NL1005927C2

NL1005927C2 - Werkwijze voor het winnen van caprolactam uit een geneutraliseerd omlegmengsel.

Info

Publication number: NL1005927C2
Application number: NL1005927A
Authority: NL
Inventors: Antonius Jacobus Franci Simons; Joannes Albertus Wilhe Lemmens; Louise Annemarie Groot Zevert
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1998-11-02
Also published as: CA2288156A1; CO5040159A1; EP0980356A1; AU6856598A; JP2001522371A; CN1253546A; WO1998049140A1; BR9809420A; ID23781A; SK148799A3; BG103833A; TW408109B; PL336476A1; KR20010020300A; EA199900982A1

Description

- 1 -

WERKWIJZE VOOR HET WINNEN VAN CAPROLACTAM

UIT EEN GENEUTRALISEERD OMLEGMENGSEL 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het winnen van caprolactam uit een geneutraliseerd omlegmengsel welk omlegmengsel een 10 oplossing van caprolactam in water en een oplossing van ammoniumsulfaat in water omvat, door extractie met een organisch oplosmiddel in een menger waarna de ontstane organische fase van de waterige fase in een scheider wordt gescheiden en caprolactam uit de organische fase 15 wordt gewonnen.

Een dergelijke werkwijze is reeds bekend uit DE-A-1031308. Hierin wordt beschreven hoe caprolactam wordt verkregen uit een mengsel dat verkregen is na Beckmann-omlegging van cyclohexanonoxim i.a.v.

20 zwavelzuur. Dit omlegmengsel wordt vervolgens geneutraliseerd met behulp van bijvoorbeeld ammoniak. Hierdoor ontstaat een mengsel van 2 waterige fasen, waarbij de ene fase een oplossing van caprolactam in water is en de andere fase een oplossing van 25 ammoniumsulfaat in water is. Dit geneutraliseerde omlegmengsel wordt vervolgens gemengd met een organisch oplosmiddel, i.c. benzeen om het caprolactam te extraheren. Hierdoor ontstaat een waterige fase en een organische fase. Nadeel van deze werkwijze is dat 30 wanneer beide fasen willekeurig met elkaar worden gemengd, het gehalte aan ammoniumsulfaat in het organisch oplosmiddel relatief hoog is. Dit is nadelig bij het verder opwerken en zuiveren van caprolactam.

Het doel van de uitvinding is nu om een 35 werkwijze te verschaffen die tot resultaat heeft dat het organisch oplosmiddel minder ammoniumsulfaat bevat.

1005927 - 2 -

Dit wordt bereikt doordat het organisch oplosmiddel in de menger gedispergeerd wordt in het geneutraliseerde omlegmengsel.

In de werkwijze uitgevoerd volgens DE-A-5 1031308 bedragen de ammoniumsulfaatgehaltes in de organische fase minimaal 350 ppm, terwijl met de werkwijze volgens de uitvinding sulfaatgehaltes van ten hoogste 60 ppm bereikt worden. Bovendien is er in DE-A-1031308 nog een extractiekolom nodig om het caprolactam 10 uit het water te extraheren, hetgeen aanzienlijke investeringskosten met zich meebrengt.

Als menger en scheider kunnen commercieel verkrijgbare menger/scheiders worden gebruikt. Dit zijn apparaten met een menggedeelte en een bezinkgedeelte.

15 In het menggedeelte worden de vloeistoffen bij elkaar gevoegd en wordt energie aan het vloeistofmengsel toegevoegd, bijvoorbeeld door middel van een roerder. Hierdoor ontstaat er een dispersie. In het bezinkgedeelte verblijft de dispersie voldoende lang 20 om, bij voorkeur bij laminaire stroming, de gedispergeerde fase te laten coalesceren.

Geschikte menger/scheiders zijn het doostype-, de IMI-, de "General Mills"- of de Kemira-mixer/settler, als beschreven in "commercial Liquid-25 Liquid Extraction Equipment" (1976) p. 1-295-297.

Als menger kan ook gebruik worden gemaakt van een geroerd vat, een statische menger of een pomp. De beste resultaten worden bereikt met een geroerd vat.

Het geneutraliseerde omlegmengsel omvat een 30 oplossing van caprolactam in water en een oplossing van ammoniumsulfaat in water. Het gehalte aan caprolactam in water kan liggen tussen 60 en 80 gew.%. Het gehalte aan ammoniumsulfaat in water kan liggen tussen 30 en 50 gew.%.

35 Het organisch oplosmiddel dat toegepast wordt om benzeen te extraheren kan bijvoorbeeld benzeen, tolueen, een chloorkoolwaterstof, bijvoorbeeld 1005927 - 3 - φ chloroform, trichloorethaan, trichlooretheen, een alifatisch of cycloalifatisch alcohol met 4-10 C-atomen, of een mengsel daarvan zijn.

Nadat het geneutraliseerde omlegmengsel en 5 het organisch oplosmiddel gemengd zijn om het caprolactam in het organisch oplosmiddel te extraheren, waarbij volgens de uitvinding het organisch oplosmiddel gedispergeerd is in het geneutraliseerde omlegmengsel, ontstaan een waterige en een organische fase. De 10 waterige fase bevat ammoniumsulfaat en gewoonlijk tot 1 gew.% caprolactam. De organische fase bevat caprolactam en maximaal 60 ppm ammoniumsulfaat. De concentratie van caprolactam in de organische fase ligt meestal tussen 15 en 30 gew.% t.o.v. de totale organische fase.

15 De waterige en de organische fase worden vervolgens in een scheider gescheiden. Bij voorkeur wordt de waterige fase vervolgens in een tweede menger gebracht waaraan opnieuw oplosmiddel wordt toegevoegd. Bij voorkeur is het oplosmiddel dat in de tweede menger 20 wordt toegevoegd hetzelfde oplosmiddel als in de eerste menger. Hier wordt bij voorkeur eveneens de organische fase gedispergeerd in de waterige fase, in een tweede scheider wordt de waterige fase vervolgens afgescheiden van de organische fase.

25 Het voordeel van het mengen van de organische fase in de waterige fase is dat er minder caprolactam en minder organisch oplosmiddel in de waterige fase achterblijft. Daardoor blijven de verliezen aan caprolactam en organisch oplosmiddel zo gering 30 mogelijk. Bovendien is de kwaliteit van het ammoniumsulfaat dat uit de waterige fase gewonnen wordt beter.

De uit de tweede scheider afgescheiden waterige fase heeft een hoog gehalte aan 35 ammoniumsulfaat dat volgens bekende wijzen kan worden uitgekristalliseerd.

De temperatuur waarbij de extractie 1005927 - 4 - plaatsvindt ligt gewoonlijk tussen 30 en 60°C. Dit geldt voor de eerste zowel als voor de tweede menger.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt vervolgens het in 5 de tweede scheider afgescheiden organisch oplosmiddel teruggevoerd naar de eerste menger. Het voordeel daarvan is dat er zo efficiënt mogelijk gebruik wordt gemaakt van organisch oplosmiddel hetgeen uit economisch en milieu-oogpunt zeer wenselijk is.

10 De verblijftijd van de verschillende fasen in de schelders bedraagt in het algemeen maximaal 10 minuten. Gewoonlijk is de scheidingstijd tussen 10 seconden en 5 minuten.

De organische fase die afgescheiden wordt uit 15 de eerste scheider wordt bij voorkeur met water of met een alkalische waterige oplossing gewassen. De alkaliconcentratie van deze waterige oplossing ligt gewoonlijk tussen 0,01 en 5 gew.% ten opzichte van de hoeveelheid water. Bij voorkeur ligt de 20 alkaliconcentratie tussen 0,1 en 2 gew.%. Bij voorkeur wordt met water gewassen of met een alkalische oplossing met een zeer laag alkaligehalte.

Als alkali wordt in het kader van de uitvinding gebruik gemaakt van (aard)alkalihydroxides 25 en/of -carbonaten. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van natriumhydroxide of kaliumhydroxide.

De hoeveelheid water waarmee de organische fase afkomstig uit de eerste scheider kan worden gewassen is voor een vakman gemakkelijk vast te 30 stellen. Gewoonlijk ligt deze hoeveelheid tussen 0,1 en 5 gew.% ten opzichte van de hoeveelheid organische fase. Bij voorkeur ligt deze hoeveelheid tussen 0,5 en 2 gew.% t.o.v. de organische fase.

Nadat de organische fase is gewassen wordt 35 deze gewoonlijk ingedampt onder toevoeging van water. Hierdoor ontstaat een caprolactam/watermengsel. Het caprolactamgehalte van dit mengsel bedraagt tussen 85 1005927 - 5 - en 99,9 gew.% t.o.v. de totale stroom. De hoeveelheid water bedraagt hier dus 0,1-15 gew.%.

Ter verdere zuivering van het ontstane caprolactam/water-mengsel kunnen verschillende 5 technieken worden gebruikt, bijvoorbeeld ionenwisselaars, adsorbentia of hydrogenering. Bij voorkeur wordt voor ter verdere zuivering het caprolactam/watermengsel gehydrogeneerd. Hydrogeneren kan plaatsvinden op de volgens de stand der techniek 10 gebruikelijke werkwijze. Een zeer geschikte hydrogenering staat beschreven in EP-A-635487.

Om het caprolactam in zuivere vorm zonder water in handen te kunnen krijgen wordt het caprolactam afgedestilleerd van het water.

15

Vergelijkend Experiment A

In een geroerde glazen reactor (CSTR) werd bij 40°C 344 g waterige caprolactam oplossing, die 73,1 gew.% caprolactam bevatte, gebracht. Daarna werd 863 g 20 ammoniumsulfaatoplossing (42,4 gew.% ammoniumsulfaat) toegevoegd en 852 g benzeen als organisch oplosmiddel. De ammoniumsulfaat- en caprolactam- oplossing waren verkregen na neutralisatie van een omlegmengsel verkregen na een Beckmann omlegging van cyclohexanon 25 oxime in oleum.

De fasen werden zodanig geroerd dat de waterige fase gedispergeerd werd in het benzeen. Na 5 minuten roeren werden de ontstane waterige en organische (benzenische) fase van elkaar gescheiden na het stoppen van de 30 roerder. Na 20 seconden was totale fasescheiding bereikt. Waargenomen werd dat de benzenische fase troebel was en de waterige fase, die de ammoniumsulfaat bevatte, helder.

De benzenische, caprolactam bevattende, fase bevatte 35 350 mg/kg ammoniumsulfaat.

1005927 - 6 -

Voorbeeld I

Vergelijkend Experiment A werd herhaald. Nu werd echter het benzeen gedispergeerd in het geneutraliseerde omlegmengsel. Na 5 minuten roeren bij 5 40°C werden de ontstane benzenische en waterige fase van elkaar gescheiden. Scheiding werd bereikt na 60 seconden. Opvallend was dat de benzenische fase helder en de waterige fase troebel was. De benzenische fase bevatte slechts 55 mg/kg ammoniumsulfaat.

10

Voorbeeld II

In een geroerde reaktor als in Vergelijkend Experiment A werd 780 g waterige fase met 39,5 gew.% ammoniumsulfaat gebracht, verkregen uit de eerste 15 menger. Deze ammoniumsulfaatoplossing werd bij 40°C

gemengd met 709 g benzeen. Hierna werd geroerd zodanig dat het benzeen in de waterige fase gedispergeerd werd. Na 5 minuten roeren werden de ontstane waterige en organische fase gescheiden, fasescheiding was bereikt 20 na 55 seconden. Beide fasen varen helder.

Voorbeeld III

Voorbeeld II werd herhaald. De waterige fase werd nu gedispergeerd in het benzeen. Na 5 minuten 25 roeren werden de organische en de waterige fase gescheiden, na 40 seconden was fasescheiding bereikt. Geconstateerd werd dat de organische fase helder en de waterige fase troebel was door benzeenentrainment. Dit betekende dat er benzeen- en daarmee caprolactamverlies 30 was opgetreden, hetgeen bij Voorbeeld II niet het geval was.

1005927

Claims

1. Werkwijze voor het winnen van caprolactam uit een 5 geneutraliseerd omlegmengsel welk omlegmengsel een oplossing van caprolactam in water en een oplossing van ammoniumsulfaat in water omvat, door extractie met een organisch oplosmiddel in een menger waarna de ontstane organische fase van de 10 waterige fase in een scheider wordt gescheiden en caprolactam uit de organische fase wordt gewonnen, met het kenmerk, dat het organische oplosmiddel in de menger gedispergeerd wordt in het geneutraliseerde omlegmengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in het geneutraliseerde omlegmengsel het gehalte van het caprolactam in water tussen 60 en 80 gew.% bedraagt en het gehalte ammoniumsulfaat in water tussen 30 en 50 gew.% bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat aan de afgescheiden waterige fase een organisch oplosmiddel wordt toegevoegd in een tweede menger waarbij het organische oplosmiddel wordt gedispergeerd in de waterige fase, waarna in 25 een tweede scheider de waterige fase wordt afgescheiden van de organische fase.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het in de tweede scheider afgescheiden organisch oplosmiddel wordt teruggevoerd naar de 30 eerste menger.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het organisch oplosmiddel in de eerste en de tweede menger hetzelfde is.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het 35 kenmerk, dat de afgescheiden organische fase uit de eerste scheider wordt gewassen met water of een alkalische waterige oplossing. 1005927 - 8 -

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de alkaliconcentratie tussen 0,1 en 2 gew.% ten opzichte van de hoeveelheid water is.

8. Werkwijze volgens conclusie 6-7, met het kenmerk, 5 dat de hoeveelheid water of alkalische waterige oplossing waarmee de organische fase gewassen wordt ligt tussen 0,1 en 5 gew.% t.o.v. de organische fase.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, met het 10 kenmerk, dat de organische fase wordt ingedampt onder toevoeging van water tot een caprolactam/watermengsel met een caprolactam- gehalte tussen 85 - 99,9 gew.%.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, met het 15 kenmerk, dat het ingedampte caprolactam/water- mengsel vervolgens gehydrogeneerd wordt.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-10, met het kenmerk, dat het caprolactam wordt gedestilleerd.

12. Werkwijze zoals beschreven in de beschrijvings- 20 inleiding en toegelicht aan de hand van de voorbeelden. i 1005927