DE3011175C2 - Verfahren zur Gewinnung von Dimethylterephthalat und Zwischenprodukten der DMT-Herstellung - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Dimethylterephthalat und Zwischenprodukten der DMT-HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Dimethylterephthalat (DMT) und Zwischenprodukten
der DMT-Herstellung aus den höhersiedenden Sumpfprodukten der im Gattungsbegriff des Patentanspruches
beschriebenen Art.
DMT wird als Rohstoff für synthetische Fasern und Folien in großtechnischem Maßstab benötigt. Zwischenprodukte
der DMT-Herstellung, z. B. p-Toluylsäuremethylester (PTE) und Tcrephthalaldehydsäurcmethylester
(TAE) werden in der Technik durch Oxidation und anschließende Veresterung mit Methanol in DMT
umgewandelt.
Daneben ist eile Gewinnung von DMT und von
Zwischenprodukten der DMT-Herstellung aus den genannten geringwertigen hochsiedenden teerartigen
Rückständen von hohem technischen Interesse.
DMT wird hergestellt, indem ein Gemisch von p-Xylol (p-X) und PTE in Abwesenheit von Lösungsmitteln
und Halogenverbindungen in der flüssigen Phase bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit
Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas in &o
Gegenwart gelöster Schwermetalloxidationskatalysatoren oxidiert wird. Als Oxidationskatalysatoren dienen
insbesondere Gemische von Verbindungen des Kobalts und Mangans(DE-PS 20 10 137).
Anschließend wird das Oxidationsprodukt, das h>
überwiegend aus Monomethyl-terephihalat (MMT) und aus p-Toluylsäure (PTS) besteht, mit Methanol verestert.
Das Veresterungsprodukt (Rohester) wird in einer Rohesterdestillation aufgetrennt in eine PTE-Fraktion,
eine DMT-Fraktion und einen hochsiedenden teerartigen Rückstand.
Nach der Lehre der DE-PS 23 10 824 können aus diesem hochsiedenden teerartigen Rückstand DMT und
Zwischenprodukte der DMT-Herstellung erhalten werden, indem dieser hochsiedende teerartige Rückstand
einer Wärmebehandlung unterzogen wird und das gebildete DMT und die Zwischenprodukte abdestilliert
werden. Als geeignete Temperaturbereiche werden 260 bis 400° C, bevorzugt 280 bis 38O0C, insbesondere 300
bis 370°C angegeben; die Wärmebehandlung kann in Gegenwart der Oxidationskatalysatoren, die sich im
Rückstand angereichert haben, stattfinden; neben den Oxidationskatalysatoren darf der Rückstand auch
bekannte Umesterungskatalysatoren, wie beispielsweise Verbindungen von Zink, Titan u. dgl, enthalten.
Die Oxidationskatalysatoren können auch vor der Wärmebehandlung aus dem Destillationsrückstand
teilweise oder im wesentlichen vollständig, beispielsweise durch Extraktion, abgetrennt werden. Nach Abtrennung
der Oxidationskatalysatoren werden nach der Lehre der DE-PS 23 10 824 mit Vorteil Temperaturen
oberhalb von 300° C angewendet.
Es ist vorteilhaft, die Oxidationskatalysatoren, insbesondere die wertvolle Kobaltkomponente, aus den
Destillationsrückständen zurückzugewinnen und in die Oxidation wieder einzusetzen. Eine Rückgewinnung
durch Extraktion vor der Wärmebehandlung ist günstiger, da die Viskosität des Rückstands durch die
Wärmebehandlung stark ansteigt, so daß die Extraktion anschließend durch zu hohe Viskosität behindert ist.
Die Arbeitsweise nach der DE-PS 23 10 824 hat jedoch Nachteile, falls die Oxidationskatalysatoren vor
der Wärmebehandlung durch Extraktion entfernt werden. Dann nämlich sind die Reaktionsgeschwindigkeiten
geringer, und es sind zur Einstellung ausreichender Reaktionsgeschwindigkeiten Temperaturen oberhalb
von 300°C notwendig. Diese hohen Temperaturen haben den Nachteil, daß höhere Kosten entstehen, weil
übliche und einfach zu handhabende Wärmeübertragungsflüssigkeiten bei Temperaturen von 300°C und
mehr eine verringerte Lebensdauer haben. Diese Wärmeübertragungsflüssigkeiten werden um so schneller
thermisch abgebaut, je höhere Temperaturen angewandt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von DMT und
von Zwischenprodukten der DMT-Heriicllung mit
hoher Ausbeute und erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit durch Wärmebehandlung der hochsiedenden
teerartigen Destillationsrückstände der DMT-Herstellung, nachdem aus diesen Rückständen die Oxidationskatalysatoren teilweise oder im wesentlichen vollständig
abgetrennt wurden, und bei dem Reaktionstemperaturen von weniger als 300°C ausreichend sind, zur
Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren der angegebenen Art die Wärmebehandlung
der Sumpfprodukte in Gegenwart darin ausreichend löslicher Verbindungen des Titans, Zirkons, Mangans,
Eisens, Nickels, Zinks, Aluminiums, Siliciums, Bors, Germaniums, Zinns oder Bleis als Spaltkatalysatoren in
Mengen der Metallkomponenten von 0,02 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des hochsiedenden
Rückstandes durchgeführt wird und das wiedergewonnene DMT und die Zwischenprodukte gemeinsam in die
Oxidations- oder in die Veresterungsstufe des Verfah-
rens zurückgeführt werden.
Bevorzugt werden Verbindungen des Eisens, Mangans, Titans und Aluminiums, da sie während der
erfindungsgeniäBen Wärmebehandlung ganz besonders
hohe katalytische Aktivitäten haben. Davon sind Verbindungen des Mangans besonders geeignet, weil
dieses Element während der Wärmebehandlung ausreichend katalytisch aktiv ist und weil die Aromatenoxidation
nicht beeinträchtigt wird durch Mangananteile, die von den abdestillierenden Produkten mitgerissen und in
die Aromatenoxidation eingeschleppt werden.
Es ist überraschend, daß Eisen bei der Wärmebehandlung eine besonders hohe katalytische Aktivität besitzt,
obwohl Eisen nach dem Stand der Technik keineswegs als besonders aktiver Umesterungskatalysator gilt.
Daraus und aus der unterschiedlichen Mengenverteilung der DMT-Zwischenprodukte bei Verwendung
verschiedener Katalysatoren ergibt sich, daß nicht etwa Umesterungen, sondern Spaltreaktionen unbekannter
Natur für die Bildung großer Mengen Nutzprodukte entscheidend sind.
Ebenfalls ist überraschend, daß Kobalt eine vergleichsweise geringe Spaltaktivität besitzt, so daß beim
erfindungsgemäßen Verfahren DMT und Zwischenprodukte der DMT-Erzeugung mit höherer Geschwindigkeit
entstehen als in Gegenwart äquivalenter Kobaltmengen.
Es ist nicht kritisch, welche Verbindungen der katalytisch aktiven Elemente als Spaltkatalysatoren
eingesetzt werden, sofern diese Verbindungen im höhersiedenden Destillationssumpf ausreichend löslich
sind. Brauchbar sind zum Beispiel Acetylacetonate oder Acetate oder die xylollöslichen Salze längerkettiger,
aliphatischer, gesättigter, einbasischer, verzweigter oder geradkettiger Fettsäuren.
Zweckmäßig werden geeignete Lösungen der als Katalysatoren eingesetzten Verbindungen mit dem
höhersiedenden Destillationssumpf gemischt oder in ihm dispergiert; in besonderen Fällen können allerdings
auch feste Verbindungen der Katalysatoren im Rückstand
gelöst werden.
Wenn zuwenig Katalysator bei der Wärmebehandlung anwesend ist, wird die Reaktion nur wenig
beschleunigt; deshalb werden nicht weniger als 200 ppm Katalysator, berechnet als Metall, und bezogen auf das ■»■>
Gewicht des hochsiedenden Rückstands eingesetzt, vorzugsweise 1500 ppm bis 10 000 ppm. Höhere Katalysatorkonzentrationen
als 4 Gew.-% sollten im allgemeinen nicht eingesetzt werden.
Die Temperatur des Rückstandes während der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung beträgt 220 bis
300° C, vorzugsweise 250 bis 290°C.
Der Druck während der Wärmebehandlung ist nicht kritisch; jedoch ist es zweckmäßig, ihn so einzustellen,
daß DMT und Zwischenprodukte der DMT-Herstellung «
während der Wärmebehandlung abdestillieren; deshalb ist verminderter Druck zweckmäßig.
Die Dauer der Wärmebehandlung ist von der Art und Menge des Katalysators abhängig sowie von der
Reaktionstemperatur und von der Geschwindigkeit, mit der DMT und Zwischenprodukte der DMT-Erzeugung
abdestilliert werden. Die Dauer der Wärmebehandlung wird zweckmäßig so gewählt, daß bei einer weiteren
Verlängerung der Wärmebehandlung keine wesentlichen Mengen an DMT und Zwischenprodukten der bs
DMT-Herstellung mehr entstehen. Ob diese Bedingung erfüllt ist, läßt sich durch Entnahme von Proben und
Wärmebehandlung der Proben im Labor leicht feststellen. Natürlich kann auch eine längere oder kürzere
Dauer der Wärmebehandlung eingestellt werden, wenn das aus betrieblichen Gründen erforderlich ist Allerdings
führt eine zu kurze Wärmebehandlung zu Verlusten an DMT und Zwischenprodukten der
DMT-Erzeugung, während eine zu lange Wärmebehandlung große Apparate erfordert und eine sehr hohe
Viskosität des Rückstands sowie Verkrustungen der Apparate und Rohre bewirken kann.
Die Wärmebehandlung kann sowohl absatzweise als auch kontinuierlich durchgeführt werden; vorgezogen
wird eine kontinuierliche Durchführung.
Bei der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung entstehen neben DMT hauptsächlich folgende Nutzprodukte:
PTE, PTS, TAE und MMT. Alle Nutzprodukte werden zweckmäßig gemeinsam vom hochsiedenden Rückstand
abdestilliert." Anschließend wird entweder destillativ
oder durch fraktionierte Kristallisation DMT von den Zwischenprodukten getrennt und die Zwischenprodukte
werden direkt oder indirekt in die Oxidations- oder in die Veresterungsstufe des Verfahrens zurückgeführt;
man kann auch die gesamten aus dem hochsiedenden teerartigen Rückstand abdestillierten Produkte direkt
oder indirekt in die Oxidations- oder in die Veresterungsstufe des Verfahrens zurückführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft bti solchen hochsiedenden Rückständen
angewendet werden, die aus einem Luftoxidationsverfahren stammen, das mit einem kombinierten Oxidationskatalysatorsystem,
ζ. B. mit einer Mischung aus Kobalt- und Manganverbindungen arbeitet.
Die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in gleicher Weise gewährleistet, ob die
erfindungsgemäß zu verwertenden Distaliationsrückstände hersteüungsbedingt einen nennenswerten Restgehalt
an DMT aufweisen oder nicht.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile zeigen sich auch dann, wenn noch ein
wesentlicher Restgehalt an DMT im eingesetzten Rückstand vorhanden ist, weil dieses DMT zusätzlich
gewonnen wird. Selbst aus Destillationsrückständen, deren DMT-Gehalt höher ist als der Gehalt an
hochsiedenden teerartigen Bestandteilen, können DMT und DMT-Vorprodukte nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren vorteilhaft gewonnen werden, weil die bereits vorhandene DMT-Menge und die zusätzliche
entstehende Menge an DMT und DMT-Vorprodukten gleichzeitig gewonnen werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß aus dem Destillationssumpf der Rohesterdestillation größere
Mengen an DMT und Zwischenprodukten der DMT-Herstellung bei kürzeren Reaktionszeiten und
niedrigeren Temperaturen als bei den bisher bekannten Verfahren gewonnen werden. Dadurch werden große
Reaktorvolumina und besondere Heizmaßnahmen vermieden. Diese Vorteile werden insbesondere nach
teilweiser oder vollständiger Entfernung der Oxidationskatalysatoren erreicht.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Bespiel 1 (Vergleichsbeispiel)
In einer industriellen Anlage zur DMT-Herstellung wurden PX und PTE gemeinsam in flüssiger Phase bei
6—8 bar Druck und 150-17O0C Reaktionstemperatur
kontinuierlich oxidiert; als Oxidationskatalysator diente eine frisch angesetzte Lösung von Kobaltacetat und
Manganacetat in 2%iger wäßriger Essigsäure. Diese
Lösung wurde kontinuierlich zugegeben, so daß sich im Oxidationsprodukt eine stationären Konzentration von
90 ppm Kobalt und 9 ppm Mangan pinstellte. Das Oxidationsprodukt enthielt neben dem genannten
Katalysator und den entstandenen Carbonsäuren nicht umgesetztes Einsatzprodukt und verschiedene Zwischen-
und Nebenprodukte. Dieses Oxidationsprodukt wurde bei Temperaturen von etwa 2500C und Drücken
zwischen 20 und 30 bar kontinuierlich mit Methanol verestert. Das Versterungsprodukt wurde kontinuierlich
durch Vakuumdestillation aufgetrennt; diejenige Fraktion, die höher als DMT siedete, wurde unter Vakuum in
einem Nachverdampfer ausdestilliert, bis sie 7,0 Gew.-°/o DMT enthielt. Sie wurde anschließend mit
4°/oiger wäßriger Essigsäurelösung bei erhöhter Temperatur extrahiert, bis sie weniger als 20 ppm Kobalt und
weniger als 5 ppm Mangan enthielt. Anschließend wurde aus der hochsiedenden Fraktion unter Vakuum
bei 1000C Wasser abgezogen.
100 g dieser weitgehend metall- und wasserfreien, hochsiedenden Fraktion wurden 7 Stunden bei 0,05 bar
und 2900C einer Wärmebehandlung unterzogen. Die abdestillierenden Anteile wurden in einem absteigenden
Kühler kondensiert, gewogen und gaschromatographisch analysiert. Aus 100 g der eingesetzten Fraktion
wurden 10,6 g DMT, 3.1 MMT, 0,6 g PTE, 0,6 g PTS und 0,3 g TAE erhalten, also insgesamt 15,2 g nutzbare
Produkte.
100 g der extrahierten und wasserfreien, hochsiedenden
Fraktion, die in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden mit Eisen(III)-acetylacetonat versetzt, so daß sie
0,5 Gew.-°/o Eisen enthielten. Der eisenhaltige Rückstand wurde 7 Stunden bei 0,05 bar und 29O0C einer
Wärmebehandlung unterzogen. Die abdestillierenden Anteile wurden in einem Kühler kondensiert, gewogen
und gaschromatographisch analysiert. Jetzt wurden 42,1 g nutzbare Produkte erhalten; sie bestanden aus
22,4 g DMT, 5,6 g MMT, 8,0 g PTE, 4,0 g PTS und 2,1 g
TAE
Beispie! 3
100 g der extrahierten und wasserfreien, hochsiedenden Fraktion, die in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden
mit Titan(III)-acetylacetonat versetzt, so daß sie ίο 0,5 Gew.-% Titan enthielten. Sie wurden dann wie in
Beispiel 2 behandelt. Jetzt wurden 40,7 g nutzbare Produkte erhalten; sie bestanden aus 23,0 g DMT, 4,5 g
MMT, 7,4 g PTE, 3,2 g PTS und 2,5 g TAE.
wurde wie Beispiel 3, jedoch mit Mangan(III)-acetylacetonat ausgeführt. Es wurden 30,1 g nutzbare
Produkte erhalten, sie bestanden aus 24,6 g DMT, 1,5 g MMT, 2,6 g PTE, 1,2 g PTS, 0,2 g TA E.
wurde wie Beispiel 3, jedoch mit Zinkacetat ausgeführt. Es wurden 30,1 g nutzbare Produkte erhalten. Sie
bestanden aus 23,6 g DMT, 1,4 g MMT, 3,1 g PTE, 1,4 g PTS, 0,6 g TA E.
Beispiel 6(Vergleichsbeispiel)
wurde wie Beispiel 3, jedoch mit Kobalt(II)-acetylacetonat ausgeführt. Es wurden 26,8 g nutzbare Produkte
erhalten. Sie bestanden aus 20,5 g DMT, 3,2 g MMT, 1,7 g PTE, 1,3 g PTS, 0,1 g TAE.
Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel)
wurde mit nicht extrahiertem Rückstand, sonst wie Beispiel 1 ausgeführt. Es wurden 29,8 g nutzbare
Produkte erhalten. Sie bestanden aus 21,5 g DMT, 3,7 g MMT, 1,8 g PTE. 1,5 g PTS und 1,3 g TAE.
Claims (2)
1. Verfahren zur Gewinnung von Dimethylterephthalat (DMT) und Zwischenprodukten der DMT-Herstellung
aus den höhersiedenden Sumpfprodukten, die bei der gemeinsamen Luftoxidation von
p-Xylol und p-Toluylsäuremethylester in Gegenwart
von Schwermetalloxidationskatalysatoren bei 140 bis 180° C und 3 bis 11 bar in flüssiger Phase,
anschließenden Veresterung der entstandenen Sau- ίο
ren mit Methanol und destillativen Abtrennung der entstandenen Ester und Extraktion der Oxidationskatalysatoren
aus den Sumpfprodukten erhalten werden, durch Wärmebehandlung dieser Sumpfprodukte
bei 220 bis 300° C und Abtrennung des DMT und der Zwischenprodukte, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung der Sumpfprodukte in Gegenwart darin ausreichend löslicher
Verbindungen des Titans, Zirkons, Mangans, Eisens, Nickels, Zinks, Aluminiums, Siliciums, Bors, Germaniums,
Zinns oder Bleis als Spaltkatalysatoren in Mengen der Metallkomponente von 0,02 bis
4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des hochsiedenden Rückstandes, durchgeführt wird und das
wiedergewonnene DMT und die Zwischenprodukte gemeinsam in die Oxidations- oder in die Veresterungsstufe
des Verfahrens zurückgeführt werden.
2. Verfahren zur Gewinnung von Dimethylterephthalat (DMT) und Zwischenprodukten der DMT-Herstellung
aus den höhersiedenden Sumpfprodukten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das wiedergewonnene DMT und die Zwischenprodukte getrennt und nur die Zwischenprodukte in die
Oxidations- oder in die Veresterungsstufe des Verfahrens zurückgeführt werden.
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