Technologieprofil: Herstellung von Caprolactam aus Benzol

1. Juli 2021 | Von Intratec Solutions

Abbildung 1. Hier ist die Struktur von Caprolactam dargestellt

Caprolactam (Abbildung 1) ist ein zyklisches Amid, das häufig als chemisches Zwischenprodukt verwendet wird. Die Hauptformen von Caprolactam sind geschmolzen (flüssig) und Flocken. Bei Umgebungstemperatur ist es ein weißer, hygroskopischer, kristalliner Feststoff.

Fast das gesamte Caprolactam wird als Monomer bei der Herstellung von Polycaprolactam, auch bekannt als Nylon 6, verwendet. Fasern, Folien, Filamente und Borsten aus Nylon 6 können wiederum in einer breiten Palette von Produkten verwendet werden, darunter Bekleidung und Heimtextilien; Teppiche; und industrielle Anwendungen (Reifen, verstärkte Gummiprodukte).

Die Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen von Caprolactam können je nach Produktqualität variieren. Kommerzielles Caprolactam wird mit hoher Reinheit hergestellt, wobei Wasser mit Konzentrationen um 0,1 Gew.-% in der Regel die Hauptverunreinigung darstellt. Caprolactam kann bei der Herstellung anderer Produkte verwendet werden, darunter 6-Aminocapronsäure; Caprolactamdisulfid; Hexamethylenimin; Polyamid-6-Terpolymere; Poly(etheramid)-Elastomere; n-Vinylcaprolactam und Lysin.

Die Caprolactam-Produktion umfasst vier Hauptabschnitte: (1) Benzolhydrierung; (2) Cyclohexanoxidation; (3) Oximierung und Beckmann-Umlagerung; und (4) Ammoniumsulfat-Reinigung (Abbildung 2).

Abbildung 2. Dieses Prozessdiagramm zeigt die Herstellung von Caprolactam aus Benzol

Benzolhydrierung. Zunächst wird getrocknetes Benzol in zwei Schritten in Gegenwart von Platin- und Zinkoxidkatalysatoren mit Wasserstoff zu Cyclohexan umgesetzt. Das Zwischenprodukt wird in zwei Kolonnen gereinigt und Wasserstoff wird in den Reaktor zurückgeführt.

Cyclohexan-Oxidation. Das Cyclohexan wird durch Flüssigphasen-Luftoxidation in Gegenwart eines löslichen Kobaltkatalysators in eine Mischung aus Cyclohexanon und Cyclohexanol umgewandelt. Anschließend wird das Cyclohexanol in der Mischung durch Dampfphasendehydrierung in Gegenwart eines Kupfer-Magnesium-Katalysators in Cyclohexanon umgewandelt.

Abbildung 3. Die Struktur des Oxim-Zwischenprodukts ist hier dargestellt

Oximierung und Beckmann-Umlagerung. Ammoniak wird in Gegenwart von Wasserdampf durch Sauerstoff oxidiert, wodurch Stickstoffmonoxid entsteht, das in einer Lösung absorbiert wird. Dieses Stickoxid wird über einem Palladiumkatalysator in Gegenwart von verdünnter Schwefelsäure hydriert, wodurch eine Hydroxyl-Ammoniumsulfat-Lösung entsteht. Es reagiert mit Cyclohexanon in hintereinander geschalteten Rührreaktoren zum Oxim. Der heterogene Auslass wird mit Ammoniak neutralisiert. Schließlich wird das Cyclohexanonoxim (Abbildung 3) durch Beckmann-Umlagerung in Gegenwart von Oleum (konzentrierte Schwefelsäure) in Caprolactam umgewandelt. Das Produkt der Umlagerung, Caprolactam, wird durch Neutralisation, Extraktion in Gegenwart von Toluol und Destillation gereinigt. Die Caprolactam-Schmelze wird erstarrt und in Flocken umgewandelt.

Reinigung von Ammoniumsulfat. Die in den Neutralisationsschritten entfernte Ammoniumsulfatlösung wird durch Eindampfen konzentriert. Anschließend wird kristallisiert, aus der Mutterlauge abzentrifugiert und getrocknet.

Diese organische Verbindung kann kommerziell aus Cyclohexanon, Cyclohexan oder Toluol als Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Der Großteil der Caprolactam-Produktion basiert auf dem Cyclohexanon-Verfahren. In geringerem Umfang wird Caprolactam kommerziell durch Photonitrosierung von Cyclohexan oder durch Nitrosierung von Cyclohexancarbonsäure (abgeleitet von Toluol) in Gegenwart von Schwefelsäure hergestellt. Letztendlich basieren die wichtigsten kommerziellen Prozesse zur Caprolactam-Herstellung auf Benzol oder Toluol aus BTX (Benzol, Toluol, Xylole) und erzeugen Ammoniumsulfat als Nebenprodukt.

Herausgegeben von Scott Jenkins

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