DE1167811B - Process for the continuous thermal rearrangement of salts of mono- or binuclear aromatic or heterocyclic, aromatically behaving carboxylic acids - Google Patents
Process for the continuous thermal rearrangement of salts of mono- or binuclear aromatic or heterocyclic, aromatically behaving carboxylic acidsInfo
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Description
Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Umlagerung von Salzen ein- oder zweikerniger aromatischer oder heterocyclischer, sich aromatisch verhaltender Carbonsäuren Es ist bekannt, daß man durch Erhitzen von Salzen cyclischer Carbonsäuren Salze anderer Carbonsäuren erhalten kann. Dabei können Isomerisierungen eintreten oder Disproportionierungen. So können z. B. durch thermische Umsetzung der festen Dikaliumsalze der Phthalsäure, Isophthalsäure oder Benzoesäure sowie von Benzolpolycarbonsäuren oder von Gemischen dieser Salze ohne Zuhilfenahme von Lösungsmitteln die entsprechenden Salze der Terephthalsäure mit hoher Ausbeute hergestellt werden, wobei Reaktionstemperaturen von 400 bis 4500 C und Kohlendioxyddrücke von 5 bis 30 at erforderlich sind. Andere cyclische Carbonsäuren, die nach diesem Verfahren hergestellt werden können, sind z. B.Process for the continuous thermal rearrangement of salts or binuclear aromatic or heterocyclic, more aromatic behavior Carboxylic acids It is known that by heating salts of cyclic carboxylic acids Salts of other carboxylic acids can be obtained. Isomerizations can occur here or disproportionations. So z. B. by thermal conversion of the solid Dipotassium salts of phthalic acid, isophthalic acid or benzoic acid and of benzene polycarboxylic acids or the corresponding salts of mixtures of these salts without the aid of solvents Salts of terephthalic acid can be produced in high yield using reaction temperatures of 400 to 4500 C and carbon dioxide pressures of 5 to 30 atm are required. Other cyclic carboxylic acids that can be prepared by this process are z. B.
Dicarbonsäuren mehrkerniger aromatischer Verbindungen, wie Naphthalindicarbonsäure, Diphensäure oder heterocyclische Carbonsäuren, wie Pyridin, Furan-, Thiophen- und Pyrrolcarbonsäuren. Andere cyclische Verbindungen, die sich erfindungsgemäß nach diesem Verfahren herstellen lassen, sind z. B. solche, die neben einer Carboxylgruppe eine andere salzbindende saure Gruppe enthalten, z. B. Hydroxysäuren, wie 4-Hydroxybenzoesäure und Hydroxynaphthalincarbonsäuren. Bekanntlich wird die thermische Umsetzung so vorgenommen, daß die gut vorgetrockneten Ausgangssalze beim Erhitzen auf die zwischen etwa 250 und 4500 C liegenden Reaktionstemperaturen zunächst zusammensintern, dann wieder in den festen Zustand übergehen oder zu einer harten, steinartigen Masse zusammenbacken. Um dieses veRahrenstechniscll bei hoher Temperatur und gleichzeitig unter hohem Druck schwierige Verfahren wirtschaftlich und kontinuierlich durchführen zu können, wurden auch schon Verfahren entwickelt, bei denen diese Umsetzungen in einem Fließbett oder einem Reaktionsofen mit umlaufendem Band durchgeführt wurden. Besonders schwierig gestaltete sich aber bei diesen Verfahren das Einbringen der absolut trockenen Ausgangsstoffe in den Reaktionsraum.Dicarboxylic acids of polynuclear aromatic compounds, such as naphthalenedicarboxylic acid, Diphenic acid or heterocyclic carboxylic acids such as pyridine, furan, thiophene and Pyrrole carboxylic acids. Other cyclic compounds that can be found according to the invention Let this process be produced, for. B. those in addition to a carboxyl group contain another salt-binding acidic group, e.g. B. hydroxy acids such as 4-hydroxybenzoic acid and hydroxynaphthoic acids. As is well known, the thermal conversion is like this made that the well predried starting salts when heated to the between about 250 and 4500 C lying reaction temperatures first sinter together, then go back to the solid state or to a hard, stone-like mass caking. To this process technology at high temperature and at the same time Carry out difficult processes economically and continuously under high pressure To be able to, processes have already been developed in which these conversions in a fluidized bed or a reaction furnace with a rotating belt. However, it was particularly difficult to introduce the absolutely dry starting materials in the reaction chamber.
Fördert man die Ausgangsstoffe staubförmig, z. B. mit Hilfe von Doppelschleusen, Schnecken oder durch Förderung mit Hilfe unter Druck stehender strömender Inertgase oder von Kohlendioxyd in den Reaktionsraum, treten häufig Verstopfungen ein, und es kommt zu Verschmutzungen innerhalb des Reaktionsraumes, die zu Störungen und Betriebsunterbrechungen führen. Außerdem machte sich die mit dem staubförmigen Produkt mitgeführte Luft bei der anschließenden Umsetzung sehr nachteilig auf die Ausbeute an umgelagerten Carbonsäuren bemerkbar, da selbst nach vorangegangener Spülung mit Kohlendioxyd durch den in den staubförmigen Stoffen festgehaltenen Sauerstoffanteil eine Verbrennung von umlagerungsfähigen Carbonsäuren zu kohleartigen Zersetzungsprodukten eintritt. Neben der Ausbeuteverminderung werden dadurch erhebliche Schwierigkeiten bei der nachherigen Aufarbeitung - des Umsetzungsproduktes zu den freien Carbonsäuren verursacht.If the starting materials are conveyed in dust form, e.g. B. with the help of double locks, Screws or by conveying with the help of pressurized flowing inert gases or from carbon dioxide in the reaction chamber, blockages often occur, and it comes to contamination within the reaction space, which leads to disturbances and Cause business interruptions. In addition, the one with the powdery product made itself entrained air in the subsequent reaction has a very detrimental effect on the yield noticeable in rearranged carboxylic acids, since even after previous rinsing Carbon dioxide due to the oxygen content retained in the dusty substances a combustion of rearrangeable carboxylic acids to carbon-like decomposition products entry. In addition to reducing the yield, this creates considerable difficulties in the subsequent work-up - the reaction product to the free carboxylic acids caused.
Es ist auch bekannt, die Ausgangsstoffe zunächst zu Formkörpern, wie Tabletten, Kugeln oder Zylindern, zu- verpressen und dann die Formkörper -in den Reaktionsraum einzubringen. Dabei ist die Herstellung dieser Formkörper jedoch zusätzlich erforderlich, die nur mit feuchtem Material vorgenommen werden kann, so daß auch noch eine Trocknung erfolgen muß. Außerdem werden die Ausbeuteverminderung und die Verschmutzung der Reaktionsprodukte durch den an den Formkörpern anhaftenden Luftsauerstoff auch bei Kohlendioxydspülung nicht vermieden. It is also known to first form the starting materials into molded bodies, such as tablets, spheres or cylinders, and then compress the molded body -in to bring in the reaction space. The production of these moldings is, however, at the same time additionally required, which can only be done with moist material, so that drying must also take place. Also, the yield will decrease and the contamination of the reaction products by those adhering to the molded bodies Atmospheric oxygen not avoided even with carbon dioxide purging.
Es wurde nun gefunden, daß sich bei der kontinuierlichen thermischen Umlagerung von Salzen ein- oder zweikerniger aromatischer oder heterocyclischer, sich aromatisch verhaltender Carbonsäuren bei erhöhtem Druck in Gegenwart katalytisch wirksamer Metallverbindungen die verwendeten Ausgangsstoffe in einfacherer Weise als bisher unter vollständigem Sauerstoffausschluß in kompakter Form in den Reaktionsraum einbringen lassen, wenn man das feinpulvrige feste Ausgangsmaterial in ein Zuführungsrohr einbringt, in diesem Rohr durch einen hin-und hergehenden Kolben, gegebenenfalls an einer konisch eingezogenen Stelle, verdichtet und den dabei erhaltenen Produktstrang durch ein Zwischenrohr, das einen kleineren Querschnitt als das Zuführungsrohr aufweist, mit so hoher Wandreibung in den unter dem für die thermische Umsetzung erforderlichen Druck stehenden Reaktionsraum einpreßt, daß der Produktstrang vom Druck im Reaktionsrohr nicht zurückgepreßt wird. It has now been found that the continuous thermal Rearrangement of salts of mono- or binuclear aromatic or heterocyclic, aromatically behaving carboxylic acids catalytically at elevated pressure in the presence more effective metal compounds the starting materials used in a simpler manner than before with complete exclusion of oxygen in a compact form in the reaction chamber can be introduced when you put the finely powdered solid starting material in a feed tube introduces, in this tube by a reciprocating piston, optionally at a conically indented point, compacted and the thereby obtained Line of product through an intermediate pipe, which has a smaller cross-section than the feed pipe has, with such a high wall friction in the under that for the thermal conversion required pressure standing reaction chamber presses that the product strand from Pressure in the reaction tube is not pressed back.
Das neue Verfahren ist einfacher auszuführen als die bisherigen, die Gefahr von Verstopfungen und Betriebsunterbrechungen ist geringer, und außerdem wird der nachteilige Sauerstoff weitgehender aus dem Reaktionsraum ausgeschlossen als bei den bekannten Verfahren. The new procedure is easier to carry out than the previous ones, the risk of clogging and business interruption is less, and moreover the disadvantageous oxygen is largely excluded from the reaction space than with the known methods.
Beim Zusammenpressen der Feststoffe tritt an deren Oberfläche, die mit der Rohrwand in Berührung ist, eine starke Erwärmung auf. In manchen Fällen ist sie ausreichend, diese Oberfläche in einen Zustand zu versetzen, daß sie gut gleitende Eigenschaften aufweist. Es ist jedoch vorteilhafter, durch Erhitzen der Rohrwand an der Kompressionsstelle der pulverförmigen Stoffe und gegebenenfalls im nachfolgenden Zwischenrohr auf eine Temperatur, bei der die Ausgangsstoffe sintem, zwischen Rohrwand und Produktstrang diese gleitfähige Schicht zu bilden. When the solids are pressed together, the is in contact with the pipe wall, a strong heating. In some cases it is sufficient to put this surface in a condition that it is good Has sliding properties. However, it is more advantageous by heating the Pipe wall at the compression point of the powdery substances and, if necessary in the following intermediate pipe to a temperature at which the starting materials sinter, to form this slidable layer between the pipe wall and the product strand.
Die Reibung der eingeführten Stoffe an der Rohrwand des Zwischenrohres muß aber so groß gehalten werden, daß durch den im Reaktionsraum vorhandenen Druck das einzubringende Reaktionsgut nicht zurückgepreßt wird. Die Reibung wird in verschiedener Weise beeinflußt: von der Größe der reibenden Flächen, von der Art der Oberfläche und von der Kompression im konischen Teil. Da die Art der Oberfläche durch die Temperatur an der Oberfläche beeinflußt wird, hat auch die Manteltemperatur einen Einfluß auf die Reibung. The friction of the introduced substances on the pipe wall of the intermediate pipe but must be kept so large that by the pressure present in the reaction space the reaction material to be introduced is not pressed back. The friction is in different Affected by: the size of the grinding surfaces, the type of surface and the compression in the conical part. As the type of surface by the temperature is influenced on the surface, the jacket temperature also has an influence the friction.
Das Verfahren wird an Hand der Fig. 1 näher erläutert. In einem Zuführungsrohr 1, das eine konische Verjüngung 2 aufweist und dann in das Zwischenrohr 3 übergeht, wobei dieser Teil 3 einen engeren Querschnitt aufweist als das Zuführungsrohr 1, wird das durch den Einfülltrichter 4 zugeführte Ausgangsmaterial mit Hilfe des hin- und hergehenden Kolbens 5 zusammengepreßt. Dabei entweicht das eingeschlossene Gas durch den Einfülltrichter 4 und wirbelt dabei das Einfüllmaterial auf. The method is explained in more detail with reference to FIG. 1. In a feed pipe 1, which has a conical taper 2 and then merges into the intermediate pipe 3, this part 3 having a narrower cross-section than the feed pipe 1, the starting material fed through the feed hopper 4 is and reciprocating piston 5 pressed together. The trapped gas escapes through the hopper 4 and swirls up the filling material.
Das Ausgangsmaterial kann bereits beim Einbringen, z.B. im Fülltrichter oder im Zuführungsrohr 1, auf eine Temperatur vorgeheizt werden, die unterhalb der Sintertemperatur der Ausgangsstoffe liegt. Die Heizung kann z. B. mit Hilfe des Heizmantels 6 erfolgen. Der konisch verjüngte Teil 2 und das Zwischenrohr 3 sind mit Heizmänteln 7 und 8 versehen.The starting material can already be introduced when it is introduced, e.g. in the filling funnel or in the feed pipe 1, are preheated to a temperature below the Sintering temperature of the starting materials. The heater can, for. B. with the help of Heating jacket 6 take place. The conically tapered part 2 and the intermediate pipe 3 are provided with heating jackets 7 and 8.
Es ist vorteilhaft, die Heizmäntel mehrfach zu unterteilen, damit man Temperaturgradienten im Rohr einstellen kann. Das bei 4 eingebrachte pulverförmige und gegebenenfalls vorerwärmte Ausgangsmaterial wird vom Kolben 5 zusammengepreßt. Durch Wahl der Steigung im konischen Teil 2 oder durch Veränderung der Länge und/oder des Querschnitts des Zwischenrohres 3 wird das Kompressionsverhältnis eingestellt.It is advantageous to subdivide the heating jackets several times so that one can set temperature gradients in the pipe. The powdery one introduced at 4 and optionally preheated starting material is compressed by the piston 5. By choosing the slope in the conical part 2 or by changing the length and / or of the cross section of the intermediate pipe 3, the compression ratio is set.
Die Steigung hängt ab von der Differenz der Rohr durchmesser und von der Länge des konischen Teils. The slope depends on the difference in the pipe diameter and on the length of the conical part.
Da jedoch in dem folgenden Zwischenrohr, insbesondere mit Rücksicht auf den geforderten Reibungswiderstand, nicht beliebig hohe Produkt- geschwindigkeiten erreicht werden können, ist das Verhältnis des Querschnitts zwischen Zuführungsrohr und Zwischenrohr so zu wählen, daß bei Kompression der Ausgangsstoff auf eine Dichte, die dem spezifischen Gewicht entspricht, das Verhältnis der Durchmesser 1: 1 bis 1,5 :1 beträgt, wobei der Konuswinkel bis 90° betragen kann. Vorzugsweise werden Durchmesserverhältnisse von 1: 1 bis 1,2: 1 und Konuswinkel bis 200 angewendet. Unter Konuswinkel ist dabei der Winkel zu verstehen, der bei Verlängerung des Konus zu einem Kegel an der Kegelspitze bei Schnitt durch eine durch die Kegelachse gelegte Ebene durch den Kegelmantel gebildet wird. Die Reibung der Produktstränge im Zwischenrohr hängt von der Größe und von der Beschaffenheit der reibenden Oberflächen ab. Sie kann auch durch die Beheizung geregelt werden. Da bei einer gegebenen Apparatur die Maße der Rohre unveränderlich festliegen, wird man den Preßvorgang entweder über die Heiztemperatur oder über den angewendeten Preßdruck regeln. Es wird der Einfachheit halber die Temperaturregelung vorgezogen.Since, however, in the following intermediate pipe, especially with consideration on the required frictional resistance, not arbitrarily high product speeds can be achieved is the ratio of the cross section between the feed tube and intermediate pipe to be selected so that when compressed the starting material to a density which corresponds to the specific weight, the ratio of the diameters 1: 1 to 1.5: 1, whereby the cone angle can be up to 90 °. Preferably be Diameter ratios from 1: 1 to 1.2: 1 and cone angles up to 200 are used. The cone angle is to be understood as the angle that occurs when the cone is extended to a cone at the apex of the cone when cutting through a through the cone axis Plane is formed by the cone shell. The friction of the product strands in the intermediate pipe depends on the size and texture of the grinding surfaces. she can also be regulated by the heating. Because with a given apparatus If the dimensions of the pipes are fixed, you will either start the pressing process regulate via the heating temperature or via the applied pressure. It will be the For the sake of simplicity, the temperature control is preferred.
Dabei wird die Reibung des Produktes im Zwischenrohr 3 immer so groß gehalten, daß beim Zurückgehen des Kolbens 5 der gesamte im Reaktionsrohr 9 herrschende Druck vom Produktstrang aufgenommen wird. Es ist natürlich ratsam, für die Reibung einen entsprechend großen Sicherheitsfaktor vorzusehen, damit bei kleinen Schwankungen in der Zuführung der Ausgangsstoffe oder bei der Heizung des konischen Teils und des Zwischenrohres durch den Druck im Reaktionsraum das Preßgut bei zurückgehendem Kolben nicht zurückgepreßt wird.The friction of the product in the intermediate pipe 3 is always so great held that when the piston 5 goes back, the entire prevailing in the reaction tube 9 Pressure is absorbed by the product strand. It is of course advisable for friction to provide a correspondingly large safety factor so that there are small fluctuations in the supply of the starting materials or in the heating of the conical part and of the intermediate tube due to the pressure in the reaction chamber, the pressed material when decreasing Piston is not pressed back.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, im Heizmantel des Zwischenrohres einen Temperaturgradienten einzustellen, z. B. leicht ansteigend. It has proven to be advantageous in the heating jacket of the intermediate pipe set a temperature gradient, e.g. B. slightly increasing.
Durch Veränderung des Kolbenhubs sowie durch die Zahl der Kolbenhübe in der Zeiteinheit kann man die zugeführte Feststoffmenge verändern und auf diese Weise eine Dosierung der Feststoffe herbeiführen. Da bei dem Verfahren nach der Erfindung beim Einbringen kein Durchmischen der Feststoffe stattfindet, können in Anbetracht der geringen Wärmeleitfähigkeit auch sehr kleine Mengen Ausgangsmaterial gut dosiert werden. By changing the piston stroke and the number of piston strokes in the unit of time you can change the amount of solids fed in and on this In this way, a dosage of the solids can be brought about. Since the method according to the Invention no mixing of the solids takes place when introducing, can in In view of the low thermal conductivity, even very small amounts of starting material well dosed.
Bei der Umlagerung von Dikaliumorthophthalat zu Dikaliumterephthalat ist es z. B. zweckmäßig, die Ausgangsstoffe auf etwa 280 bis 3200 C vorzuheizen, die Manteltemperatur im konischen Teil bei etwa 320 bis 3700 C zu halten und im Zwischenrohr bei 360 bis 4200 C. Dabei kann man im Zwischenrohr in der Fließrichtung des Gutes steigende Temperaturen einstellen, z. B. von etwa 380 auf etwa 4100 C. Wenn man den Druck im Reaktionsraum bei etwa 20 bis 25 at hält, wird ein Preßdruck bei etwa 170 bis 190 at angewendet. Der Preßdruck hängt natürlich von der Reibung im konischen Teil und im Zwischenrohr ab. In the rearrangement of dipotassium orthophthalate to dipotassium terephthalate is it z. B. expedient to preheat the starting materials to about 280 to 3200 C, to keep the jacket temperature in the conical part at around 320 to 3700 C and in the Intermediate pipe at 360 to 4200 C. You can move in the intermediate pipe in the direction of flow set rising temperatures of the goods, e.g. B. from about 380 to about 4100 C. If the pressure in the reaction space is kept at about 20 to 25 atm, a compression pressure is established applied at around 170 to 190 at. The pressing pressure depends of course on the friction in the conical part and in the intermediate pipe.
Diese wird weitgehend durch die Heiztemperatur geregelt.This is largely regulated by the heating temperature.
Nach dem Zwischenrohr gelangt das gepreßte Ausgangsmaterial in den Reaktionsraum. Dieser kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein, z.B. als Schachtofen, durch den das umzulagernde Gut einfach hindurchfällt, oder in dem es in Form einer Wirbelschicht umgesetzt wird; man kann auch einen Bandofen verwenden, wie er z. B. in der deutschen Patentschrift 1 062 701 beschrieben ist. Schließlich ist es möglich, den Reaktionsraum, wie in F i g. 2 dargestellt, als Rohr 10 auszubilden, wobei man unter Verwendung von Metallfrittenrohr 14 entweichende Gase, die sich durch Nebenreaktionen bei der thermischen Umlagerung bilden, entfernt. After the intermediate pipe, the pressed starting material enters the Reaction space. This can be designed in a manner known per se, e.g. as Shaft furnace through which the goods to be relocated simply fall through, or in which they are is implemented in the form of a fluidized bed; you can also use a belt oven, how he z. B. is described in German Patent 1,062,701. In the end it is possible, as in F i g. 2 shown, to be designed as a tube 10, whereby one escapes using a metal frit tube 14 Gases that are formed by side reactions in the thermal rearrangement are removed.
Geeignete Ausgangsstoffe für das Verfahren sind beispielsweise die Salze, insbesondere die Kalium-oder Thallium(I)-salze von ein- und mehrwertigen Benzolcarbonsäuren, wie Benzoesäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Hemimellithsäure, Trimellith- und Trimesinsäure, Mellophan-, Prehnit-, Pyromellith-und Mellithsäure. Auch Gemische der Salze von Benzolcarbonsäuren, z. B. solchen, die durch Oxydation von Dialkylbenzolen, insbesondere Rohxylol, mit Luft oder Salpetersäure erhalten werden oder beim oxydativen Abbau höherer Ringsysteme oder bei der Behandlung von kohlenstoffhaltigen Stoffen, wie Graphit, Steinkohle, Braunkohle, Torf, Holz, Lignin, Kohleextrakten, Teeren, Pechen, Koks oder Asphalten, mit Salpetersäure oder Luft entstanden sind, sind geeignet. Ferner kommen als Ausgangssäuren auch Naphthalsäure und Diphensäure in Betracht. Zur Herstellung von Hydroxycarbonsäuren geht man von Salzen von anderen als den zu gewinnenden Oxysäuren aus, z. B. von 2-Hydroxynaphthalin-1-carbonsäuren oder Salicylsäure. Es lassen sich auch Salze von heterocyclischen Carbonsäuren mit aromatischem Verhalten verwenden, z.B. Pyridin-, Chinolin-, Isochinolin-, Thiophen-, Furan- und Pyrrolcarbonsäuren. Suitable starting materials for the process are, for example Salts, in particular the potassium or thallium (I) salts of monovalent and polyvalent ones Benzene carboxylic acids, such as benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, hemimellitic acid, Trimellitic and trimesic acid, mellophanic, prehnitic, pyromellitic and mellitic acid. Mixtures of the salts of benzenecarboxylic acids, e.g. B. those caused by oxidation obtained from dialkylbenzenes, especially crude xylene, with air or nitric acid or in the oxidative degradation of higher ring systems or in the treatment of carbon-containing substances such as graphite, bituminous coal, lignite, peat, wood, lignin, Coal extracts, tar, pitch, coke or asphalt, with nitric acid or air are suitable. Naphthalic acid can also be used as starting acids and diphenic acid into consideration. For the production of hydroxycarboxylic acids one starts from Salts of other than the oxyacids to be obtained, e.g. B. of 2-hydroxynaphthalene-1-carboxylic acids or salicylic acid. Salts of heterocyclic carboxylic acids can also be used use aromatic behavior, e.g. pyridine, quinoline, isoquinoline, thiophene, Furanic and pyrrole carboxylic acids.
Die Herstellung der Kalium- oder Thallium(I)-salze der genannten Säuren kann in üblicher Weise erfolgen, z.B. in Lösungsmitteln durch Neutralisation der Säuren mit den Hydroxyden oder Carbonaten des Kaliums oder Thalliums oder durch Zusammenschmelzen der Säuren oder ihrer Anhydride mit den Hydroxyden, Carbonaten oder Oxalaten des Kaliums oder Thalliums. Zweckmäßig vermeidet man, daß die hergestellten Salze überschüssiges Hydroxyd oder Carbonat enthalten, jedoch ist ein Überschuß von Kalium- oder Thalliumcarbonat für die nachfolgende Wärmebehandlung der Salze nicht nachteilig. Statt der Salze der Ausgangssäure selbst kann man auch Gemische aus den Säuren oder deren Anhydriden und den Kalium- oder Thalliumhydroxyden oder -carbonaten verwenden, aus denen sich die Salze dann bei der nachfolgenden Wärmebehandlung bilden. The preparation of the potassium or thallium (I) salts of the above Acids can be done in the usual way, e.g. in solvents by neutralization the acids with the hydroxides or carbonates of potassium or thallium or by Fusing of the acids or their anhydrides with the hydroxides, carbonates or oxalates of potassium or thallium. Appropriately one avoids that the manufactured Salts contain excess hydroxide or carbonate, but there is an excess of potassium or thallium carbonate for the subsequent heat treatment of the salts not disadvantageous. Instead of the salts of the starting acid itself, mixtures can also be used from the acids or their anhydrides and the potassium or thallium hydroxides or - Use carbonates, from which the salts are then formed in the subsequent heat treatment form.
Statt der Kalium- oder Thalliumsalze kann man auch deren Gemische mit den entsprechenden Natriumsalzen als Ausgangsstoffe verwenden. So eignen sich z.B. Salzgemische, die neben Kalium-oder Thalliumsalzen 0,5 bis 60 Gewichtsprozent Natriumsalze enthalten. Auch gemischte Salze der als Ausgangsstoffe dienenden cyclischen Carbonsäuren, die gleichzeitig Natrium und Kalium oder Thallium enthalten, können für die Umlagerung verwendet werden. Die Herstellung der Salzgemische erfolgt zweckmäßig in der Weise, wie sie in der deutschen Patentschrift 1 014 982 beschrieben ist. Instead of the potassium or thallium salts, mixtures of these can also be used Use with the appropriate sodium salts as starting materials. So are suitable E.g. salt mixtures which, in addition to potassium or thallium salts, contain 0.5 to 60 percent by weight Contain sodium salts. Also mixed salts of the cyclic ones used as starting materials Carboxylic acids that contain sodium and potassium or thallium at the same time can can be used for the rearrangement. The salt mixtures are expediently prepared in the manner described in German Patent 1,014,982.
Als Katalysatoren eignen sich z. B. Oxyde, Carbonate oder Halogenide des Zinks, Cadmiums oder zweiwertigen Eisens. Organische Salze dieser Metalle, z. B. von den als Ausgangsstoff dienenden Carbonsäuren, sind besonders gute Katalysatoren. Suitable catalysts are, for. B. oxides, carbonates or halides of zinc, cadmium or bivalent iron. Organic salts of these metals, e.g. B. of the carboxylic acids used as starting materials are particularly good catalysts.
Es hat sich gezeigt, daß man günstige Wirkungen erzielt, wenn man die Bestandteile des Reaktionsgemisches, also Ausgangsstoff und Katalysator, möglichst gleichmäßig miteinander mischt. It has been shown that beneficial effects can be achieved if one the components of the reaction mixture, i.e. starting material and catalyst, if possible mixes together evenly.
Die für die Umwandlung erforderlichen Temperaturen liegen im allgemeinen zwischen 220 und 4500 C, vorteilhaft zwischen 350 und 4500 C, insbesondere zwischen etwa 400 und 4400 C. Für die Umlagerung der erfindungsgemäß ebenfalls herzustellenden Hydroxycarbonsäuren sind jedoch weniger hohe Temperaturen erforderlich, so daß man bereits mit Temperaturen von 250 bis 3500 C auskommt. The temperatures required for the conversion are in general between 220 and 4500 C, advantageously between 350 and 4500 C, in particular between about 400 and 4400 C. For the rearrangement of the also to be produced according to the invention Hydroxycarboxylic acids, however, are less high temperatures required, so that one even with temperatures of 250 to 3500 C.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, bei der Umlagerung von Salzen solcher Carbonsäuren, die durch Salpetersäureoxydation erhalten wurden, z. B. bei dem aus Rohxylol mit Salpetersäure erhaltenen Oxydationsprodukt, geringe Mengen von Hydriden oder Carbiden, insbesondere von Kalium oder Natrium, mitzuverwenden. Durch diese Zusätze wird der Abbau der stickstoffhaltigen Verunreinigungen, insbesondere der als Nebenprodukte bei der Oxydation erhaltenen, Nitrogruppen enthaltenden cyclischen Carbonsäuren, wesentlich erleichert.It has proven to be particularly advantageous for the rearrangement of salts of such carboxylic acids obtained by oxidation of nitric acid, z. B. in the oxidation product obtained from crude xylene with nitric acid, low Amounts of hydrides or carbides, in particular of potassium or sodium, also to be used. These additives reduce the nitrogenous impurities, in particular the cyclic nitro groups obtained as by-products in the oxidation Carboxylic acids, made much easier.
Die Wärmebehandlung wird bei erhöhtem Druck, z. B. zwischen 5 und 25 at, durchgeführt. Die Drücke lassen sich durch Aufpressen von inerten Gasen, insbesondere von Kohlendioxyd oder auch von Stickstoff, leicht erreichen. Die Gegenwart von Sauerstoff und auch Wasser während der Wärmebehandlung ist jedoch unerwünscht, da dadurch die Ausbeuten vermindert werden. The heat treatment is carried out at elevated pressure, e.g. B. between 5 and 25 at. The pressures can be reduced by forcing inert gases, in particular by carbon dioxide or nitrogen. The presence of oxygen and also water during the heat treatment is undesirable, since this reduces the yields.
Aus den bei der Umlagerung erhaltenen Salzen werden die zu gewinnenden Dicarbonsäuren durch Behandlung mit Säuren oder sauren Salzen frei gemacht. Man arbeitet dabei zweckmäßig in der Weise, daß man die nach der Wärmebehandlung erhaltenen Salze in Lösung mit einem die Säure frei machenden sauren Stoff, insbesondere Kohlendioxyd, vorteilhaft unter Druck, behandelt, das dabei entstehende Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch, gegebenenfalls nach Abtrennung wenigstens eines Teils der Flüssigkeit, mit den Carbonsäuren, deren Salze als Ausgangsstoffe gedient haben, oder mit deren sauren Salzen, gegebenenfalls unter Zugabe eines Lösungsmittels, versetzt, die frei gemachte Dicarbonsäure abtrennt und die verbleibende flüssige Phase, gegebenenfalls zusammen mit der erwähnten, aus dem Gemisch vor Zusatz der Carbonsäure abgetrennten Flüssigkeit, eindampft und den trockenen Rückstand erneut für die Herstellung von Dicarbonsäuren verwendet. The salts obtained during the rearrangement become those to be obtained Dicarboxylic acids made free by treatment with acids or acid salts. Man works expediently in such a way that one obtained after the heat treatment Salts in solution with an acidic substance that releases the acid, in particular carbon dioxide, advantageously under pressure, treated, the resulting solid-liquid mixture, optionally after separating at least part of the liquid with the carboxylic acids, whose salts have served as starting materials, or with their acidic salts, if appropriate with the addition of a solvent, the liberated dicarboxylic acid is separated off and the remaining liquid phase, optionally together with the mentioned, liquid separated from the mixture before the addition of the carboxylic acid is evaporated and the dry residue is used again for the production of dicarboxylic acids.
Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, die Ausgangsstoffe vollkommen sauerstofffrei in den Reaktionsraum einzubringen. Außerdem hat sich gezeigt, daß bei Verwendung des so gepreßten Reaktionsgutes nur geringe Verkohlungserscheinungen eintreten. Ferner ist die Verwendung von Kohlendioxydschutzgas auf der Einfüliseite im allgemeinen nicht mehr erforderlich. Bei der Arbeitsweise nach F i g. 2 kann infolge des hierbei erzielten hohen inneren Druckes auch innerhalb des Reaktionsraumes auf die Verwendung von Kohlendioxyd verzichtet werden, ohne daß eine Decarboxylierung und damit ein Ausbeuterückgang eintritt. The process according to the invention makes it possible to use the starting materials to be introduced into the reaction chamber completely free of oxygen. It has also been shown that when using the reaction material pressed in this way, only slight charring phenomena enter. Furthermore, the use of carbon dioxide protective gas is on the filling side generally no longer required. When working according to FIG. 2 can as a result of the high internal pressure achieved here, also within the reaction chamber the use of carbon dioxide can be dispensed with without decarboxylation and thus a decline in yield occurs.
Beispiel 1 Mit Hilfe einer Fig. 1 entsprechenden Kolbenpresse, die hydraulisch angetrieben und gesteuert wird und die einen Kolbendurchmesser von 134 mm aufweist, fördert man beim Vorlaufen des Preßkolbens entsprechend der Hubeinstellung der Kolbenstrecke aus einem Vorratsbehälter 4 stündlich 260 kg auf etwa 2600 C vorgeheiztes, trockenes Dikaliumphthalat (Schüttgewicht 0,6 g/cm3) in das auf etwa 3450 C aufgeheizte, konisch ausgebildete Mundstück 2 der Presse. Im konischen Teil wird über eine Länge von 176 mrn der Durchmesser auf 112 mm vermindert. Dem Dikaliumphthalat wurden vorher 2 0/G Zinkionen als Katalysator in Form von Zinkphthalat zugemischt. Durch eine mehrfach unterteilte elektrische Heizung 7 und 8, die über einen Temperaturregler auf eine Rohrmanteltemperatur von etwa 3500 C geregelt wird, heizt man dann das für die thermische Umsetzung als Ausgangsprodukt dienende Dikaliumphthalatgemisch so lange weiter auf, bis die Rohrwand im Bereich des konischen Teils 2 bis etwa zur Mitte des Zwischenrohres 3 eine Manteltemperatur von 3450 C erreicht hat. Der folgende Teil des als Verbindungsrohr zwischen Strangpresse und Reaktionsraum 9 dienenden Zwischenrohres 3 mit einem Durchmesser von 122 mm und einer Länge von 1000 mm wird auf 3900 C erwärmt. Während es bei Beginn der Beschickung ausreichend ist, das Ausgangsmaterial mit einem Kolbendruck von 5 bis 10 at zusammenzupressen, muß dieser Druck infolge der Verdichtung des Produktstranges im konischen Teil 2 laufend erhöht werden, bis er bei Erreichen der angegebenen Temperaturen in den einzelnen Rohrteilen etwa 160 bis 180 at erreicht und dann konstant bleibt. Example 1 With the aid of a piston press corresponding to FIG. 1, which is hydraulically driven and controlled and has a piston diameter of 134 mm, one promotes the advance of the plunger according to the stroke setting the piston path from a reservoir 4 every hour 260 kg approx. 2600 C preheated, dry dipotassium phthalate (bulk density 0.6 g / cm3) in the conical mouthpiece 2 of the press heated to about 3450 C. in the conical part, the diameter is reduced to 112 mm over a length of 176 mm. The dipotassium phthalate was previously given 2% zinc ions as a catalyst in the form of zinc phthalate mixed in. By a multiple subdivided electric heater 7 and 8, which over a temperature controller is regulated to a pipe jacket temperature of approx. 3500 C, The dipotassium phthalate mixture serving as the starting product for the thermal conversion is then heated so long on until the pipe wall in the area of the conical part 2 to about has reached a jacket temperature of 3450 C to the middle of the intermediate pipe 3. Of the following part of the as a connecting pipe between extrusion press and reaction chamber 9 serving intermediate tube 3 with a diameter of 122 mm and a length of 1000 mm is heated to 3900 C. While it is sufficient at the beginning of the loading is to compress the starting material with a piston pressure of 5 to 10 at, this pressure must be due to the compression of the product strand in the conical part 2 continuously increased until it reaches the specified temperatures in the individual pipe parts about 160 to 180 at and then remains constant.
Das Dikaliumphthalatgemisch wird durch das Verpressen zu einem endlosen, poren- und damit gasfreien Produktstrang verformt, der ein spezifisches Gewicht von 1,72 aufweist, wobei unter Einwirkung der in den Verdichtungsorganen herrschenden Maximaltemperatur aus AufEeizungs- und Reibungswärme nur die Oberfläche der Ausgangsstoffe zum Sintern gebracht wird und dadurch eine gleitende, glasartige Oberfläche erhält. Sobald der Preßkolben seine Endstellung erreicht hat, wird er umgesteuert und wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht. Beim nächsten Hub führt er erneut Ausgangsmaterial dem Preßmundstück zu. Die Rücklaufstrecke des Kolbens ist veränderbar, so daß die Produkteinfallöffnung hiermit regelbar und zusammen mit der frei wählbaren Zeitperiode eines Kolbenhubes eine genaue Dosierung der Produktmenge gewährleistet ist. Durch das intermittierende Vor- und Zurücklaufen des Kolbens wird schließlich das zu einem kontinuierlichen Produktstrang verformte Umsetzungsprodukt über das Zwischenrohr 3 dem unter 21 ast Kohlendioxyddruck stehenden und mittels Rauchgas auf 4350 C Reaktionstemperatur aufgeheizten Reaktionsraum 9 einem Reaktionsbandofen zugeführt. Der Produktstrang bricht, nachdem er das Ende des Zwischenrohres innerhalb des Reaktionsraumes erreicht hat, unter dem Einfluß seines Eigengewichts in kleinere Stücke auseinander, wobei das Produkt gleichmäßig den aus dem Gliederband gebildeten Trog auffüllt. Die Füllstandhöhe der Umlagerungsgemische im Reaktionsraum wird mit Hilfe einer radioaktiven Standmessung durch Steuerung der hydraulischen Presse (Hubhöhe und Zahl der Hübe je Minute) konstant gehalten. Die Umlagerung des Dikaliumphthalatgemisches im Reaktionsraum erfolgt in an sich bekannter Weise bei einer Temperatur von 4350 C. Das gebildete Dikaliumterephthalat sintert zu einer schlackenartigen, harten Masse zusammen und füllt dabei den gesamten Innenraum des Gliederbandes aus. Aus der Schleuse des Bandofens werden nach einer Verweil- zeit von 60 Minuten stündlich 254 kg Umsetzungsprodukt abgezogen. Das Rohprodukt wird in an sich bekannter Weise auf Terephthalsäure aufgearbeitet. The dipotassium phthalate mixture is pressed into an endless, deformed pore-free and thus gas-free product strand, which has a specific weight of 1.72, under the influence of the prevailing in the compression organs Maximum temperature from heating and frictional heat only the surface of the starting materials is brought to sintering and thereby receives a sliding, glass-like surface. As soon as the plunger has reached its end position, it is reversed and again brought back to its original position. At the next stroke, it will feed the starting material again to the press mouthpiece. The return path of the piston can be changed so that the Product inlet opening can be regulated herewith and together with the freely selectable time period precise dosing of the product quantity is guaranteed with a piston stroke. By the intermittent back and forth motion of the piston eventually becomes that continuous product strand deformed reaction product via the intermediate tube 3 the carbon dioxide pressure under 21 ast and by means of flue gas to 4350 C reaction temperature heated reaction chamber 9 fed to a reaction belt furnace. The product line breaks after it reaches the end of the intermediate tube within the reaction space has, under the influence of its own weight, into smaller pieces, whereby the product evenly fills the trough formed from the link belt. The level the rearrangement mixture in the reaction chamber is measured with the help of a radioactive level measurement by controlling the hydraulic press (lifting height and number of strokes per minute) constant held. The rearrangement of the dipotassium phthalate mixture takes place in the reaction chamber in a manner known per se at a temperature of 4350 C. The dipotassium terephthalate formed sinters to a slag-like, hard mass and fills the whole Interior of the link belt. From the sluice of the belt furnace after a Stay- time of 60 minutes per hour deducted 254 kg of reaction product. The raw product is worked up on terephthalic acid in a manner known per se.
Dabei werden 164 kg reine Terephthalsäure, entsprechend einer Ausbeute von 92°/o der Theorie, erhalten.164 kg of pure terephthalic acid are thereby obtained, corresponding to a yield of 92% of theory.
Beispiel 2 In einer Vorrichtung entsprechend Fig.2, die sich von der im Beispiel 1 beschriebenen dadurch unterscheidet, daß der Reaktionsraum nicht als gasgefüllter Gliederbandreaktionsofen, sondern als heizbares Hochdruckreaktionsrohr 10 mit 70 mm Durchmesser ausgebildet ist, werden stündlich 45 kg eines auf 3000 C vorgeheizten Dikaliumphthalatgemisches, dem vorher 1,50/0 Cadmium in Form von Cadmiumphthalat zugemischt wurden, zu einem endlosen Produktstrang verformt. Das Reaktionsrohr 10, das hier die Funktion des Reaktionsofens übernimmt, ist in zwei Teile 11 und 12 unterteilt, die beide mit Hilfe einer Quecksilberheizung 13 auf einer Temperatur von 4300 C gehalten werden. Der erste Teil des Reaktionsofens 11 ist mit einem Futterrohr 14, das aus einem gasdurchlässigen Metallfrittenmaterial besteht und einen Gasabführungskanal 15 besitzt, versehen, während der daran angeflanschte Teil 12 nach dem Rohrende zu eine konische Erweiterung des Rohrdurchmessers aufweist. Der aus der Kolbenpresse in das Reaktionsrohr 10 geförderte Produktstrang wird dort weiter auf etwa 430 bis 4350 C aufgeheizt, bis das Produkt dann nach Durchschreiten der Oberflächensinterung im Rohrteil 11 schließlich im letzten Teil des Reaktionsrohres 12 die Ofentemperatur von 4350 C erreicht hat und als hellgraue, harte und steinartige Masse zusammengesintert das Reaktionsrohr verläßt. Der Kolbendruck liegt bei Einhaltung der angegebenen Temperaturen konstant bei 350 at. Example 2 In a device according to FIG the one described in Example 1 differs in that the reaction space does not as a gas-filled link belt reaction furnace, but as a heatable high-pressure reaction tube 10 is designed with a diameter of 70 mm, an hourly 45 kg per 3000 C preheated dipotassium phthalate mixture, the previously 1.50 / 0 cadmium in the form of Cadmium phthalate were mixed in, formed into an endless strand of product. That Reaction tube 10, which here takes on the function of the reaction furnace, is in two Parts 11 and 12 divided, both with the help of a mercury heater 13 on a temperature of 4300 C. The first part of the reaction furnace 11 is provided with a casing 14 made of a gas permeable metal frit material exists and has a gas discharge channel 15, while the flanged to it Part 12 has a conical expansion of the pipe diameter after the pipe end. The product strand conveyed from the piston press into the reaction tube 10 is there further heated to about 430 to 4350 C until the product is then passed through the surface sintering in the tube part 11 finally in the last part of the reaction tube 12 has reached the oven temperature of 4350 C and as light gray, hard and stone-like Mass sintered together leaves the reaction tube. The piston pressure is adhered to the specified temperatures constant at 350 at.
Die im Rohrteil 11 beim Aufheizen auf eine Temperatur von 4300 C gebildete geringe Gasmenge, die im wesentlichen aus Abbauprodukten (Benzol, Kohlenmonoxyd, Wasserdampf) des Phthalatmoleküls stammt, wird laufend mit Hilfe des Metallfritteneinsatzes 14 über den Gasabführungskanal 15 abgeführt, da beim Arbeiten ohne Gasabführung die im Produkt eingeschlossenen Gasblasen unter Einwirkung der hohen Temperatur häufig zu spontanen Produktausbrüchen führen und eine störungsfreie Umsetzung unmöglich machen. Das stündlich abgenommene Rohterephthalat gibt nach Aufarbeitung auf Terephthalsäure, wie im Beispiel 1 beschrieben, 28,4 kg reine Terephthalsäure, entsprechend einer Ausbeute von 93,5 ovo der Theorie.The formed in the pipe part 11 when heated to a temperature of 4300 C. small amount of gas, which mainly consists of decomposition products (benzene, carbon monoxide, Water vapor) of the phthalate molecule is continuously removed with the help of the metal frit insert 14 discharged via the gas discharge channel 15, since when working without gas discharge the gas bubbles trapped in the product under the effect of the high temperature often lead to spontaneous product breakouts and trouble-free implementation is impossible do. The raw terephthalate removed every hour gives, after working up on terephthalic acid, as described in Example 1, 28.4 kg of pure terephthalic acid, corresponding to one Yield of 93.5 ovo of theory.
Beispiel 3 In eine Vorrichtung, wie sie im Beispiel 1 beschrieben ist, wird mit Hilfe der Kolbenpresse stündlich ein Gemisch aus 178,5 Teilen Kaliumnikotinat und 81 Teilen Natriumnikotinat, das mit 5,6 Teilen Cadmiumoxyd als Katalysator innig durchmischt wurde, bei einer Temperatur von 240 bis 2600 C zu einem endlosen Produktstrang verformt und kontinuierlich in einen unter 20 at Kohlendioxyddruck und 3600 C gehaltenen Reaktionsbandofen eingepreßt. Nach einer Verweilzeit von 55 Minuten wird das zusammengesinterte, pyridinhaltige Reaktionsprodukt über eine Schleuse aus dem Reaktionsraum ausgetragen und nach Lösen in Wasser, Behandeln mit aktiver Kohle und Ansäuern auf einen p-Wert von etwa 1,5 auf Pyridin-2,5-dicarbonsäure aufgearbeitet. Man erhält nach dem Trocknen davon 127,5 Teile mit einem Schmelzpunkt von 248 bis 2490 C. Example 3 In a device as described in Example 1 a mixture of 178.5 parts of potassium nicotinate is produced every hour with the aid of the piston press and 81 parts of sodium nicotinate, which is intimately with 5.6 parts of cadmium oxide as a catalyst was mixed, at a temperature of 240 to 2600 C to form an endless strand of product deformed and continuously held in a carbon dioxide pressure of below 20 atm and 3600 C. Pressed in reaction belt furnace. After a dwell time of 55 minutes, the sintered together, pyridine-containing reaction product discharged from the reaction chamber via a lock and after dissolving in water, treating with active charcoal and acidification worked up to a p-value of about 1.5 on pyridine-2,5-dicarboxylic acid. You get after drying, 127.5 parts thereof with a melting point of 248 to 2490 C.
Unter denselben Reaktionsbedingungen können nach der gleichen Verfahrensweise auch andere heterocyclische Dicarbonsäuren, wie 2,5-Thiophendicarbonsäure aus 2,4-Thiophendicarbonsäure,2,5-Furandicarbonsäure aus 2,4-Furandicarbonsäure und 2,5-Pyrroldicarbonsaure aus 3,4-Pyrroldicarbonsäure, in -bekannter Weise durch Umlagerung der entsprechenden Kaliumsalze erhalten werden. The same procedure can be used under the same reaction conditions also other heterocyclic dicarboxylic acids, such as 2,5-thiophenedicarboxylic acid from 2,4-thiophenedicarboxylic acid, 2,5-furandicarboxylic acid from 2,4-furandicarboxylic acid and 2,5-pyrroledicarboxylic acid from 3,4-pyrroledicarboxylic acid, be obtained in a known manner by rearrangement of the corresponding potassium salts.
Beispiel 4 Stündlich werden 500Teile eines Gemisches aus 500 Teilen des bei 1500 C vorgetrockneten Dikaliumsalzes der Naphthalin-1,8-dicarbonsäure und 22 Teilen Cadmlumoxyd als Katalysator mit derselben Vorrichtung, wie im Beispiel 1 angegeben, in einer Strangpresse bei 3400 C zu einem endlosen Produktstrang verformt und in einen Reaktionsofen eingetragen, der unter 30 at Kohlendioxyddruck steht und auf einer Temperatur von 4350 C gehalten wird. Example 4 500 parts of a mixture of 500 parts are produced every hour of the dipotassium salt of naphthalene-1,8-dicarboxylic acid and 22 parts of cadmium oxide as a catalyst with the same device as in the example 1 indicated, deformed in an extruder at 3400 C to form an endless strand of product and entered into a reaction furnace which is under 30 atmospheres of carbon dioxide pressure and is kept at a temperature of 4350 ° C.
Das nach einer Verweilzeit von 75 Minuten über eine Schleuse ausgetragene grauverfärbte, zusammen gesinterte Reaktionsprodukt wird in bekannter Weise nach Lösen in Wasser und Abtrennung des Katalysatoranteils durch Ansäuern aufgearbeitet. Man erhält 365,5 Teile Naphthalin-2,6-dicarbonsäure.The one discharged through a lock after a dwell time of 75 minutes gray discolored, together sintered reaction product is after in a known manner Dissolving in water and separating off the catalyst fraction worked up by acidification. 365.5 parts of naphthalene-2,6-dicarboxylic acid are obtained.
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