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WO2006061167A1 - Two-stage method for the production of trioxane from a highly concentrated aqueous formaldehyde solution, the reaction mixture being stripped from the synthesis reactor in a gaseous form and being transferred into a distillation column - Google Patents

Two-stage method for the production of trioxane from a highly concentrated aqueous formaldehyde solution, the reaction mixture being stripped from the synthesis reactor in a gaseous form and being transferred into a distillation column Download PDF

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Publication number
WO2006061167A1
WO2006061167A1 PCT/EP2005/012999 EP2005012999W WO2006061167A1 WO 2006061167 A1 WO2006061167 A1 WO 2006061167A1 EP 2005012999 W EP2005012999 W EP 2005012999W WO 2006061167 A1 WO2006061167 A1 WO 2006061167A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
trioxane
formaldehyde
synthesis reactor
distillation column
process step
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/012999
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Neven Lang
Achim Stammer
Eckhard Stroefer
Markus Siegert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of WO2006061167A1 publication Critical patent/WO2006061167A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of crude trioxane from a highly concentrated aqueous formaldehyde solution.
  • Trioxane can be prepared by reactive distillation of aqueous formaldehyde solution in the presence of acidic catalysts. The trioxane is then extracted from the distillate containing trioxane formaldehyde and water in addition to 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, at the upper end of the column methylene chloride and at the lower end of the column Supplied with water.
  • 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 is added to the mixture. enriched permeate by rectification in trioxane and an azeotropic mixture of trioxane, water and formaldehyde separates.
  • an aqueous mixture consisting of 40% by weight of trioxane, 40% by weight of water and 20% by weight of formaldehyde in a first distillation column under normal pressure is introduced into a water / formaldehyde mixture and into an azeotropic trioxane / Separated water / formaldehyde mixture.
  • 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.
  • German patent application DE 103 61 516.4 which is not prepublished, discloses a process for the distillative separation of trioxane from trioxane / formaldehyde / water mixtures, which does not require any extraction or pervaporation steps.
  • the process requires a plant with three distillation columns.
  • Paraformaldehyde (n> 10) The location of the equilibrium is far on the side of the starting material formaldehyde. In addition, a variety of side reactions take place, including the accumulation of para-formaldehyde.
  • aqueous formaldehyde solution to trioxane proceeds under homogeneous or heterogeneous acid catalysis.
  • catalysts are sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, generally in a concentration of from 1 to 15% by weight, based on the total weight of the aqueous formaldehyde solution, or an equivalent amount of ion exchange resins or zeolites.
  • the acidic catalysts in the required high proportions by weight generally increase the problem of solid state failure by binding water molecules by dissociation. As a result, with the same formaldehyde concentration, the solubility limit is shifted in the direction of higher temperatures.
  • trioxane synthesis reactor acid catalyzed reaction of a highly concentrated aqueous formaldehyde solution in a trioxane synthesis reactor to give a trioxane / formaldehyde / water
  • trioxane / formaldehyde / water mixture is withdrawn from the trioxane synthesis reactor in process stage I in gaseous form.
  • aqueous formaldehyde solution having a formaldehyde content of at least 50% by weight, or at least 60% by weight, or else at least 64% by weight.
  • Sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, zeolites or ion exchange resins can generally be used as acidic, homogeneous or heterogeneous catalysts, generally in an amount of from 1 to 15% by weight, based on the weight of the highly concentrated aqueous formaldehyde solution
  • a crude trioxane is a stream containing trioxane in a weight fraction of 40 to 80%, and in addition 1 to 30 wt .-% formaldehyde, water and by-products.
  • trioxane is a stream which contains at least 97.5% by weight, preferably at least 99% by weight or 99.9% by weight or else 99.99% by weight of trioxane.
  • the trioxane synthesis reactor can be, for example, a fixed-bed, suspended-bed or continuous-bed reactor, a stirred tank or an evaporator, which is preferably operated at superatmospheric pressure.
  • the trioxane synthesis reactor is preferably operated at a pressure in the range from 1 to 10 bar a, more preferably from 1 to 7 bar a.
  • the trioxane synthesis reactor is preferably operated at residence times of less than 30 minutes, more preferably less than 15 minutes.
  • the highly concentrated aqueous formaldehyde solution is fed to the trioxane synthesis reactor via a mixing device with high mixing energy, of more than 0.3 W / 1, preferably of more than 3 W / 1, particularly preferably of more than 30 W / 1.
  • a gaseous stream containing trioxane, formaldehyde and water is withdrawn from the upper region thereof.
  • the composition of the gaseous stream from the trioxane synthesis reactor generally corresponds to 1 to
  • trioxane 60 to 80% by weight of formaldehyde, the remainder being water and secondary components.
  • the gaseous stream from the trioxane synthesis reactor is, preferably via a control valve, expanded into the distillation column, in which the trioxane / formaldehyde / water mixture is separated into a top stream containing crude trioxane and a bottom stream, preferably in the Trioxane synthesis reactor is recycled.
  • This circulating stream is mixed with the freshly supplied highly concentrated formaldehyde solution either before the circulation pump or in another mixing unit, for example a reaction mixing pump of a mixing nozzle, a static mixer or in a reaction mixer.
  • a reaction mixing pump of a mixing nozzle for example a reaction mixing pump of a mixing nozzle, a static mixer or in a reaction mixer.
  • the top stream containing crude trioxane can be purified in a further distillation column to pure trioxane.
  • the process stage I is preferably carried out in the trioxane synthesis reactor at elevated pressure compared with process stage II in the distillation column
  • the pressure difference between distillation column and trioxane synthesis reactor can be compensated for as an alternative to the control valve by hydrostatic pressure.
  • the trioxane-containing reaction mixture is taken off in gaseous form from the trioxane synthesis reactor, the acids critical for the solid precipitation of para-formaldehyde remain in the trioxane synthesis reactor and are not included in the distillation column. drags.
  • more cost-effective steel grades can be used for the distillation column, which need not be acid-resistant.
  • the steel grades 1.4541, 1.4571 or 1.4539 or similar alloyed steels can be used, alternatively other materials, provided they are not more expensive than the aforementioned.
  • the distillation column for crude trioxane is generally designed without a stripping section.
  • Solubility tests with and without acid have shown that in the presence of strong pillars acids, such as the aforesaid sulfuric acid, methanesulfonic acid or para-toluenesulfonic acid, the temperature to be selected by at least 10 0 C higher compared to an operation without acid must so that no solid precipitates.
  • strong pillars acids such as the aforesaid sulfuric acid, methanesulfonic acid or para-toluenesulfonic acid
  • Figure 1 shows the schematic representation of a system according to a preferred embodiment of the invention
  • a trioxane synthesis reactor R is fed with a highly concentrated aqueous formaldehyde solution via a pump P and an evaporator V. From the gas space of the trioxane synthesis reactor, a trioxane / formaldehyde / water mixture is taken off in vapor form and depressurized via a control valve RV to the pressure in the distillation column K for crude trioxane. From the distillation column K, a top stream 3 containing crude trioxane and a bottom stream 4 is withdrawn, which is recycled via a pump P in the trioxane synthesis reactor.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heterocyclic Compounds That Contain Two Or More Ring Oxygen Atoms (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing raw trioxane, comprising the following stages: - a highly concentrated aqueous formaldehyde solution is subjected to an acid catalyzed reaction so as to obtain a trioxane/formaldehyde/water mixture (stage I); and - the trioxane/formaldehyde/water mixture obtained in stage I is distilled in order to obtain raw trioxane (stage II). The inventive method is characterized in that the trioxane/formaldehyde/water mixture is stripped from the synthesis reactor (R) in a gaseous form in stage I.

Description

ZWEISTUFIGES VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON TRIOXAN AUS EINER HOCHKONZENTRIERTEN WÄSSRIGEN FORMALDEHYDLÖSUNG, WOBEI DAS REAKTIONSGEMISCH GASFÖRMIG AUS DEM SYNTHESEREAKTOR ABGEZOGEN UND IN EINE DESTILLATIONSKOLONNE ÜBERFÜHRT WIRDTWO-STAGE PROCESS FOR THE PREPARATION OF TRIOXAN FROM A HIGH-CONCENTRATED AQUEOUS FORMALDEHYDE SOLUTION, WHERE THE REACTION MIXTURE IS DEVICED FROM THE SYNTHESIS ACTUATOR AND TRANSFERRED TO A DISTILLATION COLON

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Roh-Trioxan aus einer hochkonzentrierten wässrigen Formaldehydlösung.The invention relates to a process for the preparation of crude trioxane from a highly concentrated aqueous formaldehyde solution.

Trioxan kann durch Reaktivdestillation von wässriger Formaldehydlösung in Gegenwart saurer Katalysatoren hergestellt werden. Aus dem neben Trioxan Formaldehyd und Wasser enthaltenden Destillat wird anschließend das Trioxan mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie Methylenchlorid oder 1,2-Dichlorethan, oder anderen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln, extrahiert.Trioxane can be prepared by reactive distillation of aqueous formaldehyde solution in the presence of acidic catalysts. The trioxane is then extracted from the distillate containing trioxane formaldehyde and water in addition to halogenated hydrocarbons, such as methylene chloride or 1,2-dichloroethane, or other water-immiscible solvents.

Die DE-A 1 668 867 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Trioxan aus Wasser, Formaldehyd und Trioxan enthaltenen Gemischen durch Extraktion mit einem organischen 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 formaldehydfreie 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 Mit- telteil 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.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. In this case, 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. Between the two sections, 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. In one example, 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, at the upper end of the column methylene chloride and at the lower end of the column Supplied with water. 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.

Nachteil dieser Verfahrensweise ist der Anfall an Extraktionsmittel, welches aufgereinigt werden muss. Bei den verwendeten Extraktionsmitteln handelt es sich zum Teil um Gefahrenstoffe (T oder T+-Stoffe im Sinne der deutschen Gefahrenstoff Verordnung), deren Handhabung besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert.Disadvantage of this procedure is the accumulation of extractant, which must be purified. Some of the extractants used are hazardous substances (T or T + substances within the meaning of the German Hazardous Substances Ordinance), the handling of which requires special precautions.

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 ange- reicherte Permeat durch Rektifikation in Trioxan und ein azeotropes Gemisch aus Trioxan, Wasser und Formaldehyd trennt. In dem Beispiel wird ein wässriges Gemisch bestehend aus 40 Gew.-% Trioxan, 40 Gew.-% Wasser und 20 Gew.-% Formaldehyd in einer ersten Destillationskolonne unter Normaldruck in ein Wasser/Formaldehyd-Gemisch und in ein aze- otropes 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.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 is added to the mixture. enriched permeate by rectification in trioxane and an azeotropic mixture of trioxane, water and formaldehyde separates. In the example, an aqueous mixture consisting of 40% by weight of trioxane, 40% by weight of water and 20% by weight of formaldehyde in a first distillation column under normal pressure is introduced into a water / formaldehyde mixture and into an azeotropic trioxane / Separated water / formaldehyde mixture. 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.

Nachteilig an dieser Verfahrensweise sind die sehr hohen Investitionen für die Pervaporationseinheit.Disadvantages of this procedure are the very high investments for the pervaporation unit.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 103 61 516.4 ist ein Verfahren zur destillativen Abtrennung von Trioxan aus Trioxan/Formaldehyd/Wasser- Gemischen bekannt, dass ohne Extraktions- oder Pervaporationsschritte auskommt. Das Verfahren benötigt jedoch für die Abtrennung von reinem Trioxan und reinem Waser aus dem Produktgemisch aus einem Trioxan-Synthesereaktor eine Anlage mit drei Destillati- onskolonnen.German patent application DE 103 61 516.4, which is not prepublished, discloses a process for the distillative separation of trioxane from trioxane / formaldehyde / water mixtures, which does not require any extraction or pervaporation steps. However, for the separation of pure trioxane and pure water from the product mixture from a trioxane synthesis reactor, the process requires a plant with three distillation columns.

Bei der sauer katalysierten Umsetzung von wässriger Formaldehydlösung zu Trioxan wird folgender Reaktionsmechanismus angenommen, der über mehrere Gleichgewichtsstufen abläuft:In the acid-catalyzed conversion of aqueous formaldehyde solution to trioxane, the following reaction mechanism is assumed, which proceeds over several equilibrium stages:

Trioxan

Figure imgf000003_0001
trioxane
Figure imgf000003_0001

n CH2O ^- -vw (CH2O)n-n CH 2 O ^ - -vw (CH 2 O) n -

Paraformaldehyd (n>10) Die Lage des Gleichgewichts liegt weit auf der Seite des Edukts Formaldehyd. Daneben laufen eine Vielzahl von Nebenreaktionen ab, unter anderem der Anfall von Para- Formaldehyd.Paraformaldehyde (n> 10) The location of the equilibrium is far on the side of the starting material formaldehyde. In addition, a variety of side reactions take place, including the accumulation of para-formaldehyde.

Um die Gleichgewichtslage in Richtung zum Wertprodukt Trioxan zu verschieben, ist es vorteilhaft, mit möglichst hohen Formaldehydkonzentrationen zu arbeiten. Damit ist der zusätzliche Vorteil einer niedrigeren Wasserlast in nachfolgenden Verfahrensschritten verbunden. Hohe Formaldehydkonzentrationen haben jedoch den Nachteil, dass Formaldehyd, in Abhängigkeit von der Temperatur, durch spontane Polymerisation Para-Formaldehyd, einen schwer löslichen Feststoff, bildet. Die Löslichkeitsgrenze von Para-Formaldehyd in wässrigen Formaldehydlösungen steigt mit der Temperatur, da die sich bildenden langketti- gen Para-Formaldehyd-Moleküle aufgrund der verstärkten Molekularbewegung in Lösung bleiben.In order to shift the equilibrium position in the direction of the desired product trioxane, it is advantageous to work with the highest possible formaldehyde concentrations. Thus, the additional advantage of a lower water load is connected in subsequent steps. However, high formaldehyde concentrations have the disadvantage that formaldehyde, as a function of the temperature, forms by spontaneous polymerization para-formaldehyde, a poorly soluble solid. The solubility limit of para-formaldehyde in aqueous formaldehyde solutions increases with temperature, since the forming long-chain para-formaldehyde molecules remain in solution due to the increased molecular motion.

Die Umsetzung von wässriger Formaldehydlösung zu Trioxan läuft unter homogener oder heterogener saurer Katalyse ab. Als Katalysatoren werden häufig Schwefelsäure, Methan- sulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, im Allgemeinen in einer Konzentration von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Formaldehydlösung, oder eine ä- quivalente Menge von Ionenaustauscherharzen oder Zeolithen, eingesetzt.The reaction of aqueous formaldehyde solution to trioxane proceeds under homogeneous or heterogeneous acid catalysis. Frequently used as catalysts are sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, generally in a concentration of from 1 to 15% by weight, based on the total weight of the aqueous formaldehyde solution, or an equivalent amount of ion exchange resins or zeolites.

Die sauren Katalysatoren in den benötigten hohen Gewichtsanteilen verstärken im Allgemeinen das Problem des Feststoffausfalls, da sie durch Dissoziation Wassermoleküle binden. Dadurch wird bei gleicher Formaldehydkonzentration die Löslichkeitsgrenze in Richtung höherer Temperaturen verschoben.The acidic catalysts in the required high proportions by weight generally increase the problem of solid state failure by binding water molecules by dissociation. As a result, with the same formaldehyde concentration, the solubility limit is shifted in the direction of higher temperatures.

Um das Problem des Feststoffausfalls zu vermeiden und dabei dennoch möglichst hoch konzentrierte wässrige Formaldehydlösungen umsetzen zu können, ist daher der Betrieb bei möglichst hohen Temperaturen (und entsprechend hohen Drücken) erforderlich.In order to avoid the problem of solid precipitation and still be able to implement as highly concentrated aqueous formaldehyde solutions, therefore, the operation at the highest possible temperatures (and correspondingly high pressures) is required.

Für die nachfolgende destillative Abtrennung von Roh-Trioxan aus dem Austrag des Trio- xan-Synthesereaktors sind demgegenüber genau entgegengesetzte Betriebsbedingungen vorteilhaft, und zwar ein möglichst niedriger Kopfdruck und entsprechend niedrige Temperaturen in der Kolonne. Obwohl die Zusammenhänge noch nicht vollständig geklärt sind, ist dies vorteilhaft, da mit abnehmendem Druck eine höhere Aufkonzentrierung an Trioxan in Trioxan/FormaldehydAVasser-Gemischen erreicht werden kann. - A -For the subsequent distillative removal of crude trioxane from the effluent of the trioxane synthesis reactor, on the other hand, exactly opposite operating conditions are advantageous, namely the lowest possible top pressure and correspondingly low temperatures in the column. Although the relationships are not fully understood, this is advantageous because with increasing pressure, a higher concentration of trioxane in trioxane / formaldehyde / water mixtures can be achieved. - A -

Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Roh-Trioxan zur Verfügung zu stellen, das die entgegengesetzten Anforderungen an die Synthese beziehungsweise an die destillative Aufkonzentrierung des Austrags aus dem Synthesereaktor optimal berücksichtigt und das gegenüber bekannten Verfahren apparativ einfacher und wesentlich kostengünstiger ist.It was therefore an object of the invention to provide a process for the preparation of crude trioxane available that optimally takes into account the opposite requirements of the synthesis or to the distillative concentration of the discharge from the synthesis reactor and which is simpler in terms of apparatus and substantially cheaper compared to known methods ,

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:The problem is solved by a method with the following method steps:

sauer katalysierte Umsetzung einer hochkonzentrierten wässrigen Formaldehydlösung in einem Trioxan-Synthesereaktor unter Erhalt eines Trioxan/Formaldehyd/Wasser-acid catalyzed reaction of a highly concentrated aqueous formaldehyde solution in a trioxane synthesis reactor to give a trioxane / formaldehyde / water

Gemisches (Verfahrensstufe I) undMixture (process step I) and

Destillation des Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisches aus der Verfahrensstufe I unter Erhalt von Roh-Trioxan (Verfahrensstufe II).Distillation of the trioxane / formaldehyde / water mixture from process step I to obtain crude trioxane (process step II).

das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch aus dem Trioxan-Synthesereaktor in Verfahrensstufe I gasförmig abgezogen wird.which is characterized in that the trioxane / formaldehyde / water mixture is withdrawn from the trioxane synthesis reactor in process stage I in gaseous form.

Als hochkonzentriert wird vorliegend eine wässrige Formaldehydlösung mit einem Formaldehydgehalt von mindestens 50 Gew.-%, oder mindestens 60 Gew.-%, oder auch mindes- tens 64 Gew.-% verstanden.Highly concentrated herein is an aqueous formaldehyde solution having a formaldehyde content of at least 50% by weight, or at least 60% by weight, or else at least 64% by weight.

Als saure, homogene oder heterogene Katalysatoren können insbesondere Schwefelsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, Zeolithe oder Ionentauscherharze eingesetzt werden, im Allgemeinen in einem Anteil von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der hochkonzentrierten wässrigen FormaldehydlösungSulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, zeolites or ion exchange resins can generally be used as acidic, homogeneous or heterogeneous catalysts, generally in an amount of from 1 to 15% by weight, based on the weight of the highly concentrated aqueous formaldehyde solution

Vorliegend wird als Roh-Trioxan ein Strom bezeichnet, der Trioxan in einem Gewichtsanteil von 40 bis 80 %, und daneben 1 bis 30 Gew.-% Formaldehyd, Wasser und Nebenprodukte enthält.In the present case, a crude trioxane is a stream containing trioxane in a weight fraction of 40 to 80%, and in addition 1 to 30 wt .-% formaldehyde, water and by-products.

Als Rein-Trioxan wird ein Strom bezeichnet, der mindestens 97,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 99 Gew.-% oder 99,9 Gew.-% oder auch 99,99 Gew.-% Trioxan enthält.Pure trioxane is a stream which contains at least 97.5% by weight, preferably at least 99% by weight or 99.9% by weight or else 99.99% by weight of trioxane.

Der Trioxan-Synthesereaktor kann beispielsweise ein Festbett-, Schwebebett- oder Fließ- bettreaktor, ein Rührkessel oder ein Verdampfer sein, der bevorzugt bei überatmosphärischem Druck betrieben wird. Bevorzugt wird der Trioxan-Synthesereaktor bei einem Druck im Bereich von 1 bis 10 bar a, besonders bevorzugt von 1 bis 7 bar a betrieben. Um die Ausbeuteverluste durch die Bildung des Nebenproduktes Ameisensäure zu begrenzen, wird der Trioxan-Synthesereaktor bevorzugt bei Verweilzeiten unterhalb von 30 Minuten, besonders bevorzugt unterhalb von 15 Minuten, betrieben.The trioxane synthesis reactor can be, for example, a fixed-bed, suspended-bed or continuous-bed reactor, a stirred tank or an evaporator, which is preferably operated at superatmospheric pressure. The trioxane synthesis reactor is preferably operated at a pressure in the range from 1 to 10 bar a, more preferably from 1 to 7 bar a. In order to limit the losses in yield by the formation of the by-product formic acid, the trioxane synthesis reactor is preferably operated at residence times of less than 30 minutes, more preferably less than 15 minutes.

Hierzu wird insbesondere die hochkonzentrierte wässrige Formaldehydlösung dem Trioxan- Synthesereaktor über ein Mischorgan mit hoher Mischenergie, von mehr als 0,3 Watt/1, bevorzugt von mehr als 3 Watt/1, besonders bevorzugt von mehr als 30 Watt/1 zugeführt.For this purpose, in particular the highly concentrated aqueous formaldehyde solution is fed to the trioxane synthesis reactor via a mixing device with high mixing energy, of more than 0.3 W / 1, preferably of more than 3 W / 1, particularly preferably of more than 30 W / 1.

Aus dem Trioxan-Synthesereaktor wird aus dem oberen Bereich desselben ein gasförmiger Strom, enthaltend Trioxan, Formaldehyd und Wasser, abgezogen. Die Zusammensetzung des gasförmigen Stromes aus dem Trioxan-Synthesereaktor entspricht im Allgemeinen 1 bisFrom the trioxane synthesis reactor, a gaseous stream containing trioxane, formaldehyde and water is withdrawn from the upper region thereof. The composition of the gaseous stream from the trioxane synthesis reactor generally corresponds to 1 to

15 Gew.-% Trioxan, 60 bis 80 Gew.-% Formaldehyd, Rest Wasser und Nebenkomponenten.15% by weight of trioxane, 60 to 80% by weight of formaldehyde, the remainder being water and secondary components.

Der gasförmige Strom aus dem Trioxan-Synthesereaktor wird, vorzugsweise über ein Re- gelventil, in die Destillationskolonne entspannt, in der das Trioxan/Formaldehyd/Wasser- Gemisch in einen Kopfstrom, enthaltend Roh-Trioxan und einen Sumpfstrom aufgetrennt wird, der bevorzugt in den Trioxan-Synthesereaktor recycliert wird.The gaseous stream from the trioxane synthesis reactor is, preferably via a control valve, expanded into the distillation column, in which the trioxane / formaldehyde / water mixture is separated into a top stream containing crude trioxane and a bottom stream, preferably in the Trioxane synthesis reactor is recycled.

Dieser Umlaufstrom wird mit der frisch zugeführten hochkonzentrierten Formaldehydlö- sung entweder vor der Umlaufpumpe oder in einem anderen Mischaggregat, beispielsweise einer Reaktionsmischpumpe einer Mischdüse, einem statischen Mischer oder in einem Reaktionsmischer vermengt. Alternativ ist es auch möglich, den Umlaufstrom und den frischen wässrigen Formaldehydstrom jeweils getrennt und nur getaucht in den Trioxan- Synthesereaktor zu führen.This circulating stream is mixed with the freshly supplied highly concentrated formaldehyde solution either before the circulation pump or in another mixing unit, for example a reaction mixing pump of a mixing nozzle, a static mixer or in a reaction mixer. Alternatively, it is also possible to separate the recycle stream and the fresh aqueous formaldehyde stream separately and only submerged into the trioxane synthesis reactor.

Der Kopfstrom, enthaltend Roh-Trioxan, kann in einer weiteren Destillationskolonne zu Rein-Trioxan gereinigt werden.The top stream containing crude trioxane can be purified in a further distillation column to pure trioxane.

Bevorzugt wird die Verfahrensstufe I im Trioxan-Synthesereaktor bei - gegenüber der Ver- fahrensstufe II in der Destillationskolonne - erhöhtem Druck durchgeführtThe process stage I is preferably carried out in the trioxane synthesis reactor at elevated pressure compared with process stage II in the distillation column

Die Druckdifferenz zwischen Destillationskolonne und Trioxan-Synthesereaktor kann alternativ zum Regelventil durch hydrostatischen Druck ausgeglichen werden.The pressure difference between distillation column and trioxane synthesis reactor can be compensated for as an alternative to the control valve by hydrostatic pressure.

Da das Trioxan-haltige Reaktionsgemisch aus dem Trioxan-Synthesereaktor gasförmig abgezogen wird, verbleiben die für den Feststoffausfall von Para-Formaldehyd kritischen Säuren im Trioxan-Synthesereaktor und werden nicht in die Destillationskolonne mitge- schleppt. Dadurch können für die Destillationskolonne kostengünstigere Stahlsorten eingesetzt werden, die nicht säurebeständig sein müssen. Insbesondere können die Stahlsorten 1.4541, 1.4571 oder 1.4539 oder ähnlich legierte Stähle eingesetzt werden, alternativ auch andere Werkstoffe, sofern sie nicht teurer sind als die vorgenannten.Since the trioxane-containing reaction mixture is taken off in gaseous form from the trioxane synthesis reactor, the acids critical for the solid precipitation of para-formaldehyde remain in the trioxane synthesis reactor and are not included in the distillation column. drags. As a result, more cost-effective steel grades can be used for the distillation column, which need not be acid-resistant. In particular, the steel grades 1.4541, 1.4571 or 1.4539 or similar alloyed steels can be used, alternatively other materials, provided they are not more expensive than the aforementioned.

Da keine Schwersieder abgetrennt werden müssen, wird die Destillationskolonne für Roh- Trioxan im Allgemeinen ohne Abtriebsteil ausgelegt.Since no high boilers have to be separated off, the distillation column for crude trioxane is generally designed without a stripping section.

Darüber hinaus ist es aufgrund der Abwesenheit von Säure in der Destillationskolonne für Roh-Trioxan gegenüber Kolonnen nach dem Stand der Technik möglich, bei niedrigeren Drücken zu arbeiten, ohne dass die Kolonne durch Feststoffausfall zugesetzt wird und somit entsprechend den ternären Siedeliniendiagrammen ein trioxanreicheres Roh-Trioxan im Kopfstrom der Kolonne zu erhalten.Moreover, due to the absence of acid in the crude trioxane distillation column over prior art columns, it is possible to operate at lower pressures without the column being added by solid precipitation and thus a trioxane-rich crude trioxane according to the ternary boiling line diagrams to get in the top stream of the column.

Um so höher aber der Trioxangehalt im Roh-Trioxanstrom aus der ersten Destillationskolonne ist, umso wirtschaftlicher kann die weitere Aufkonzentrierung zu Rein-Trioxan betrieben werden.However, the higher the trioxane content in the crude trioxane stream from the first distillation column, the more economically the further concentration to pure trioxane can be operated.

Löslichkeitsversuche mit und ohne Säure haben gezeigt, dass bei Anwesenheit starker Säu- ren, wie die vorgenannte Schwefelsäure, Methansulfonsäure oder Paratoluolsulfonsäure die Temperatur um mindestens 10 0C höher gegenüber einer Betriebsweise ohne Säure gewählt werden muss, damit kein Feststoff ausfällt.Solubility tests with and without acid have shown that in the presence of strong pillars acids, such as the aforesaid sulfuric acid, methanesulfonic acid or para-toluenesulfonic acid, the temperature to be selected by at least 10 0 C higher compared to an operation without acid must so that no solid precipitates.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer Anlage nach einer bevorzugten Ausführungsform der ErfindungFigure 1 shows the schematic representation of a system according to a preferred embodiment of the invention

Einem Trioxan-Synthesereaktor R wird eine hochkonzentrierte wässrige Formaldehydlö- sung über eine Pumpe P und einen Verdampfer V zugeführt. Aus dem Gasraum des Trio- xan-Synthesereaktors wird ein Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch dampfförmig abgezogen und über ein Regelventil RV auf den Druck in der Destillationskolonne K für Roh- Trioxan entspannt. Aus der Destillationskolonne K wird ein Kopfstrom 3, enthaltend Roh- Trioxan und ein Sumpfstrom 4 abgezogen, der über eine Pumpe P in den Trioxan- Synthesereaktor recycliert wird. A trioxane synthesis reactor R is fed with a highly concentrated aqueous formaldehyde solution via a pump P and an evaporator V. From the gas space of the trioxane synthesis reactor, a trioxane / formaldehyde / water mixture is taken off in vapor form and depressurized via a control valve RV to the pressure in the distillation column K for crude trioxane. From the distillation column K, a top stream 3 containing crude trioxane and a bottom stream 4 is withdrawn, which is recycled via a pump P in the trioxane synthesis reactor.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zur Herstellung von Roh-Trioxan mit folgenden Verfahrensstufen:1. Process for the preparation of crude trioxane with the following process stages: - sauer katalysierte Umsetzung einer hochkonzentrierten wässrigen Formaldehyd- lösung unter Erhalt eines Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisches (Verfahrensstufe I) und- acid catalyzed reaction of a highly concentrated aqueous formaldehyde solution to obtain a trioxane / formaldehyde / water mixture (process step I) and Destillation des Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisches aus Verfahrensstufe I unter Erhalt von Roh-Trioxan (Verfahrensstufe IT),Distillation of the trioxane / formaldehyde / water mixture from process step I to obtain crude trioxane (process step IT), dadurch gekennzeichnet, dass das Trioxan/Formaldehyd/Wasser-Gemisch aus dem Trioxan-Synthesereaktor (R) in der Verfahrensstufe I gasförmig abgezogen wird.characterized in that the trioxane / formaldehyde / water mixture from the trioxane synthesis reactor (R) in the process step I is withdrawn in gaseous form. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensstufe I bei gegenüber der Verfahrensstufe II erhöhtem Druck durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the process step I is carried out with respect to the process step II increased pressure. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensstufe I bei einem Druck im Bereich von 1 bis 10 bar a, bevorzugt 1 bis 7 bar a betrieben wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the process stage I at a pressure in the range of 1 to 10 bar a, preferably 1 to 7 bar a is operated. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Trioxan-Synthesereaktor (R) auf weniger als 30 Minuten, bevorzugt auf weniger als 15 Minuten begrenzt wird, besonders bevorzugt weniger als 10 Minuten.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the residence time in the trioxane synthesis reactor (R) is limited to less than 30 minutes, preferably to less than 15 minutes, more preferably less than 10 minutes. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hoch- konzentrierte wässrige Formaldehydlösung dem Trioxan-Synthesereaktor (R) über ein5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the highly concentrated aqueous formaldehyde solution to the trioxane synthesis reactor (R) via a Mischorgan mit einer Mischenergie von mehr als 0,3 Watt/1, bevorzugt von mehr als 3 Watt/1, weiter bevorzugt von mehr als 30 Watt/1 zugeführt wird.Mixing element with a mixing energy of more than 0.3 watts / 1, preferably more than 3 watts / 1, more preferably more than 30 watts / 1 is supplied. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- fahrensstufe II in einer Destillationskolonne durchgeführt wird, die bei einem Kopfdruck < 1,5 bar a, bevorzugt < 1,2 bar a, betrieben wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the process stage II is carried out in a distillation column, which is operated at a top pressure <1.5 bar a, preferably <1.2 bar a. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensstufe II in einer Destillationskolonne durchgeführt wird, die aus einem Werk- stoff gebildet ist, der nicht säurebeständig sein muss. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the process stage II is carried out in a distillation column, which is formed from a material which does not have to be acid-resistant. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensstufe π in einer Destillationskolonne ohne Abtriebsteil durchgeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the process step π is carried out in a distillation column without stripping section. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gas- förmige Strom aus dem Trioxan-Synthesereaktor (R) über ein Regelventil auf den Betriebsdruck in der Destillationskolonne zur Durchführung der Verfahrensstufe π entspannt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the gaseous stream from the trioxane synthesis reactor (R) via a control valve to the operating pressure in the distillation column for performing the process step π is relaxed. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sumpfstrom aus der Destillationskolonne zur Durchführung der Verfahrensstufe II in den Trioxan-Synthesereaktor (R) recycliert wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the bottom stream from the distillation column for carrying out the process stage II in the trioxane synthesis reactor (R) is recycled.
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