DE102004012114A1 - Process for the preparation of tetrahydrofuran - Google Patents
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- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
- B01J27/186—Phosphorus; Compounds thereof with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J27/188—Phosphorus; Compounds thereof with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von THF (Tetrahydrofuran) durch Umsetzung einer 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischung an einer Heteropolysäure, wobei die Reaktionsmischung, bezogen auf die Heteropolysäure, weniger als 0,2 Gew.-% Eisenionen aufweist.The invention relates to a process for the preparation of THF (tetrahydrofuran) by reacting a 1,4-butanediol-containing reaction mixture over a heteropoly acid, wherein the reaction mixture, based on the heteropolyacid, less than 0.2 wt .-% iron ions.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tetrahydrofuran (THF) durch Umsetzung einer 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischung an einer Heteropolysäure, wobei die Reaktionsmischung, bezogen auf die Heteropolysäure weniger als 0,2 Gew.-% Eisenionen aufweist.The The invention relates to a process for the preparation of tetrahydrofuran (THF) by reaction of a 1,4-butanediol-containing reaction mixture on a heteropolyacid, wherein the reaction mixture, based on the heteropolyacid less as 0.2 wt .-% iron ions.
Verfahren zur Herstellung von THF aus 1,4-Butandiol sind seit langem bekannt. In K. Weissermel, H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, VCH Verlagsgesellschaft, D 69451 Weinheim, 1994, Seite 111, ist die Umsetzung von 1,4-Butandiol zu THF durch Wasserabspaltung unter Zugabe von Phosphorsäure, Schwefelsäure oder sauren Ionenaustauschern beschrieben. Dabei wird das mit Säure versetzte 1,4-Butandiol erhitzt und in dem Maß durch 1,4-Butandiol ergänzt, wie THF/Wasser herausdestilliert.method for the production of THF from 1,4-butanediol have long been known. In K. Weissermel, H.-J. Arpe, Industrial Organic Chemistry, VCH Verlagsgesellschaft, D 69451 Weinheim, 1994, page 111, is the Reaction of 1,4-butanediol to THF by dehydration under Addition of phosphoric acid, sulfuric acid or acidic ion exchangers. This is the acidified with 1,4-butanediol is heated and supplemented to the extent by 1,4-butanediol, as Distilled out THF / water.
Ebenfalls für die Cyclisierung von 1,4-Butandiol zu THF geeignete Katalysatoren sind Heteropolysäuren. Die Cyclisierung zu THF lässt sich meist problemlos durchführen, wenn man reine Heteropolysäuren einsetzt, wie sie im Chemikalienhandel erhältlich sind. Da die reinen Heteropolysäuren teuer sind, ist es wünschenswert, die Einsatzmengen möglichst klein zu halten, zumindest aber eine lange Lebenszeit der Heteropolysäuren zu gewährleisten. Nachteilig ist, dass bei längerem Einsatz der Heteropolysäuren häufig deren Aktivität sinkt. Dies um so mehr, wenn die Reaktionen, wie technisch allgemein üblich, in metallischen Reaktoren ausgeführt werden.Also for the Cyclization of 1,4-butanediol to THF are suitable catalysts Heteropolyacids. The cyclization to THF leaves usually perform easily, if you are pure heteropolyacids used, as they are available in the chemicals trade. Because the pure heteropolyacids are expensive, it is desirable the amounts as possible small, but at least a long lifetime of the heteropolyacids too guarantee. The disadvantage is that for a long time Use of heteropolyacids often their activity sinks. All the more so, if the reactions, as technically common practice, in running metallic reactors become.
Die schnelle Deaktivierung des Heteropolysäure-Katalysators erweist sich insbesondere bei kontinuierlich geführten Umsetzungen und Prozessen mit wiederverwendetem Katalysator als besonders nachteilig, da sie zu sinkenden Umsätzen führt.The rapid deactivation of the heteropolyacid catalyst proves especially in continuous operations and processes with reused catalyst as particularly disadvantageous since they to falling sales leads.
Es bestand daher die Aufgabe, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von THF aus 1,4-Butandiol an einem Heteropolysäurekatalysator bereitzustellen, das gleichbleibende Umsätze, auch bei wiederverwendetem Heteropolysäure-Katalysator, gewährleistet und eine Deaktivierung des Heteropolysäurekatalysators weitgehend vermeidet.It Therefore, the task was a simple and inexpensive Process for the preparation of THF from 1,4-butanediol on a heteropolyacid catalyst to provide consistent sales, even when reused Heteropolyacid catalyst, guaranteed and deactivation of the heteropolyacid catalyst to a large extent avoids.
Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von THF durch Umsetzung von 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischungen in Gegenwart einer Heteropolysäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung bezogen auf die Heteropolysäure, weniger als 0,2 Gew.-% Eisenionen aufweist, gefunden.Surprisingly has now become a process for the production of THF by reaction of 1,4-butanediol-containing reaction mixtures in the presence a heteropolyacid, characterized in that the reaction mixture based on the heteropoly less than 0.2 wt .-% iron ions, found.
Unter Eisenionen werden in dieser Anmeldung insbesondere Eisenionen der Oxidationsstufen (+II) und (+III) verstanden. Die Bestimmung des Gehalts der Reaktionsmi schung an Eisenionen erfolgt in an sich bekannter Weise durch Atomabsorptionsspektrometrie.Under In this application, iron ions are in particular iron ions of the Oxidation levels (+ II) and (+ III) understood. The determination of the Content of the reaction mixture of iron ions is carried out in a known per se Way by atomic absorption spectrometry.
Der Eisenionengehalt der Reaktionsmischung sollte 0 bis 0,2 Gew.-%, bevorzugt unter 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 0,05 Gew.-%, betragen, insbesondere bevorzugt ist die Reaktionsmischung frei von Eisenionen. Die zur Reduzierung des Eisen-Gehalts der Reaktionsmischung verwendete Methode ist an sich nicht kritisch. Unter Reaktionsmischung wird in der vorliegenden Anmeldung die mit Heteropolysäure-, versetzte 1,4-Butandiol enthaltende Reaktionsmischung verstanden.Of the Iron ion content of the reaction mixture should be 0 to 0.2% by weight, preferably less than 0.1% by weight, more preferably less than 0.05% by weight, be particularly preferred, the reaction mixture is free from Iron ions. The one used to reduce the iron content of the reaction mixture Method is not critical in itself. Under reaction mixture is in the present application, the heteropolyacid, staged Understood 1,4-butanediol-containing reaction mixture.
Bevorzugte Maßnahmen zur Vermeidung der schädlichen Eisenionengehalte sind die Vermeidung des Einsatzes von Eisenionen-haltigen Heteropolysäuren. Die eingesetzten Heteropolysäure sollte daher weniger als 0,5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 0,05 Gew.-% Eisenionen aufweisen.preferred activities to avoid the harmful Iron ion contents are the avoidance of the use of iron ion-containing Heteropolyacids. The heteropolyacid used should therefore be less than 0.5% by weight, preferably less than 0.1% by weight, more preferably below 0.05 wt .-% iron ions.
Weiterhin ist die Verwendung von Apparaten, insbesondere von Reaktoren und Leitungen, mit denen die Heteropolysäuren in Kontakt kommen aus Glas, Emaille oder Kunststoffe empfehlenswert. Da dies bei großtechnischen Prozessen aber oft nicht möglich oder sehr teuer ist, sind Maßnahmen notwendig, um die Einwirkung von Heteropolysäuren auf metallische, eisenhaltige Reaktorwände, Rohrleitungen, Pumpen usw. möglichst zu minimieren. Es hat sich überraschend gezeigt, dass dabei der konsequente Ausschluss von aktivem Sauerstoff von entscheidender Bedeutung ist. Unter aktivem Sauerstoff ist Sauerstoff in Form von z.B. Luft oder gelöstem Sauerstoff bzw. Peroxiden und Hydroperoxiden v.a. in Form von organischen Hydroperoxiden zu verstehen. Da sich die Einwirkung von aktivem Sauerstoff auch kumulativ auswirken kann, ist darauf zu achten, dass auch kleine Mengen, die ständig dem Reaktionssystem zugeführt werden, möglichst vermieden werden. Empfehlenswert sind bezogen auf die Laufzeit des Prozesses molare Sauerstoffmengen, bezogen auf eingesetzte Mole Heteropolysäure, von kleiner 1000, bevorzugt kleiner 100, besonders bevorzugt kleiner 50. Vorteilhaft wird die Polymerisation unter einer Inertgasatmosphäre vollzogen. Als Inertgase können z.B. Stickstoff, Kohlendioxid oder Edelgase dienen, bevorzugt ist Stickstoff. Die Inertgase sollten möglichst sauerstofffrei sein. Die 1,4-Butandiol enthaltende Reaktionsmischung wird bevorzugt vor der Umsetzung in üblicher Weise mit Stickstoff entgast.Furthermore, the use of apparatus, in particular of reactors and lines, with which the heteropolyacids come into contact from glass, enamel or plastics is recommended. Since this is often not possible or very expensive in large-scale processes, measures are necessary to minimize the effect of heteropolyacids on metallic, iron-containing reactor walls, pipelines, pumps, etc. as much as possible. It has surprisingly been found that the consistent exclusion of active oxygen is of crucial importance. By active oxygen is meant oxygen in the form of, for example, air or dissolved oxygen or peroxides and hydroperoxides, especially in the form of organic hydroperoxides. Since the effect of active oxygen can also have a cumulative effect, it must be ensured that even small quantities which are constantly fed to the reaction system are avoided as far as possible. It is recommended, based on the duration of the process molar oxygen amounts, based on moles of heteropolyacid used, of less than 1000, preferably less than 100, more preferably klei ner 50. Advantageously, the polymerization is carried out under an inert gas atmosphere. As inert gases, for example, nitrogen, carbon dioxide or noble gases can serve, preferably nitrogen. The inert gases should be as oxygen-free as possible. The reaction mixture containing 1,4-butanediol is preferably degassed with nitrogen before the reaction in the usual way.
Ist ein Aufkommen von Eisenionen nicht zu vermeiden, oder soll ein bereits schon einmal verwendeter und daher (teil)desaktivierter Katalysator wieder regeneriert werden, so ist der Einsatz von Ionentauscher in der H-Form empfehlenswert. Dabei kann die Heteropolysäure-haltige Reaktionsmischung absatzweise oder kontinuierlich zur Eisenionenentfernung über den Ionentauscher geleitet werden.is to avoid an advent of iron ions, or should one already previously used and therefore (partially) deactivated catalyst be regenerated, so is the use of ion exchangers in the H form recommended. In this case, the heteropolyacid-containing Reaction mixture intermittently or continuously for iron ion removal over the Ion exchangers are passed.
Es können alle bekannten anorganischen und organischen Ionentauscher, wie sie beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industriel Chemistry, 6th Edition, electronic release, 2000, bekannt sind, zur Entfernung der Eisenionen aus der Reaktionsmischung verwendet werden. Geeignete saure Ionenaustauschern, auch Kationentauscher genannt, sind stark saure Ionenaustauscher, die an ein organisches polymeres Grundgerüst über Benzolgruppen gebundene Sulfonsäuregruppen enthalten, und beispielsweise in Form der Handelsprodukte Amberlite® Ir 120, Amberjet® 1200 H und Duolite® C20 von der Firma Rohm & Haas, Darmstadt, Dowex® HCR von der Firma Dow Chemical, Midland, Michigan, USA, Lewatit® K2621 und Lewatit® S100 der Firma Bayer AG, Leverkusen vertreiben werden, in allen möglichen Formen, beispielsweise körnig oder als Gel. Geeignet sind auch schwach saure Ionenaustauscher, in der Regel ein Polyacrylate, die beispielsweise in Form der Handelsprodukte Amberlite® IRC 76 und Duolite® C433 von der Firma Rohm & Haas, Darmstadt vertrieben werden. Geeignet sind zudem Tonerden und Zeolithe in der H-Form.All known inorganic and organic ion exchangers, as known, for example, from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, electronic release, 2000, can be used to remove the iron ions from the reaction mixture. Suitable acidic ion exchangers, also called cation exchangers, strongly acidic ion exchanger, bonded to an organic polymeric backbone benzene groups sulfonic acid groups are contained, and, for example in the form of the commercial products Amberlite ® IR 120, Amberjet ® 1200 H and Duolite ® C20 from Rohm & Haas , Darmstadt, Dowex ® HCR from Dow Chemical, Midland, Michigan, USA, Lewatit ® K2621 and Lewatit ® S100 from Bayer AG, Leverkusen will distribute, in all possible forms, such as granular or as a gel. Also suitable are weakly acidic ion exchangers, generally polyacrylates which are sold for example in the form of commercial products Amberlite ® IRC 76 and Duolite ® C433 from Rohm & Haas, Darmstadt. Also suitable are clays and zeolites in the H form.
Die Umsetzung des 1,4-Butandiols zu THF in Gegenwart von Heteropolysäuren als Katalysator erfolgt in an sich bekannter Weise, wie sie zum Beispiel in JP-A 61-126 080 beschrieben ist. Heteropolysäuren, die erfindungsgemäß verwendet werden, sind anorganische Polysäuren, die im Gegensatz zu Isopolysäuren mindestens zwei verschiedene Zentralatome besitzen. Heteropolysäuren entstehen aus jeweils schwachen mehrbasigen Sauerstoffsäuren eines Metalles, wie Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram sowie eines Nichtmetalles, wie Arsen, Jod, Phosphor, Selen, Silizium, Bor und Tellur als partielle gemischte Anhydride. Als Beispiele seine die Dodecawolframphosphorsäure H3(PW12O40) oder die Decamolybdophosporsäure H3(PMo12O40) genannt. Die Heteropolysäuren können als zweites Zentralatom auch Aktinoide oder Lanthanoide enthalten (Z. Chemie 17 (1977), Seiten 353 bis 357 bzw. 19 (1979), 308). Die Heteropolysäuren können allgemein durch die Formel H8-n (YnM19O40) mit n = Wertigkeit des Elementes Y (z.B. Bor, Silizium, Zink) beschrieben werden (s. auch Heteropoly- und Isopoly-oxomtalates, Berlin; Springer 1983). Für das erfindungsgemäße Verfahren sind als Katalysatoren Phosphorwolframsäure, Phosphormolybdänsäure, Siliziummolybdänsäure und Siliziumwolframsäure besonders gut geeignet, Dodecawolframatophosphorsäure und Decamolybdatophosphorsäure sind bevorzugt.The reaction of 1,4-butanediol into THF in the presence of heteropolyacids as catalyst is carried out in a manner known per se, as described, for example, in JP-A 61-126 080. Heteropolyacids which are used according to the invention are inorganic polyacids which, in contrast to isopolyacids, have at least two different central atoms. Heteropoly acids are formed from weak polybasic oxygen acids of a metal such as chromium, molybdenum, vanadium and tungsten and a nonmetal such as arsenic, iodine, phosphorus, selenium, silicon, boron and tellurium as partial mixed anhydrides. Examples include the dodecatungstophosphoric acid H 3 (PW 12 O 40 ) or the decamolybdophosporic acid H 3 (PMo 12 O 40 ). The heteropolyacids may also contain actinides or lanthanides as the second central atom (Z. Chemie 17 (1977), pages 353 to 357 and 19 (1979), 308). The heteropolyacids can generally be described by the formula H 8-n (Y n M 19 O 40 ) where n is the valence of the element Y (eg boron, silicon, zinc) (see also Heteropoly- and Isopoly-oxomalates, Berlin, Springer 1983). Suitable catalysts for the process according to the invention are phosphotungstic acid, phosphomolybdic acid, silicon molybdic acid and silicotungstic acid, and dodecatungstophosphoric acid and decamolybdatophosphoric acid are preferred.
Die als Katalysatoren verwendeten Heteropolysäuren können sowohl getrocknet (1 bis 10 Mol Wasser/Mol Heteropolysäure) oder ungetrocknet (10 bis 40 Mol Wasser/Heteropolysäure) in der Cyclisierung verwendet werden. Die Menge an verwendeter Heteropolysäure beträgt bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Reaktionsgemisch.The Heteropolyacids used as catalysts can be both dried (1 to 10 moles of water / mole of heteropolyacid) or undried (10 to 40 moles of water / heteropolyacid) in the cyclization can be used. The amount of heteropolyacid used is preferred 0.05 to 1 wt .-%, based on the reaction mixture.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die eingesetzten 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktoinsmischungen nicht vor der Umsetzung zu THF an einem sauren Katalysator vorgereinigt werden müssen. 1,4-Butandiol wird bei gleichbleibender Produktivität der Heteropolysäure über lange Zeiträume zu THF cyclisiert, ohne dass nennenswerte Mengen Nebenprodukte entstehen.The inventive method has the advantage that the used 1,4-butanediol containing Reaktoinsmischungen not pre-purified on an acid catalyst prior to conversion to THF Need to become. 1,4-Butanediol is at the same productivity of heteropolyacid over long periods cyclized to THF without significant amounts of by-products.
Die Umsetzung von 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischungen zu THF wird in der Flüssigphase durchgeführt.The Reaction of 1,4-butanediol-containing reaction mixtures THF is in the liquid phase carried out.
Die bei der Umsetzung als Zulauf eingesetzten 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischungen können durch bekannte Verfahren erhalten werden.The in the reaction used as feed used 1,4-butanediol Reaction mixtures can can be obtained by known methods.
So kann beispielsweise eine 1,4-Butandiol enthaltende Reaktionsmischung eingesetzt werden, die nach dem Reppe-Verfahren aus Acetylen und Formaldehyd und anschließende Hydrierung des entstandenen 1,4-Butindiols gewonnen wird, oder durch Acetoxylierung bzw. Chlorierung von Butadien.So For example, a reaction mixture containing 1,4-butanediol are used, which according to the Reppe method of acetylene and Formaldehyde and subsequent Hydrogenation of the resulting 1,4-butynediol is obtained, or by Acetoxylation or chlorination of butadiene.
Verwendet werden kann auch der Hydrieraustrag der Hydrierung einer Verbindung ausgewählt aus Maleinsäure, Maleinsäuremonoestern, Maleinsäurediestern, Maleinsäureanhydrid und einem bei deren Hydrierung entstehenden Zwischenprodukt als Zulauf eingesetzt. Solche Zwischenprodukte sind beispielsweise Bernsteinsäureanhydrid, γ-Butyrolacton, Bernsteinsäure oder Bernsteinsäurediester. Besonders bevorzugt wird der Hydrieraustrag der Hydrierung von Butindiol bzw. Maleinsäurediestern als Zulauf bei der Umsetzung zu THF eingesetzt.The hydrogenation effluent of the hydrogenation of a compound selected from maleic acid, maleic acid monoesters, maleic diesters, maleic anhydride and an intermediate product resulting from their hydrogenation can also be used as feed. Such intermediates are, for example Succinic anhydride, γ-butyrolactone, succinic acid or succinic diester. The hydrogenation effluent from the hydrogenation of butynediol or maleic diesters is particularly preferably used as feed in the conversion to THF.
Die Hydrierung von Maleinsäurediestern kann in bekannter Weise in der Gas- oder Flüssigphase durchgeführt werden. Beispielsweise kann Maleinsäuredimethylester durch Hydrierung an einem Katalysator, z.B. Kupferchromit, unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in der Gasphase umgesetzt werden. Der gewonnene Hydrieraustrag, der als Zulauf in der erfindungsgemäßen Umsetzung eingesetzt werden kann, enthält im Allgemeinen 5 – 85 Gew.-% Butandiol und 15 – 95 Gew.-% Alkohol, bevorzugt 10 bis 70 Gew.-% Butandiol und 15 bis 70 Gew.-% Alkohol, besonders bevorzugt 15 bis 60 Gew.-% Butandiol und 15 bis 50 Gew.-% Alkohol. Daneben können Produkte wie ã-Butyrolacton oder Bernsteinsäurediester im Bereich bis z.B. 30 Gew.-%, enthalten sein. Die Gehalte an ã-Butyrolacton oder Bernsteinsäurediester sind im allgemeinen für das Verfahren unkritisch. Weiterhin kann Wasser in jedem beliebigen Gehalt vorhanden sein, sowie geringe Mengen weiterer Verbindungen. Es ist möglich, dass im Hydrieraustrag bereits THF vorliegt, wobei der THF-Gehalt für das Verfahren nicht kritisch ist und z.B. zwischen 10 und 30 Gew.-% liegen kann.The Hydrogenation of maleic diesters can be carried out in a known manner in the gas or liquid phase. For example, dimethyl maleate by hydrogenation on a catalyst, e.g. Copper chromite, under increased Pressure and elevated Temperature to be implemented in the gas phase. The recovered hydrogenation discharge, which are used as feed in the reaction according to the invention can, contains generally 5 - 85 Wt% butanediol and 15-95 % By weight of alcohol, preferably 10 to 70% by weight of butanediol and 15 to 70% by weight of alcohol, more preferably 15 to 60% by weight of butanediol and 15 to 50% by weight of alcohol. In addition, products such as ã-butyrolactone or succinic diester in the range to e.g. 30 wt .-%, be contained. The contents of ã-butyrolactone or succinic diester are generally for the process is not critical. Furthermore, water can be in any Salary be present, as well as small amounts of other compounds. It is possible, that in the hydrogenation already THF is present, the THF content for the process is not critical and e.g. between 10 and 30 wt .-% may be.
Anstelle des gesamten Hydrieraustrags kann auch nur ein Teilstrom des Hydrieraustrags der Umsetzung zu THF zugeführt werden. Das Reaktionsprodukt der Umsetzung zu THF kann denselben Aufarbeitungskolonnen zugeführt werden wie der nicht weiter umgesetzte Teilstrom des Hydrieraustrags, da beide ähnliche Verunreinigungen und Nebenprodukte aufweisen. So brauchen nicht für vergleichbare Trennaufgaben unterschiedliche Apparaturen betrieben zu werden.Instead of the entire hydrogenation can also only a partial stream of the hydrogenation fed to the conversion to THF become. The reaction product of the reaction to THF may be the same Refill towers supplied be like the unreacted substream of the hydrogenation, because both have similar impurities and by-products. So do not need for comparable separation tasks to be operated different equipment.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von THF können der Reaktionsmischung Alkohole zugefügt werden. Im Allgemeinen werden aliphatische Alkohole, die bevorzugt einwertig sind, eingesetzt. Besonders bevorzugt sind einwertige aliphatische Alkohole mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, davon sind Methanol, Ethanol, iso- und n- Propanol und n-Butanol ganz besonders bevorzugt.In the method according to the invention for the production of THF the reaction mixture alcohols are added. In general will be aliphatic alcohols, which are preferably monovalent used. Especially preferred are monohydric aliphatic alcohols having 1 to 7 carbon atoms, of these are methanol, ethanol, iso- and n-propanol and n-butanol very particularly preferred.
Die Umsetzung erfolgt bei 50 bis 300°C, bevorzugt bei 65 bis 270°C, besonders bevorzugt bei 65 bis 240°C. Sie wird in einem Druckbereich (Absolutdruck) von 0,5 bis 80 bar, bevorzugt 0,8 bis 60 bar, besonders bevorzugt 1 bis 40 bar durchgeführt. Die Umsetzung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Die kontinuierliche Fahrweise ist bevorzugt.The Reaction takes place at 50 to 300 ° C, preferably at 65 to 270 ° C, more preferably at 65 to 240 ° C. It is in a print area (Absolute pressure) of 0.5 to 80 bar, preferably 0.8 to 60 bar, more preferably 1 to 40 bar performed. The reaction can be carried out continuously or batchwise. The continuous driving is preferred.
In Abhängigkeit von den gewählten Temperatur- und Druckbedingungen können das gebildete THF und Wasser sowie gegebenenfalls der zugefügte Alkohol von der flüssigen in die gasförmige Phase übergehen oder in der flüssigen Phase verbleiben. Bei niedrigen Reaktionsdrucken wird der Produktstrom den Reaktor gasförmig verlassen. Dies ist die bevorzugte Ausführungsform.In dependence from the chosen ones Temperature and pressure conditions can be the formed THF and Water and optionally the added alcohol from the liquid in the gaseous Phase over or in the liquid Phase remain. At low reaction pressures, the product stream becomes the reactor gaseous leave. This is the preferred embodiment.
Die Zulaufmenge beträgt pro kg Katalysator im Allgemeinen 1000 kg/h, bevorzugt 500 kg/h, besonders bevorzugt 300 kg/h.The Inflow amount is in general 1000 kg / h per kg of catalyst, preferably 500 kg / h, more preferably 300 kg / h.
Der Umsatz des in der Reaktionsmischung vorhandenen 1,4-Butandiols zu THF beträgt im Allgemeinen 99 bis 100 %. Somit entspricht der Austrag nach der Umsetzung von 1,4-Butandiol zu THF (Cyclisierungsaustrag) im Wesentlichen seiner Zulaufzusammensetzung, mit dem Unterschied, dass das im Zulauf enthaltene 1,4-Butandiol zu THF und Wasser umgesetzt wurde. Der Cyclisierungsaustrag enthält im Allgemeinen THF, Reaktionswasser und gegebenenfalls Alkohol. Daneben können z.B. γ-Butyrolacton und Bernsteinsäureester enthalten sein. Sie werden bei der Reaktion nicht beeinflusst.Of the Sales of the present in the reaction mixture 1,4-butanediol THF is generally 99 to 100%. Thus, the discharge corresponds to the Reaction of 1,4-butanediol to THF (Cyclisierungsaustrag) substantially its feed composition, with the difference that in the feed contained 1,4-butanediol was converted to THF and water. Of the Contains Cyclisierungsaustrag generally THF, water of reaction and optionally alcohol. In addition, you can e.g. γ-butyrolactone and Contain succinic acid ester be. They are not affected by the reaction.
Anhand der Zusammensetzung des Cyclisierungsaustrags wird deutlich, dass bei der Umsetzung von 1,4-Butandiol enthaltenden Reaktionsmischungen zu THF an Heteropolysäure, gegebenenfalls in Gegenwart weiterer Alkohole keine nennenswerte Bildung von Nebenprodukten, wie von Ethern durch intermolekulare Reaktion oder Olefine, auftritt.Based The composition of the Cyclisierungsaustrags it becomes clear that in the reaction of 1,4-butanediol-containing reaction mixtures to THF to heteropolyacid, optionally not significant in the presence of other alcohols Formation of by-products, such as intermolecular ethers Reaction or olefins occurs.
Der Cyclisierungsaustrag kann mit dem Fachmann bekannten Methoden destillativ aufgearbeitet werden. EP-B 0 485 484 beschreibt verschiedene Verfahren zur Gewinnung von THF aus Mischungen, die THF, einen oder mehrere niedrigsiedende Alkoho le und Wasser enthalten. So kann die Gewinnung beispielsweise durch extraktive Destillation unter Zugabe einer weiteren Komponente wie 1,4-Butandiol, Wasser, Ethylenglykol und anderen erfolgen. EP-B 0 485 484 beschreibt weiterhin ein Verfahren zur Gewinnung von THF aus den erwähnten Mischungen, das zwei aufeinanderfolgende Destillationen, wobei die erste bei niedrigerem Druck als die zweite durchgeführt wird, und eine zwischen den Destillationen durchgeführte Kondensation umfasst. Das aus der zweiten Destillation gewonnene, an Nebenprodukten angereicherte Gemisch wird mit dem Strom der ersten Destillation wiederum kondensiert, und das in der zweiten Destillation gewonnene reine THF wird abgetrennt.The Cyclisierungsaustrag can be worked up by distillation methods known in the art. EP-B 0 485 484 describes various processes for recovering THF from mixtures containing THF, one or more low-boiling alcohols and water. Thus, the extraction can be carried out for example by extractive distillation with the addition of another component such as 1,4-butanediol, water, ethylene glycol and others. EP-B 0 485 484 further describes a process for recovering THF from said mixtures comprising two consecutive distillations, the first being conducted at a lower pressure than the second, and a condensation carried out between the distillations. The by-product enriched mixture obtained from the second distillation is mixed with the stream the first distillation condenses again, and the recovered in the second distillation pure THF is separated.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Umsetzung in einem Rohrreaktor mit aufgesetzter Kolonne durchgeführt. Der Reaktor kann dabei z.B. ein Rühr- oder Schlaufenreaktor, oder der Sumpf einer Kolonne sein.In a preferred embodiment becomes the reaction of the invention carried out in a tubular reactor with attached column. Of the Reactor may e.g. a stirring or loop reactor, or the bottom of a column.
THF ist ein wichtiges Lösungsmittel für viele Hochpolymere und dient des Weiteren zur Herstellung von Polytetramethylenglykol, das ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Polyurethanen und Spandexfasern ist.THF is an important solvent for many High polymers and furthermore serves for the production of polytetramethylene glycol, an intermediate in the production of polyurethanes and Spandex fibers is.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung zusätzlich.The explain the following examples the invention additionally.
Beispielexample
Als Butandiol wird solches verwendet, das in an sich bekannter Weise nach Reppe aus Acetylen, Formaldehyd und Wasserstoff hergestellt wurde.When Butanediol is used such, in a conventional manner after Reppe made from acetylene, formaldehyde and hydrogen has been.
Bestimmung Eisenionengehalt durch Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)Determination of iron ion content by atomic absorption spectrometry (AAS)
0,2 bis 0,3 g der Probe der Reaktionsmischung werden in 10 ml Propanol-2 gelöst. Diese Probenlösung wird mit weiterem Propanol-2 im Verhältnis 1:10 sowie 1:20 verdünnt.0.2 to 0.3 g of the sample of the reaction mixture are dissolved in 10 ml of 2-propanol solved. This sample solution is diluted with further propanol-2 in the ratio 1:10 and 1:20.
Die Messung dieser zwei Lösungen erfolgt per Atomabsorption, Graphitrohrtechnik mit Zeeman-Untergrundkompensation nach dem Verfahren der Standard-Addition.The Measurement of these two solutions carried out by atomic absorption, graphite tube technology with Zeeman background compensation according to the procedure of standard addition.
Messgerät:gauge:
- AAS-Spektrometer, z.B. Fa. Varian Typ „SpectraAA 880"AAS spectrometers, e.g. Fa. Varian type "SpectraAA 880"
Messbedingungen:
Bestimmung SauerstoffgehaltDetermination of oxygen content
Durchführung:Execution:
Der Anteil des gelösten Sauerstoffs in Flüssigkeiten wurde durch Ausstrippen mit einem Inertgas und anschließender Detektion mit Hilfe einer elektrochemischen Messzelle bestimmt.Of the Proportion of the dissolved Oxygen in liquids was by stripping with an inert gas and subsequent detection determined by means of an electrochemical measuring cell.
In einer Messvorrichtung (kleines Glasgefäß mit Einleitungsrohr, das in einer Glasfritte endet)) wurde eine mit der zu analysierenden Substanz gut mischbare, nicht reagierende Flüssigkeit vorgelegt. Dabei kann es sich auch um eine Teilmenge der zu analysierenden Probe handeln. Durch die Messzelle und die vorgelegte Flüssigkeit wurde dann so lange das Strippgas (N2) geleitet, bis die Messvorrichtung sauerstofffrei war. Dies kann an der Anzeige der Sauerstoffzelle kontrolliert werden. In die Vorlage wurde dann durch ein Septum ein Aliquot der Probe mit Hilfe einer Spritze dosiert und der Messvorgang gestartet. Die optimale Durchmischung der beiden Flüssigkeiten ist dabei durch das durchperlende Strippgas gewährleistet. Das Ende des Messvorgangs war erreicht, wenn das Signal der Sauerstoff-Messzelle wieder das gleiche Niveau wie vor der Probenzugabe erreicht hat. Das Messsignal der Sauerstoffzelle wurde mit Hilfe eines Labordatensystems aufgezeichnet und ausgewertet.In a measuring device (small glass vessel with inlet tube, the in a glass frit ends)) was one with the to be analyzed Substance readily miscible, unreacted liquid submitted. It can also be a subset of the sample to be analyzed. Through the measuring cell and the liquid submitted then became so long the stripping gas (N2) passed until the measuring device oxygen-free was. This can be controlled by the indication of the oxygen cell. An aliquot of the sample was then inserted into the template through a septum metered with the help of a syringe and the measuring process started. The optimal mixing of the two liquids is through ensures the bubbling stripping gas. The end of the measuring process was reached when the signal of the oxygen measuring cell again reached the same level as before the sample addition. The measuring signal of the oxygen cell was determined by means of a laboratory data system recorded and evaluated.
Kalibrierung:Calibration:
Zur Kalibrierung der Messanordnung wurde in die Messzelle mit der Flüssigkeitsvorlage mit Hilfe einer gasdichten Spritze eine definierte Menge eines Kalibriergases mit bekanntem Sauerstoffgehalt dosiert und das erhaltene Messsignal mit Hilfe des Labordatensystems ausgewertet.to Calibration of the measuring arrangement was in the measuring cell with the liquid template using a gas-tight syringe a defined amount of a calibration gas dosed with known oxygen content and the measurement signal obtained evaluated with the help of the laboratory data system.
Geräte:Equipment:
- Messvorrichtung mit Septum und Einleitungsrohr mit FritteMeasuring device with septum and inlet tube with frit
- StrippgasversorgungStrippgasversorgung
- elektrochemische Sauerstoff-Messzelle (,Herschzelle', z.B. Fa. TELEDYNE, Typ B 1)Electrochemical oxygen measuring cell ('Hersch cell', for example from TELEDYNE, Type B 1)
- LabordatensystemLaboratory data system
- Kalibriergas mit bekanntem Sauerstoffanteil in InertgasCalibration gas with known oxygen content in inert gas
- FlüssigdosierspritzenFlüssigdosierspritzen
- gasdichte Spritze (für Kalibiergas)gas-tight syringe (for Kalibiergas)
Cyclisierung zu THFCyclization to THF
VergleichsbeispielComparative example
Ein 5 l Reaktor aus hochlegiertem nicht rostendem Edelstahl, beispielsweise mit 18 Chrom, wie zum Beispiel X6CrNiTi18-20 mit 0,06 % Kohlenstoff, 18 % Chrom, 10 Nickel und maximal 48 % Titan und Rest Eisen, mit Rührer und aufgesetzter Kolonne wurde zur Hälfte mit 1,4-Butandiol gefüllt und 1 g handelsübliche Wolframatophosphorsäure wurde zugegeben. Das Gemisch wurde auf 175 bis 180°C aufgeheizt. Abdestilliertes Gemisch aus THF und Wasser wurde kontinuierlich durch frisches Butandiol (0,5 kg/h) ersetzt. Nach 100 h Betriebsstunden war die Produktivität um 0,1 kg/h abgefallen, nach 200 h insgesamt um 0,2 kg/h. Es wurde sodann abgekühlt und der Reaktor zur Probenahme geöffnet. Die Reaktionslösung wies eine leicht braune Färbung auf.A 5 l reactor of high-alloy stainless steel, for example with 18 chromium, such as X 6 CrNiTi18-20 with 0.06% carbon, 18% chromium, 10 nickel and a maximum of 48% titanium and iron, with stirrer and attached column was half filled with 1,4-butanediol and 1 g of commercial tungstophosphoric acid was added. The mixture was heated to 175-180 ° C. Distilled mixture of THF and water was continuously replaced with fresh butanediol (0.5 kg / h). After 100 hours of operation, the productivity had fallen by 0.1 kg / h, after 200 h in total by 0.2 kg / h. It was then cooled and the reactor opened for sampling. The reaction solution had a light brown color.
Anschließend wurde unter den letzten Bedingungen erneut angefahren. Es zeigte sich, dass die Produktivität nach weiteren 3 h bereits um weitere 0,1 kg/h gefallen war. Die Reaktion wurde abgebrochen und das Reaktionsgemisch wurde analysiert. Es fanden sich, bezogen auf die eingesetzte Heteropolysäure, 0,2 Gew.-% Eisenionen (nachgewiesen als Eisen) im Reaktionsgemisch. Die Reaktionsmischung war stark braun gefärbt und enthielt braune Feststoffpartikel.Subsequently was restarted under the last conditions. It was found, that productivity after another 3 h already by another 0.1 kg / h had fallen. The Reaction was stopped and the reaction mixture was analyzed. 0.2% by weight were found, based on the heteropolyacid used Iron ions (detected as iron) in the reaction mixture. The reaction mixture was strongly brown colored and contained brown solid particles.
Beispielexample
Oben beschriebenes Beispiel wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass das eingesetzte Butandiol zuvor mit reinem Stickstoff entgast, die Versuchsapparatur vor und während der Reaktion mit reinem Stickstoff gespült und inertisiert und beim Öffnen des Reaktors nach 200 h durch Stickstoffüberlagerung Luftzutritt ausgeschlossen wurde. Nach diesen insgesamt 203 Versuchsstunden betrug die Produktivitätsabnahme nur 0,05 kg/h. Die Eisenanalyse des Reaktionsgemisches ergab nur 0,02 Gew.-% Eisen. Neben einer leichten Braunfärbung des Reaktionsgemisches, waren keine unlöslichen Bestandteile zu sehen.Above Example described was repeated, with the difference that the butanediol previously degassed with pure nitrogen, the Experimental apparatus before and during The reaction is purged with pure nitrogen and rendered inert and when opening the Reactor after 200 h by nitrogen blanketing air access excluded has been. After these total of 203 hours of testing, the productivity decrease was only 0.05 kg / h. The iron analysis of the reaction mixture revealed only 0.02% by weight of iron. In addition to a slight browning of the reaction mixture, were not insoluble To see ingredients.
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