PROCESS FOR THE PREPARATION OF N-(C1-C4-ALKYL)-CAPROLACTAM

Abstract: N-(C1-C4-Alkyl)caprolactam is prepared by reaction of oligomers of caprolactam in an alumina fluidised bed with C1-C4-alkanols in the presence of water vapour at a temperature of 290 to 400 DEG C.

Description: Verfahren zur Herstellung von N-C N-Cl-C4-Alkylcaprolactam Bei der Herstellung von Caprolactam erhält man zunächst Polycaprolactam mit einem Gehalt an Monomeren und Oligomeren von ca. 1O'Gew.X. Aus dem Monomeren enthaltenden Polycaprolactam werden die Monomeren und die Oligomeren nach bekannten Verfahren z.B. durch Wasser extrahiert. Nach Abdampfen des Wassers wird das extrahierte Caprolactam zurückgewonnen. Es verbleiben jedoch noch erhebliche Mengen an Oligomeren, die behandlungsbedürftig sind. Aus der DD-PS 96 483 ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Methylcapro- lactam bekannt, bei dem man ±-Caprolactam zusammen mit Methanol bei einer Temperatur von 350"C über einen fest angeordneten Aluminiumoxidkatalysator leitet. 6-Caprolactam ist jedoch ein relativ wertvolles Ausgangsprodukt. Es war deshalb die technische Aufgabe gestellt, N-C1-C4-Alkylcaprolactam, ausgehend von einem wohlfeileren Ausgangsprodukt herzustellen und wenig verwertbare Oligomere des Caprolactams in Wertprodukte zu überführen. Diese Aufgabe wird gelöst in einem Verfahren zur Herstellung von N-C1-C4 -Alkylcaprolactam, bei dem man Oligomere des Caprolactams in einer Aluminiumoxidwirbelschicht mit C1-Cq-Alkanolen in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 290 bis 400"C umsetzt. Das neue Verfahren hat den Vorteil, dass man anstatt von Caprolactam von wohlfeilen Oligomeren des Caprolactams ausgeht. Das neue Verfahren ist insofern bemerkenswert,als nicht zu erwarten war, dass sich Oligomere des Caprolactams ohne grössere Schwierigkeiten zu N-Alkylcaprolactam umsetzen lassen, da in Chem. Techn., 33. Jg., Heft 4, S. 194 beschrieben wird, dass bei der Umsetzung von Caprolactam mit Methanol durch Ringspaltungsreaktionen, die zweifellos bei der Oligomerenspaltung eintreten, Folgeumsetzungen der Bruchstücke eintreten und zudem Kondensationsreaktionen zu teerartigen Produkten führen. Oligomere des Caprolactams, die als Ausgangsstoffe eingesetzt werden, haben in der Regel einen Polymerisationsgrad n von 2 bis 9. Insbesondere enthalten sie dimere und trimere cyclische Oligomere. Solche Oligomere werden beispielsweise erhalten durch Eindampfen von Waschwässern, die bei der Extraktion von Polycaprolactam anfallen und anschliessende Entfernung des monomeren Caprolactams durch Destillation. Es ist jedoch nicht erforderlich aus dem anfallenden Extrakt die gesamte Caprolactammenge abzu destillieren. Die Oligomeren, gegebenenfalls mit Restmengen an Caprolactam, werden vorteilhaft in flüssiger Form, d.h. in geschmolzenem Zustand z.B. bei einer Temperatur von 150 bis 250-C in eine als Katalysator wirkende Aluminiumoxidwirbelschicht eingebracht. Es ist jedoch auch möglich, die Oligomeren in fester, feinverteilter Form in die Wirbelschicht einzubringen. Das Einbringen in die Wirbelschicht erfolgt z.B. durch Einblasen mittels einer mit Inertgas betriebenen Düse. Als Aluminiumoxid eignen sich die verschiedenen Modifikationen wie Tonerde, Böhmit oder }-Aluminiumoxid. Besonders bewährt hat sich $-Alumi- niumoxid als Katalysator. Der Katalysator wird mit Inertgas wie Kohlendioxid, Argon oder Stickstoff, vorzugsweise Stickstoff, in wirbelnder Bewegung gehalten. Zweckmässig verwendet man Aluminiumoxid in Korngrössen von 0,05 bis 1,5 mm, insbesondere von 0,2 bis 1 mm. Die Höhe der Wirbelschicht wird vorteilhaft so gewählt, dass die Verweilzeiten der Oligomeren an der Katalysatorschicht von 0,1 bis 30, insbesondere von 0,5 bis 10 sec. betragen. Vorteilhaft führt man das Verfahren bei Normaldruck durch. Es kann jedoch auch bei schwach vermindertem oder leichtem Über- druck, z.B. bis zu 2 bar durchgeführt werden. Die Wirbelschicht wird auf einer Temperatur von 290 bis 400es, insbesondere 300 bis 3600C gehalten. Es ist deshalb auch zweckmässig, das Inertgas mit einer Temperatur von 290 bis 4004C der Wirbelschicht zuzuführen. Die Umsetzung wird mit Cl-C4-Alkanolen durchgeführt. Geeignete Alkanole sind beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol oder Isopropanol. Besonders bevorzugt wird Methanol verwendet. Demzufolge ist das bevorzugte Endprodukt auch N-Methylcaprolactam. Vorteilhaft wendet man je Gewichtsteil an Oligomeren 0,3 bis 10 Gewichtsteile Alkanole an. Die Alkanole können als solche in die Wirbelschicht eingebracht und dort verdampft werden. Vorzugsweise führt man die Alkanole jedoch in Dampfform, z.B. zusammen mit dem Intertgas, der Wirbelschicht zu. Erfindungsgemäss erfolgt die Umsetzung unter Mitverwendung von Wasserdampf. Vorteilhaft verwendet man je Gewichtsteil Oligomere 0,005 bis 10 Gew.teile, insbesondere 0,02 bis 2 Gew.teile Wasser in Form von Wasserdampf. Wasser kann wie die Alkanole in die Wirbelschicht eingebracht werden. Aus dem aus der Wirbelschicht austretenden Gasgemisch werden die kondensierbaren Anteile abgeschieden und durch Destillation aufgearbeitet. Bei der Umsetzung entstehendes Caprolactam kann wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt werden. Ebenso kann überschüssiges Alkanol separat oder zusammen mit dem kondensierten Wasser in den Kreislauf zurückgeführt werden. Das Wirbelgas kann im Kreis geführt werden. N-Cl-C4-Alkylcaprolactam eignet sich als selektives Lösungsmittel bei petrochemischen Verfahren. Das Verfahren nach der Erfindung sei an folgendem Beispiel veranschaulicht. Beispiel In einem senkrecht stehenden isolierten elektrisch beheizten, unten mit einem Lochboden versehenen Rohr von 900 mm Länge und 50 mm Durchmesser werden 420 g Katalysator, bestehend aus einem bei 800'C geglühten +'-Alu- miniumoxid, Korngrösse 0,2 bis 0,8 mm, auf 360'C erhitzt. Durch einen von unten durch den Lochboden eingeblasenen, auf 360 C vorgewärmten Stickstoffstrom von 400 l/h, wird der Katalysator zum Wirbeln gebracht. Dem vorgeheizten Stickstoffstrom werden innerhalb von 2 Stunden 253 g Methanol und 253 g Wasser zudosiert. Gleichzeitig wird durch eine Düse oberhalb des Lochbodens, die sich zentrisch im Rohr befindet, mit Hilfe eines Stickstoffstroms, der vorgeheizt ist, innerhalb von 2 Stunden 300 g oligomeres Caprolactam zugeführt. Die den Reaktor verlassenden Dämpfe werden kondensiert und das Kondensat durch Destillation aufgearbeitet. Man erhält 122,5 g N-Methylcaprolactam, sowie 174 g monomeres Caprolactam.

Claims: A process for the preparation of an N-C₁-C₄-alkylcaprolactam, wherein an oligomer of caprolactam having a degree of polymerization of from 2 to 9 is reacted with a C₁-C₄-alkanol in a fluidized aluminum oxide bed in the presence of steam at from 290 to 400°C. A process as claimed in claim 1, wherein from 0.3 to 10 parts by weight of an alkanol are used per part by weight of oligomer. A process as claimed in either of claims 1 and 2, wherein from 0.005 to 10 parts by weight of water in the form of steam are present per part by weight of oligomer. A process as claimed in any of claims 1 to 3, wherein the oligomer is introduced in liquid or solid form into the fluidized aluminum oxide bed. A process as claimed in any of claims 1 to 4, wherein γ-aluminum oxide is used for the fluidized bed. A process as claimed in any of claims 1 to 5, wherein methanol is used as the alkanol.

Inventors: FROMMER, ELMAR, DR., FUCHS, HUGO, DR., GROSSKINSKY, OTTO-ALFRED, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: C07D223
IPC codes: C07D223, C07B61, B01J21, C07D201