyde in a first distillation column under atmospheric pressure in a water / formaldehyde mixture and in an azeotropic Trioxane / water / formaldehyde mixture separated.
  • the azeotropic mixture is passed into a pervaporation unit containing a membrane of polydimethylsiloxane with a hydrophobic zeolite.
  • the trioxane-enriched mixture is separated in a second distillation column under normal pressure in trioxane and again in an azeotropic mixture of trioxane, water and formaldehyde. This azeotropic mixture is recycled before the pervaporation step.
  • trioxane, formaldehyde and water form a ternary azeotrope, which at a pressure of 1 bar, the composition 69.5 wt .-% trioxane, 5.4 wt .-% formaldehyde and 25.1 wt. -% water. It has been found that this azeotrope can be broken up in particular by a pressure swing rectification.
  • a crude trioxane stream is first obtained, which generally has a trioxane content of 90% by weight or greater.
  • trioxane stream is then subjected to further work-up by distillation to obtain polymerizable trioxane for the preparation of Polyoxymethylenhomo- or copolymers.
  • Polymerizable trioxane so-called pure trioxane, must have at least 99% by weight of trioxane, preferably at least 99.5% by weight of trioxane, more preferably at least 99.9% by weight of trioxane.
  • trioxane Since the demand of the market for polymerizable trioxane varies greatly, it was an object of the invention to provide a new use of existing plants for the pure distillative separation of trioxane from a mixture containing this and formaldehyde and water for the preparation of ultrapure trioxane.
  • the invention thus consists in the use of a crude trioxane stream IV, with a trioxane content of greater than or equal to 90 wt .-%, which was obtained in a process for the separation of trioxane from a feed stream I of formaldehyde, trioxane and water in which a) a feed stream I, which contains as main component formaldehyde and as minor components trioxane and water, is provided, the feed stream I, a recycle stream V and a recycle stream VII, which contains as main component formaldehyde and as minor components water and trioxane in a first distillation stage are fed and distilled at a pressure of 0.1 to 2.5 bar, wherein a bottom stream II containing as main component formaldehyde and as a minor component water, and a top stream III containing trioxane as the main component and as minor components water and formaldehyde and a side draw stream X containing water, trioxane and formaldehyde, the top stream III, g
  • trioxane can be obtained with world-scale systems for obtaining polymerizable ultrapure trioxane by purely distillative separation of a trioxane / formaldehyde / water mixture in a simple manner, with low equipment costs, a robust technology with high system availability containing Eduktstromes can be provided for the production of POMDAE, which can be reacted flexibly to the requirements of the market.
  • the purity of a crude trioxane stream containing 90% by weight or more of trioxane is sufficient for use as a reactant stream for the production of POMDAE; it can be used as such, without further purification.
  • a consistent material and thermal coupling of a distillatively operated world-scale trioxane production plant with a plant for the production of polyoxymethylene homo- and copolymers and with a plant for the production of POMDAE is made available.
  • This serves very different markets, on the one hand the polymer market, which provides polymers, ie solid products, and requires pure polymerizable trioxane, and on the other hand the fuel market, which provides liquid products and the impurities in trioxane used as educt current in higher Allow dimensions as the fuel is burned.
  • the invention is based on a pure distillative separation of a mixture containing trioxane / formaldehyde / water, wherein the azeotrope, the trioxane with formaldehyde and water, is formed by pressure swing rectification gene by a first and a second distillation are carried out at different pressures.
  • a first distillation column which is operated at a lower pressure, the starting mixture is separated into a trioxane / water / formaldehyde mixture having a low formaldehyde content III and a substantially trioxane-free formaldehyde / water mixture II.
  • the formaldehyde / water mixture II can be added to the trioxane Be recycled synthesis.
  • the resulting trioxane / formaldehyde / water mixture III is separated into pure trioxane and a trioxane / formaldehyde / water mixture V with lower trioxane content.
  • the mixture V is recycled to the first distillation column.
  • a strongly hydrous mixture is further obtained in the first distillation column as side draw stream X, from which substantially pure water VI is separated off in a third distillation column and a water-leaner trioxane / formaldehyde / water mixture VII is obtained.
  • This mixture VII is recycled to the first distillation column.
  • a water-containing stream IX which is obtained in the concentration of aqueous formaldehyde solution, is also fed to the third distillation column.
  • distillation columns any distillation columns such as packing and tray columns are suitable. These can contain any internals, packings or random packings.
  • the pressure in the second distillation stage is higher by 0.1 to 15 bar than the pressure in the first distillation stage.
  • this pressure difference is 1, 0 to 10 bar, more preferably 1, 5 to 5 bar.
  • the first distillation stage is carried out at a pressure of 0.1 to 2.5 bar, preferably 0.25 to 1, 5 bar.
  • the first distillation stage is generally carried out in a distillation column having at least 2, preferably 2 to 50, more preferably 4 to 25 theoretical stages.
  • the stripping section of this column comprises at least 25%, preferably 50 to 90% of the theoretical stages of this column.
  • the feed stream I generally contains 40 to 80 wt .-% formaldehyde, 20 to 59 wt .-% water and 1, 0 to 30 wt .-% of trioxane.
  • the feed stream I is preferably fed in vapor form into the bottom of the first distillation column.
  • the stream II which is generally obtained as the bottom draw stream of the first distillation column, generally contains less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight of trioxane, particularly preferably less than 1% by weight of trioxane.
  • stream II is composed as follows: 55 to 85% by weight of formaldehyde, 15 to 45% by weight of water and 0 to 5% by weight of trioxane.
  • the stream III which is generally obtained as top off stream of the first distillation column, generally contains more than 60 wt .-%, preferably more than 63 wt .-%, particularly preferably more than 65 wt .-% of trioxane.
  • the current III is composed as follows: 3 to 20% by weight of formaldehyde, 10 to 30% by weight of water and 60 to 75% by weight of trioxane.
  • Stream X which is obtained as the side draw stream of the first distillation column, contains water, formaldehyde and trioxane, with water or formaldehyde generally being the main component.
  • the stream X is composed as follows: 10 to 50% by weight of formaldehyde, 10 to 50% by weight of water and 3 to 40% by weight of trioxane.
  • Stream II is preferably recycled to the trioxane synthesis.
  • the streams I, III, V and VII may still contain up to 15 wt .-% low boilers.
  • Conventional low-boiling components which can be formed in the trioxane synthesis and the subsequent distillative separation are methyl formate, methylal, dimethoxydimethyl ether, methanol, formic acid and further hemiacetals and acetals.
  • the low-boiling components are preferably separated off via the top of a low-boiler separation column, which is generally operated at a pressure of 0.1 to 5 bar, preferably at a pressure of 1, 0 to 2.5 bar.
  • the low boiler separation column has at least 2 theoretical stages, preferably 15 to 50 theoretical stages.
  • the stripping section of this column comprises 25 to 90%, preferably 50 to 75%, of the theoretical stages of this column.
  • the content of trioxane lower-boiling components in the bottom product of the low boiler separation column is generally less than 5 wt .-%, preferably less than 2.5 wt .-%, more preferably less than 1, 5 wt .-%.
  • the stream III is separated in a second distillation stage at a pressure of 0.2 to 17.5 bar into a stream IV of substantially pure trioxane and a stream V containing trioxane as the main component and next to water and formaldehyde.
  • This second distillation stage is preferably carried out at 2.5 to 10 bar.
  • this second distillation stage is carried out in a distillation column having at least 2 theoretical plates, preferably 10 to 50 theoretical plates, the stream IV being obtained as bottom draw stream or as side draw stream in the stripping section of the column and stream V being obtained as top draw stream.
  • the stripping section of this distillation column comprises 25 to 90%, preferably 50 to 75% of the theoretical stages of this column.
  • stream IV contains 95 to 100% by weight, preferably 99 to 100% by weight, of trioxane and 0 to 5% by weight, preferably 0 to 1% by weight, of water and nitrogen. benkomponenten.
  • Secondary components are in particular the abovementioned low-boiling components, but also higher than trioxane boiling components.
  • the content of water and secondary components in the trioxane stream IV is particularly preferably ⁇ 0.1%. It can even be ⁇ 0.01%.
  • the stream V contains, for example, 5 to 20% by weight of formaldehyde, 15 to 35% by weight of water and 50 to 75% by weight of trioxane.
  • the stream X and optionally a water-containing stream IX are in a third distillation stage at a pressure of 1 to 10 bar in a stream VI consisting essentially of water, and a recycle stream VII, which contains trioxane as the main component and next water and formaldehyde, separated.
  • the water-containing stream IX is optionally obtained as a vapor withdrawal stream of a formaldehyde concentration unit, which is designed as an evaporator, and contains, for example, 70 to 97 wt .-% water and 3 to 30 wt .-% formaldehyde.
  • the third distillation stage is carried out at a pressure of 2.5 to 8 bar.
  • the third distillation stage is carried out in a distillation column having at least 2 theoretical plates, preferably 10 to 50 theoretical plates, whereby the water stream VI is obtained as the bottom draw stream or as the side draw stream of the column and the recycle stream VII as the top draw stream.
  • the stream X is preferably added in the upper region of the column, for example in the region of the upper third of the theoretical plates of the column, and the stream IX in the middle region of the column, for example in the region of the middle third of the theoretical plates of the column.
  • the water stream VI preferably consists of more than 95% by weight, more preferably more than 97% by weight, of water.
  • stream VI contains 98 to 100% by weight of water, 0 to 1% by weight of formaldehyde and 0 to 1% by weight of secondary components.
  • the stream VII contains, for example, 10 to 55% by weight of formaldehyde, 5 to 50% by weight of water and 5 to 55% by weight of trioxane.
  • the stream VII can be recycled partially or completely before the first distillation stage, preferably it is essentially completely recycled to the first distillation stage. In this case, it can be mixed with the recycle stream V or fed separately from it to the first distillation column.
  • FIGURE 1 shows a preferred embodiment of a plant for the use according to the invention.
  • An aqueous formaldehyde solution 1 (stream VIII) is fed to the evaporator 2, for example a thin-film evaporator, falling-film evaporator or helical-tube evaporator.
  • a formaldehyde-depleted aqueous solution is obtained as the bottom draw stream 4 (stream XI) of the evaporator, a formaldehyde-rich aqueous solution.
  • the distillation column 7 is a formaldehyde / water stream 8 (stream II) as the bottom draw stream, a low-water formaldehyde / water / T rioxan stream 9 (stream III) as overhead extraction stream and a water-rich formaldehyde / water / T rioxan stream 16 as Soab- drawn zugsstrom.
  • Stream 8 is returned together with the stream 4 in the reactor 5.
  • the low-water formaldehyde / water / trioxane stream 9 is fed to the distillation column 10 where it contains a bottom draw stream 11 (stream IV) of essentially pure trioxane and a top draw stream 12 (stream V) containing crude trioxane and, in addition, water and formaldehyde , separated.
  • the stream 12 is returned to the first distillation column.
  • the water-rich formaldehyde / water / T rioxan stream 16 and the low-formaldehyde aqueous vapor withdrawal stream 3 (stream IX) of the evaporator 2 are fed to the third distillation column and there into a stream 14 (stream VI), which consists essentially of water and is discharged, and the recycle stream 15 (stream VII), which contains predominantly formaldehyde and in addition water and trioxane, separated.
  • the crude trioxane 1 1 (stream IV) obtained here can be fed directly, without further purification, as reactant stream to a plant for the production of POMDAE or alternatively, depending on the market requirements, further purified to ultrapure polymerization by purification with ultrapure trioxane.

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Abstract

Vorgeschlagen wird die Verwendung eines Roh-Trioxan-Stromes IV, mit einem Trioxan-Anteil von größer oder gleich 90 Gew.-%, der in einem Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus einem Einsatzstrom I aus Formaldehyd, Trioxan und Wasser gewonnen wurde, bei dem a) ein Einsatzstrom I, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Trioxan und Wasser enthält, bereitgestellt wird, b) der Einsatzstrom I, ein Rückführstrom V und ein Rückführstrom VII, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, in eine erste Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 0,1 bis 2,5 bar destilliert werden, wobei ein Sumpfstrom II, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponente Wasser enthält, und ein Kopfstrom III, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, sowie ein Seitenabzugstrom X, der Wasser, Trioxan und Formaldehyd enthält, erhalten werden, c) der Kopfstrom III, gegebenenfalls nach Abtrennung von Leichtsiedern aus dem Kopfstrom III in einer Leichtsieder-Abtrennstufe, in einer zweiten Destillationsstufe bei einem Druck von 0,2 bis 17,5 bar destilliert wird, wobei der Druck in der zweiten Destillationsstufe um 0,1 bis 15 bar höher als der Druck in der ersten Destillationsstufe ist und eines Rückführstromes V, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, des Roh-Trioxan-Stromes IV als Sumpfstrom, d) der Strom X und gegebenenfalls ein Strom IX, der als Hauptkomponente Wasser enthält, in eine dritte Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 1 bis 10 bar destilliert wird, wobei ein Sumpfstrom VI, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und ein Rückführstrom VII als Kopfstrom, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, erhalten werden, zum unmittelbaren Einsatz, ohne weitere Aufreinigung, als Eduktstrom für die Herstellung von Polyoxymethylendialkylethern.

Description

VERWENDUNG VON TRIOXAN, GEWONNEN AUS EINEM VERFAHREN ZUR ABTRENNUNG VON TRIOXAN AUS EINEM TRIOXAN/FORMALDEHYD/WASSER - GEMISCH , ZUR HERSTELLUNG VON POLYOXYMETHYLENDIALKYLETHERN Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Roh-Trioxan-Stromes mit einem Trioxan- Anteil von größer oder gleich 90 Gew.-%, der in einem Verfahren der destillativen Abtrennung von Trioxan aus einem Einsatzstrom aus Formaldehyd, Trioxan und Wasser gewonnen wurde.
Trioxan wird in der Regel durch Destillation von wässriger Formaldehydlösung in Gegenwart saurer Katalysatoren hergestellt. Aus dem Formaldehyd, Trioxan und Wasser enthaltenden Destillat wird anschließend das Trioxan mit halogenierten Kohlenwasser- Stoffen, wie Methylenchlorid oder 1 ,2-Dichlorethan, oder anderen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln extrahiert.
Die DE-A 1 668 867 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus Wasser, Formaldehyd und Trioxan enthaltenden Gemischen durch Extraktion mit einem organi- sehen Lösungsmittel. Dabei wird eine aus zwei Teilstrecken bestehende Extraktionsstrecke an einem Ende mit einem üblichen organischen, mit Wasser praktisch nicht mischbaren Extraktionsmittel für Trioxan beschickt, am anderen Ende mit Wasser. Zwischen den beiden Teilstrecken wird das zu trennende Destillat der Trioxan- Synthese zugeführt. Auf der Seite der Lösungsmittelzuführung wird dann eine wässrige Formaldehydlösung und auf der Seite der Wasserzuführung eine praktisch formalde- hydfreie Lösung von Trioxan in dem Lösungsmittel erhalten. In einem Beispiel wird das bei der Trioxan-Synthese entstandene Destillat aus 40 Gew.-% Wasser, 35 Gew.-% Trioxan und 25 Gew.-% Formaldehyd in den Mittelteil einer Pulsationskolonne eindosiert, am oberen Kolonnenende Methylenchlorid und am unteren Kolonnenende Wasser zugeführt. Dabei wird am unteren Kolonnenende eine etwa 25 gew.-%ige Lösung von Trioxan in Methylenchlorid und am oberen Kolonnenende eine etwa 30 gew.- %ige wässrige Formaldehydlösung erhalten.
Nachteil dieser Verfahrensweise ist der Anfall an Extraktionsmittel, welches aufgereinigt werden muss. Bei den verwendeten Extraktionsmitteln handelt es sich zum Teil um Gefahren stoffe (T oder T+-Stoffe im Sinne der deutschen Gefahrstoffverordnung), deren Handhabung besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert.
Die DE-A 197 32 291 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus einem wässrigen Gemisch, das im Wesentlichen aus Trioxan, Wasser und Formaldehyd besteht, bei dem man dem Gemisch Trioxan durch Pervaporation entzieht und das an Trioxan angereicherte Permeat durch Rektifikation in Trioxan und ein azeotropes Gemisch aus Trioxan, Wasser und Formaldehyd trennt. In dem Beispiel wird ein wässri- ges Gemisch bestehend aus 40 Gew.-% Trioxan, 40 Gew.-% Wasser und 20 Gew.-% Formaldehyd in einer ersten Destillationskolonne unter Normaldruck in ein Was- ser/Formaldehyd-Gemisch und in ein azeotropes Trioxan/Wasser/Formaldehyd- Gemisch getrennt. Das azeotrope Gemisch wird in eine Pervaporationseinheit geleitet, welche eine Membran aus Polydimethylsiloxan mit einem hydrophoben Zeolithen enthält. Das mit Trioxan angereicherte Gemisch wird in einer zweiten Destillationskolonne unter Normaldruck in Trioxan und wiederum in ein azeotropes Gemisch aus Trioxan, Wasser und Formaldehyd aufgetrennt. Dieses azeotrope Gemisch wird vor die Pervaporationsstufe zurückgeführt.
Die obigen Verfahren sind jedoch aufwändig, da hierfür der Einsatz eines Extraktionsmittels oder einer Pervaporationseinheit erforderlich ist. Es wurden daher Verfahren entwickelt, wonach die Abtrennung von Trioxan aus dieses enthaltenden Gemischen mit Formaldehyd und Wasser rein destillativ, insbesondere ohne Zusatz von Extraktionsmitteln sowie ohne dass eine Pervaporation erforderlich wäre, durchgeführt wird.
Problematisch ist hierbei, dass Trioxan, Formaldehyd und Wasser ein ternäres Azeot- rop bilden, das bei einem Druck von einem 1 bar die Zusammensetzung 69,5 Gew.-% Trioxan, 5,4 Gew.-% Formaldehyd und 25,1 Gew.-% Wasser aufweist. Es wurde gefunden, dass dieses Azeotrop insbesondere durch eine Druckwechselrektifikation aufgebrochen werden kann. In bekannten Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemischen durch Druckwechselrektifikation wird zunächst ein Roh-Trioxan-Strom gewonnen, der in der Regel einen Trioxan-Anteil von 90 Gew.-% oder größer aufweist. Dieser Roh-Trioxan-Strom wird anschließend einer weiteren destillativen Aufarbeitung unterworfen, um polymerisationsfähiges Trioxan zur Herstellung von Polyoxymethylenhomo- oder Copolymeren zu erhalten. Polymerisationsfähiges Trioxan, sogenanntes Reinst-Trioxan muss mindestens 99 Gew.-% Trioxan, bevorzugt mindestens 99,5 Gew.-% Trioxan, weiter bevorzugt mindestens 99,9 Gew.-% Trioxan aufweisen.
Da die Nachfrage des Marktes nach polymerisationsfähigem Trioxan stark schwankt, war es Aufgabe der Erfindung, eine neue Verwendung vorhandener Anlagen zur rein destillativen Auftrennung von Trioxan aus einem dieses sowie Formaldehyd und Was- ser enthaltenden Gemisch zur Herstellung von Reinst-Trioxan zur Verfügung zu stel- Es wurde gefunden, dass ein Roh-Trioxan-Strom, mit einem Trioxan-Gewichtsanteil von 90 % oder größer, der in einer Anlage zur rein destillativen Auftrennung eines Trioxan/Formaldehyd/Wasser enthaltenden Gemisches als Zwischenprodukt vor der weiteren destillativen Aufreinigung zu Reinst-Trioxan anfällt, unmittelbar, ohne weitere Aufreinigung, als Eduktstrom zur Herstellung von Polyoxymethylendialkylethern (POMDAE) eingesetzt werden kann, die als Zusatzstoffe für Dieselkraftstoffe eine Verwendung finden. POMDAE kann insbesondere nach einem Verfahren, wie in WO 2006/134081 oder WO 2008/047404 beschrieben, hergestellt werden.
Die Erfindung besteht somit in der Verwendung eines Roh-Trioxan-Stromes IV, mit einem Trioxan-Anteil von größer oder gleich 90 Gew.-%, der in einem Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus einem Einsatzstrom I aus Formaldehyd, Trioxan und Wasser gewonnen wurde, bei dem a) ein Einsatzstrom I, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Trioxan und Wasser enthält, bereitgestellt wird, der Einsatzstrom I, ein Rückführstrom V und ein Rückführstrom VII, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, in eine erste Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 0,1 bis 2,5 bar destilliert werden, wobei ein Sumpfstrom II, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponente Wasser enthält, und ein Kopfstrom III, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, sowie ein Seitenabzugstrom X, der Wasser, Trioxan und Formaldehyd enthält, erhalten werden, der Kopfstrom III, gegebenenfalls nach Abtrennung von Leichtsiedern aus dem Kopfstrom III in einer Leichtsieder-Abtrennstufe, in einer zweiten Destillationsstufe bei einem Druck von 0,2 bis 17,5 bar destilliert wird, wobei der Druck in der zweiten Destillationsstufe um 0,1 bis 15 bar höher als der Druck in der ersten Destillationsstufe ist und eines Rückführstromes V, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, des Roh-Trioxan-Stromes IV als Sumpfstrom, der Strom X und gegebenenfalls ein Strom IX, der als Hauptkomponente Wasser enthält, in eine dritte Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 1 bis 10 bar destilliert wird, wobei ein Sumpfstrom VI, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und ein Rückführstrom VII als Kopf- ström, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, erhalten werden, zum unmittelbaren Einsatz, ohne weitere Aufreinigung, als Eduktstrom für die Herstel- lung von Polyoxymethylendialkylethern.
Es wurde gefunden, dass mit World-Scale-Anlagen zur Gewinnung von polymerationsfähigem Reinst-Trioxan durch rein destillative Auftrennung eines Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisches in einfacher Weise, mit niedrigem apparativen Aufwand, einer robusten Technologie mit hoher Anlagenverfügbarkeit sehr große Mengen eines Trioxan enthaltenden Eduktstromes für die Herstellung von POMDAE zur Verfügung gestellt werden können, wobei flexibel auf die Anforderungen des Marktes reagiert werden kann. Die Reinheit eines Roh-Trioxan-Stromes, der 90 Gew.-% oder mehr Trioxan enthält, ist ausreichend zum Einsatz als Eduktstrom für die Herstellung von POMDAE; er kann als solcher, ohne weitere Aufreinigung, eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird somit eine konsequente stoffliche und thermische Kopplung einer destillativ betriebenen World-Scale-Trioxanproduktionsanlage mit einer Anlage zur Herstellung von Polyoxymethylenhomo- und Copolymeren sowie mit einer Anlage zur Herstellung von POMDAE zur Verfügung gestellt. Dadurch werden ganz unterschiedliche Märkte bedient, einerseits der Polymermarkt, der Polymere, das heißt feste Produkte, zur Verfügung stellt und hierfür reines polymerisationsfähiges Trioxan benötigt, und andererseits der Kraftstoffmarkt, der flüssige Produkte zur Verfügung stellt und die Verunreinigungen im als Eduktstrom eingesetzten Trioxan in höherem Maße zu- lässt, da der Kraftstoff verbrannt wird.
Durch die konsequente thermische und stoffliche Kopplung der Anlagen auf ganz unterschiedlichen Einsatzgebieten wird die Nachhaltigkeit gefördert, vorhandene Anlagen zur destillativen Aufarbeitung von Trioxan können vielseitig genutzt werden, um ganz unterschiedliche Märkte zu bedienen.
Die Erfindung basiert auf einer rein destillativen Auftrennung eines Trioxan/Formaldehyd/Wasser enthaltenen Gemisches, wobei das Azeotrop, das Trioxan mit Formaldehyd und Wasser, bildet durch Druckwechselrektifikation umgan- gen wird, indem eine erste und eine zweite Destillation bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt werden.
In einer ersten Destillationskolonne, welche bei niedrigerem Druck betrieben wird, wird das Ausgangsgemisch in ein Trioxan/Wasser/Formaldehyd-Gemisch mit geringem Formaldehyd-Gehalt III und ein im Wesentlichen trioxanfreies Formaldehyd/Wasser- Gemisch II aufgetrennt. Das Formaldehyd/Wasser-Gemisch II kann in die Trioxan- Synthese zurückgeführt werden. In einer zweiten, bei höherem Druck betriebenen Destillationskolonne wird das erhaltene Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch III in reines Trioxan und ein Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch V mit niedrigerem Trioxan- Gehalt aufgetrennt. Das Gemisch V wird in die erste Destillationskolonne zurückge- führt. Erfindungsgemäß wird weiterhin in der ersten Destillationskolonne als Seitenabzugsstrom X ein stark wasserhaltiges Gemisch gewonnen, aus dem in einer dritten Destillationskolonne im Wesentlichen reines Wasser VI abgetrennt und ein wasserärmeres Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch VII gewonnen wird. Dieses Gemisch VII wird in die erste Destillationskolonne zurückgeführt. Vorzugsweise wird ein wasserhal- tiger Strom IX, der bei der Aufkonzentrierung von wässriger Formaldehydlösung erhalten wird, ebenfalls in die dritte Destillationskolonne eingespeist.
Als Destillationskolonnen sind beliebige Destillationskolonnen wie Packungs- und Bodenkolonnen geeignet. Diese können beliebige Einbauten, Packungen oder Füllkörper- schüttungen enthalten.
Der Druck in der zweiten Destillationsstufe ist um 0,1 bis 15 bar höher als der Druck in der ersten Destillationsstufe. Vorzugsweise beträgt diese Druckdifferenz 1 ,0 bis 10 bar, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 5 bar.
Alle Druckangaben beziehen sich auf den Druck am Kopf der jeweiligen Kolonne.
Die erste Destillationsstufe wird bei einem Druck von 0,1 bis 2,5 bar, vorzugsweise 0,25 bis 1 ,5 bar durchgeführt. Die erste Destillationsstufe wird im Allgemeinen in einer Destillationskolonne mit mindestens 2, vorzugsweise 2 bis 50, besonders bevorzugt 4 bis 25 theoretischen Stufen durchgeführt. Im Allgemeinen umfasst der Abtriebsteil dieser Kolonne mindestens 25 %, vorzugsweise 50 bis 90 % der theoretischen Stufen dieser Kolonne. Der Einspeisungsstrom I enthält im Allgemeinen 40 bis 80 Gew.-% Formaldehyd, 20 bis 59 Gew.-% Wasser und 1 ,0 bis 30 Gew.-% Trioxan. Der Einspeisungsstrom I wird vorzugsweise dampfförmig in den Sumpf der ersten Destillationskolonne eingespeist.
Der Strom II, der im Allgemeinen als Sumpfabzugsstrom der ersten Destillationskolon- ne erhalten wird, enthält im Allgemeinen weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2 Gew.-% Trioxan, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% Trioxan. Beispielsweise setzt sich der Strom II wie folgt zusammen: 55 bis 85 Gew.-% Formaldehyd, 15 bis 45 Gew.-% Wasser und 0 bis 5 Gew.-% Trioxan. Der Strom III, der im Allgemeinen als Kopfabzugsstrom der ersten Destillationskolonne erhalten wird, enthält im Allgemeinen mehr als 60 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 63 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 65 Gew.-% Trioxan. Beispielsweise setzt sich der Strom III wie folgt zusammen: 3 bis 20 Gew.-% Formaldehyd, 10 bis 30 Gew.-% Wasser und 60 bis 75 Gew.-% Trioxan. Der Strom X, der als Seitenabzugsstrom der ersten Destillationskolonne erhalten wird, enthält Wasser, Formaldehyd und Trioxan, wobei im Allgemeinen Wasser oder Formaldehyd die Hauptkomponente ist. Beispielsweise setzt sich der Strom X wie folgt zusammen: 10 bis 50 Gew.-% Formaldehyd, 10 bis 50 Gew.-% Wasser und 3 bis 40 Gew.-% Trioxan.
Der Strom II wird vorzugsweise in die Trioxan-Synthese zurückgeführt. Die Ströme I, III, V und VII können noch bis zu 15 Gew.-% Leichtsieder enthalten. Übliche Leichtsieder, die bei der Trioxan-Synthese und der nachfolgenden destillativen Trennung gebildet werden können, sind Methylformiat, Methylal, Dimethoxydimethyl- ether, Methanol, Ameisensäure sowie weitere Halb- und Vollacetale. Zur Abtrennung dieser Leichtsieder kann optional zwischen der ersten und der zweiten Destillationsstu- fe eine Leichtsieder-Abtrennstufe durchgeführt werden. Dabei werden die Leichtsieder vorzugsweise über den Kopf einer Leichtsieder-Abtrennkolonne, welche im Allgemeinen bei einem Druck von 0,1 bis 5 bar, vorzugsweise bei einem Druck von 1 ,0 bis 2,5 bar betrieben wird, abgetrennt. Im Allgemeinen weist die Leichtsieder-Abtrennkolonne mindestens 2 theoretische Stufen, vorzugsweise 15 bis 50 theoretische Stufen auf. Im Allgemeinen umfasst der Abtriebsteil dieser Kolonne 25 bis 90 %, vorzugsweise 50 bis 75 % der theoretischen Stufen dieser Kolonne. Der Gehalt der gegenüber Trioxan leichter siedenden Komponenten im Sumpfaustrag der Leichtsieder-Abtrennkolonne beträgt im Allgemeinen weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 2,5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 ,5 Gew.-%.
Im Allgemeinen wird eine Leichtsieder-Abtrennung durchgeführt.
Der Strom III wird in einer zweiten Destillationsstufe bei einem Druck von 0,2 bis 17,5 bar in einen Strom IV aus im Wesentlichen reinem Trioxan und einen Strom V, der als Hauptkomponente Trioxan und daneben Wasser und Formaldehyd enthält, aufgetrennt. Diese zweite Destillationsstufe wird vorzugsweise bei 2,5 bis 10 bar durchgeführt. Im Allgemeinen wird diese zweite Destillationsstufe in einer Destillationskolonne mit mindestens 2 theoretischen Böden, vorzugsweise 10 bis 50 theoretischen Böden, durchgeführt, wobei der Strom IV als Sumpfabzugsstrom oder als Seitenabzugsstrom im Abtriebsteil der Kolonne anfällt und der Strom V als Kopfabzugsstrom anfällt. Im Allgemeinen umfasst der Abtriebsteil dieser Destillationskolonne 25 bis 90 %, vorzugsweise 50 bis 75 % der theoretischen Stufen dieser Kolonne.
Im Allgemeinen enthält der Strom IV 95 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 99 bis 100 Gew.-% Trioxan und 0 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-% Wasser und Ne- benkomponenten. Nebenkomponenten sind insbesondere die oben genannten Leicht- sieder, aber auch höher als Trioxan siedende Komponenten. Besonders bevorzugt ist der Gehalt an Wasser und Nebenkomponenten im Trioxan-Strom IV < 0,1 %. Er kann sogar < 0,01 % sein. Der Strom V enthält beispielsweise 5 bis 20 Gew.-% Formalde- hyd, 15 bis 35 Gew.-% Wasser und 50 bis 75 Gew.-% Trioxan.
Der Strom X und gegebenenfalls ein wasserhaltiger Strom IX werden in einer dritten Destillationsstufe bei einem Druck von 1 bis 10 bar in einen Strom VI, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und einen Rückführstrom VII, der als Hauptkomponente Trioxan und daneben Wasser und Formaldehyd enthält, aufgetrennt. Der wasserhaltige Strom IX wird gegebenenfalls als Brüdenabzugsstrom einer Formaldehyd- Aufkonzentrierungseinheit, die als Verdampfer ausgestaltet ist, gewonnen und enthält beispielsweise 70 bis 97 Gew.-% Wasser und 3 bis 30 Gew.-% Formaldehyd. Vorzugsweise wird die dritte Destillationsstufe bei einem Druck von 2,5 bis 8 bar durchge- führt. Im Allgemeinen wird die dritte Destillationsstufe in einer Destillationskolonne mit mindestens 2 theoretischen Böden, vorzugsweise 10 bis 50 theoretischen Böden, durchgeführt, wobei der Wasserstrom VI als Sumpfabzugsstrom oder als Seitenabzugsstrom der Kolonne und der Rückführstrom VII als Kopfabzugsstrom erhalten werden. Der Strom X wird vorzugsweise im oberen Bereich der Kolonne, beispielsweise im Bereich des obersten Drittels der theoretischen Böden der Kolonne, und der Strom IX im mittleren Bereich der Kolonne, beispielsweise im Bereich des mittleren Drittels der theoretischen Böden der Kolonne, zugegeben.
Der Wasserstrom VI besteht vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, besonders bevor- zugt zu mehr als 97 Gew.-% aus Wasser. Beispielsweise enthält der Strom VI 98 bis 100 Gew.-% Wasser, 0 bis 1 Gew.-% Formaldehyd und 0 bis 1 Gew.-% Nebenkomponenten.
Der Strom VII enthält beispielsweise 10 bis 55 Gew.-% Formaldehyd, 5 bis 50 Gew.-% Wasser und 5 bis 55 Gew.-% Trioxan.
Der Strom VII kann teilweise oder vollständig vor die erste Destillationsstufe zurückgeführt werden, vorzugsweise wird er im Wesentlichen vollständig in die erste Destillationsstufe zurückgeführt. Dabei kann er mit dem Rückführstrom V gemischt oder ge- trennt von diesem der ersten Destillationskolonne zugeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Figur näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Anlage zur erfin- dungsgemäßen Verwendung. Eine wässrige Formaldehydlösung 1 (Strom VIII) wird dem Verdampfer 2, beispielsweise einem Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer oder Wendelrohrverdampfer, zugeführt. Als Brüdenabzugsstrom 3 (Strom IX) des Verdampfers wird eine an Formaldehyd abgereicherte wässrige Lösung, als Sumpfabzugsstrom 4 (Strom XI) des Ver- dampfers eine formaldehydreiche wässrige Lösung erhalten. Diese wird mit dem form- aldehydreichen Sumpfabzugsstrom 8 (Strom II) der ersten Destillationskolonne 7 dem Trioxan-Synthesereaktor 5, der als Verdampfer ausgebildet ist, zugeführt. Das den Trioxan-Synthesereaktor verlassende dampfförmige Trioxan/Formaldehyd/Wasser- Gemisch 6 (Strom I) wird dem Sumpf der ersten Destillationskolonne 7 zugeführt. Der trioxanreiche Kopfabzugsstrom 15 (Strom VII) der dritten Destillationskolonne 13 wird der Destillationskolonne 7 in der Nähe des Kolonnenkopfes zugeführt. Der Destillationskolonne 7 wird ein Formaldehyd/Wasser-Strom 8 (Strom II) als Sumpfabzugsstrom, ein wasserarmer Formaldehyd/Wasser/T rioxan-Strom 9 (Strom III) als Kopfabzugsstrom und ein wasserreicher Formaldehyd/Wasser/T rioxan-Strom 16 als Seitenab- zugsstrom entnommen. Strom 8 wird zusammen mit dem Strom 4 in den Reaktor 5 zurückgeführt. Der wasserarme Formaldehyd/Wasser/T rioxan-Strom 9 wird der Destillationskolonne 10 zugeführt und dort in einen Sumpfabzugsstrom 11 (Strom IV) aus im Wesentlichen reinem Trioxan und einen Kopfabzugsstrom 12 (Strom V), der Roh- Trioxan und daneben Wasser und Formaldehyd enthält, aufgetrennt. Der Strom 12 wird in die erste Destillationskolonne zurückgeführt. Der wasserreiche Formaldehyd/Wasser/T rioxan-Strom 16 und der formaldehydarme wässrige Brüdenabzugsstrom 3 (Strom IX) des Verdampfers 2 werden der dritten Destillationskolonne zugeführt und dort in einen Strom 14 (Strom VI), der im Wesentlichen aus Wasser besteht und ausgeschleust wird, und den Rückführstrom 15 (Strom VII), der überwiegend Formaldehyd und daneben Wasser und Trioxan enthält, aufgetrennt.
Das hierbei gewonnene Roh-Trioxan 1 1 (Strom IV) kann erfindungsgemäß unmittelbar, ohne weitere Aufreinigung, als Eduktstrom einer Anlage zur Herstellung von POMDAE zugeführt oder alternativ, je nach Markterfordernissen, weiter zu polymerisationsfähi- gern Reinst-Trioxan destillativ aufgereinigt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verwendung eines Roh-Trioxan-Stromes IV, mit einem Trioxan-Anteil von größer oder gleich 90 Gew.-%, der in einem Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus einem Einsatzstrom I aus Formaldehyd, Trioxan und Wasser gewonnen wurde, bei dem ein Einsatzstrom I, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Trioxan und Wasser enthält, bereitgestellt wird, der Einsatzstrom I, ein Rückführstrom V und ein Rückführstrom VII, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, in eine erste Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 0,1 bis 2,5 bar destilliert werden, wobei ein Sumpfstrom II, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponente Wasser enthält, und ein Kopfstrom III, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, sowie ein Seitenabzugstrom X, der Wasser, Trioxan und Formaldehyd enthält, erhalten werden, der Kopfstrom III, gegebenenfalls nach Abtrennung von Leichtsiedern aus dem Kopfstrom III in einer Leichtsieder-Abtrennstufe, in einer zweiten Destillationsstufe bei einem Druck von 0,2 bis 17,5 bar destilliert wird, wobei der Druck in der zweiten Destillationsstufe um 0,1 bis 15 bar höher als der Druck in der ersten Destillationsstufe ist und eines Rückführstromes V, der als Hauptkomponente Trioxan und als Nebenkomponenten Wasser und Formaldehyd enthält, des Roh-Trioxan-Stromes IV als Sumpfstrom, der Strom X und gegebenenfalls ein Strom IX, der als Hauptkomponente Wasser enthält, in eine dritte Destillationsstufe eingespeist und bei einem Druck von 1 bis 10 bar destilliert wird, wobei ein Sumpfstrom VI, der im Wesentlichen aus Wasser besteht, und ein Rückführstrom VII als Kopfstrom, der als Hauptkomponente Formaldehyd und als Nebenkomponenten Wasser und Trioxan enthält, erhalten werden, zum unmittelbaren Einsatz, ohne weitere Aufreinigung, als Eduktstrom für die Herstellung von Polyoxymethylendialkylethern.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der zweiten Destillationsstufe um 1 ,0 bis 10 bar höher als der Druck in der ersten Destillationsstufe ist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Destillationsstufe bei einem Druck von 1 ,5 bis 5 bar durchgeführt wird.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Destillationsstufe bei einem Druck von 2,5 bis 8 bar durchgeführt wird.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Destillationsstufe eine Leichtsieder- Abtrennstufe durchgeführt wird, in der aus dem Strom III Leichtsieder, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylformiat, Methylal, Dimethoxydimethylether und Methanol, abgetrennt werden.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtsiederabtrennung bei in einem Druck von 0,1 bis 5,0 bar in einer Destillationskolonne mit mindestens 2 theoretischen Stufen durchgeführt wird.
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