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DE19608660A1 - Process for the preparation of epsilon-caprolactam - Google Patents

Process for the preparation of epsilon-caprolactam

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Publication number
DE19608660A1
DE19608660A1 DE19608660A DE19608660A DE19608660A1 DE 19608660 A1 DE19608660 A1 DE 19608660A1 DE 19608660 A DE19608660 A DE 19608660A DE 19608660 A DE19608660 A DE 19608660A DE 19608660 A1 DE19608660 A1 DE 19608660A1
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DE
Germany
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mfi
zeolites
catalyst
catalysts
zeolite
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.)
Withdrawn
Application number
DE19608660A
Other languages
German (de)
Inventor
Joerg Roeseler
Wolfgang Prof Dr Hoelderich
Dietrich Dr Arntz
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.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Degussa GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Degussa GmbH filed Critical Degussa GmbH
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Priority to JP11176396A priority patent/JP3827765B2/en
Priority to BE9600389A priority patent/BE1009465A3/en
Priority to US08/647,438 priority patent/US5741904A/en
Publication of DE19608660A1 publication Critical patent/DE19608660A1/en
Priority to US08/970,436 priority patent/US6071844A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D201/00Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
    • C07D201/02Preparation of lactams
    • C07D201/04Preparation of lactams from or via oximes by Beckmann rearrangement

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Prodn. of iota -caprolactam (I) comprises Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime (II) in the gas phase at 250-450 deg C on catalysts (III) consisting of MFI-zeolites with surface OH gps. in a symmetrical orientation towards one another due to the absence of central metal atoms. Also claimed are (i) a process for the prodn. of (III); and (ii) a process for regenerating (III) by treatment with pure nitrogen at 400-650 deg C.

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von ε-Caprolactam aus Cyclohexanonoxim in der Gasphase unter Verwendung von MFI-Katalysatoren, auf deren Oberfläche sich symmetrisch angeordnete OH-Gruppen befinden.The invention relates to an improved method for Preparation of ε-caprolactam from cyclohexanone oxime in the Gas phase using MFI catalysts, on whose Surface symmetrically arranged OH groups are located.

Als Ausgangspunkt für die Nylon-6-Synthese ist ε-Caprolactam von hoher wirtschaftlicher Bedeutung. Im heutzutage überwiegend genutzten klassischen Herstellungs­ verfahren wird Cyclohexanonoxim an rauchender Schwefelsäure durch die Beckmannsche Umlagerung zu ε-Caprolactam umgesetzt. Nachteilig an diesem Verfahren ist der zur Neutralisation der Schwefelsäure notwendige Einsatz von Ammoniak, der mit einem Ammoniumsulfatanfall von bis zu 4,5 t pro t Caprolactam verbunden ist. Um dieses unerwünschte Nebenprodukt zu vermeiden, werden seit Mitte der sechziger Jahre Anstrengungen unternommen, die Reaktion heterogen­ katalytisch durchzuführen.As a starting point for the nylon 6 synthesis is ε-caprolactam of high economic importance. in the Nowadays mostly used classical manufacturing Cyclohexanone oxime is carried out on fuming sulfuric acid by Beckmann rearrangement to ε-caprolactam implemented. A disadvantage of this method is the Neutralization of sulfuric acid necessary use of Ammonia, with an ammonium sulfate attack of up to 4.5 t per t caprolactam is connected. To this undesirable Byproducts have been avoided since the mid-sixties Years of effort, the reaction heterogeneous to carry out catalytically.

Es ist bekannt, daß ε-Caprolactam aus Cyclohexanonoxim in der Gasphase an festen Katalysatoren zum Beispiel an Zeolithen mit MFI-Struktur hergestellt werden kann.It is known that ε-caprolactam from cyclohexanone oxime in the gas phase on solid catalysts, for example Zeolites with MFI structure can be produced.

X- und Y-Zeolithe und Mordenite in der H-Form oder dotiert mit seltenen Erdmetallen bzw. Übergangsmetallen desaktivieren äußerst schnell. An diesen Katalysatoren werden verstärkt 5-Cyanopent-1-en, Cyclohexanon und Cyclo­ hexanol als Nebenprodukte gebildet. Als Prozeßparameter wurden Temperaturen unter 400°C atmosphärischem Druck vorgeschlagen. Weiterhin sollen nichtpolare Lösungsmittel wie Cyclohexan, Benzol oder Toluol vorteilhafter sein als mehr polare Lösungsmittel. X and Y zeolites and mordenites in the H form or doped with rare earth metals or transition metals deactivate extremely fast. On these catalysts 5-cyanopent-1-ene, cyclohexanone and cyclo are reinforced hexanol formed as by-products. As a process parameter Temperatures below 400 ° C were atmospheric pressure proposed. Furthermore, non-polar solvents should be used such as cyclohexane, benzene or toluene be more advantageous than more polar solvents.  

Die partielle Blockierung der sauren Zentren des HY-Zeolithen mit Na führte nicht zu einer Verbesserung der Ergebnisse [M. Burquet et al., An. Quim. Ser. A 81 (1985) 259; A. Aucejo et al., Appl. Catal, 22 (1986) 187 und A. Corma et al. Zeolites 11 (1991) 593]. Vielmehr stellen die Autoren fest, daß für die Beckmann-Umlagerung stark saure Brönsted azide Zentren mit pKa 1,5 notwendig sind und daß das selektivitätsreduzierende Nebenprodukt 5-Cyano­ pent-1-en sowohl an den sauren Zentren als auch an den Na⁺- Ionen gebildet wird. Weiterhin vermuten die Autoren, daß die Desaktivierung des Zeolithkatalysators durch basische Nebenprodukte wie Anilin und Methylpyridin erfolgt und nicht durch Coke-Bildung auf der Katalysatoroberfläche, da nach der Reaktion die Farbe des Katalysators noch nahezu weiß ist.The partial blockage of the acidic centers of the HY zeolites with Na did not improve the Results [M. Burquet et al., An. Quim. Ser. A 81 (1985) 259; A. Aucejo et al., Appl. Catal, 22 (1986) 187 and A. Corma et al. Zeolites 11 (1991) 593]. Rather, ask the authors noted that strong for the Beckmann rearrangement acid brönsted acidic centers with pKa 1.5 are necessary and that the selectivity-reducing by-product is 5-cyano pent-1-ene both at the acidic sites and at the Na + Ions is formed. Furthermore, the authors suspect that the deactivation of the zeolite catalyst by basic By-products such as aniline and methylpyridine take place and not by coke formation on the catalyst surface, since after the reaction, the color of the catalyst is still nearly is white.

Um die Nachteile der schnellen Alterung der X- und Y-Zeolithkatalysatoren zu vermeiden, wurden Pentasil­ zeolithe (MFI-Struktur) extensiv untersucht.To the disadvantages of rapid aging of the X and To avoid Y zeolite catalysts were pentasil zeolites (MFI structure).

In den Patenten EP 0 494 535 und EP 0 544 530 werden ebenfalls Zeolithe mit MFI-Struktur als günstig angesehen. Es wird hier jedoch ein hohes Si/M-Verhältnis von 5 bis über 500 gefordert, wobei das Metall für Al, B, Ga unter anderem stehen kann. Als Zusatzkomponenten bzw. Lösungs­ mittel werden Alkohole und Ether sowie Wasser genannt. Der maximale Wasserzusatz liegt bei 0,06-2,5 Mol pro Mol Oxim.In the patents EP 0 494 535 and EP 0 544 530 are also considered zeolites with MFI structure as favorable. However, here it becomes a high Si / M ratio of 5 to above 500, with the metal for Al, B, Ga under other things can stand. As additional components or solutions Medium is called alcohols and ethers and water. The maximum water addition is 0.06-2.5 moles per mole Oxime.

Die Versuche zur Standzeitverbesserung des Katalysators gingen auch in die Richtung, daß man die äußere Oberfläche eines Bor-MFI-Zeolithen mit Na-Ionen bedeckt, um so die Azidität auf der äußeren Oberfläche zu neutralisieren [EP 0 086 543 (7.5.1986) Stamicarbon]. Eine Mischung aus Cyclohexanonoxim, Toluol, Kohlendioxid und Wasser im molaren Verhältnis 1 : 3 : 7 : 1 bei 340°C wird das Cyclo­ hexanonoxim an diesem Katalysator quantitativ umgesetzt. Die Selektivität für ε-Caprolactam wird mit 58% angegeben. The attempts to improve the service life of the catalyst also went in the direction that one the outer surface a boron MFI zeolite covered with Na ions, so the To neutralize acidity on the outer surface [EP 0 086 543 (7.5.1986) Stamicarbon]. A mix of Cyclohexanone oxime, toluene, carbon dioxide and water in molar ratio 1: 3: 7: 1 at 340 ° C, the cyclo Hexanonoxim reacted quantitatively on this catalyst. The selectivity for ε-caprolactam is given as 58%.  

Die Standzeit des mit Na-Ionen behandelten Katalysators liegt bei 15 Stunden und ist mehr als 3 mal so lang als beim unbehandelten Bor-MFI-Zeolithen. Auch an diesem Katalysator wird stark das Nebenprodukt 5-Cyanopent-1-en gebildet und stellt somit kein befriedigendes Ergebnis dar.The lifetime of the Na-ion treated catalyst is 15 hours and is more than 3 times as long as on untreated boron MFI zeolite. Also on this Catalyst becomes strong byproduct 5-cyanopent-1-ene formed and thus does not represent a satisfactory result.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung von ε-Caprolactam durch die Beckmann-Umlagerung in der Gasphase mit Hilfe von modifizierten Zeolithen des MFI-Typs als Katalysatoren zu verbessern.The object of the invention is the process for the preparation of ε-caprolactam by the Beckmann rearrangement in the Gas phase using modified zeolites of the MFI type as catalysts to improve.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ε-Caprolactam durch Beckmann-Umlagerung von Cyclohexa­ nonoxim in der Gasphase im Temperaturbereich von 250 bis 450°C an Zeolithkatalysatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man MFI-Zeolithe einsetzt, die an der Oberfläche aufgrund des Fehlens von zentralen Metallatomen wie Si, Al und B OH-Gruppen aufweisen, die symmetrisch zueinander angeordnet sind.The invention relates to a process for the preparation of ε-caprolactam by Beckmann rearrangement of cyclohexa Nonoxime in the gas phase in the temperature range from 250 to 450 ° C of zeolite catalysts characterized is that one uses MFI zeolites, which at the surface due to the absence of central metal atoms such as Si, Al and B have OH groups that are symmetrical to each other are arranged.

Kristalline Silikate mit MFI-Struktur sind seit langem aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können einerseits nur aus SiO₄-Tetraedern aufgebaut sein, auf der anderen Seite sind jedoch in der Mehrzahl Aluminosilikate dazu zu zählen oder auch Silikate, bei denen andere Metallatome anstelle des Aluminiums in das Gittergerüst eingebaut vorliegen.Crystalline silicates with MFI structure are long gone known in the art. On the one hand you can only be constructed of SiO₄ tetrahedra, on the other side However, in the majority of aluminosilicates to count or silicates in which other metal atoms instead of the aluminum present in the lattice framework.

Die erste Synthese eines Aluminosilikates mit MFI-Struktur ist im US-Patent 3,702,886 veröffentlicht, wobei dort die Bezeichnung "Zeolite ZSM-5" gewählt wurde. Er wurde zur Kennzeichnung als Pentasilzeolith eingeordnet. Die Einsatz­ gebiete liegen in den Bereichen der Katalyse, der Molekularsiebe oder als Trocknungsmittel. Die Zusammen­ setzung dieser Zeolithklasse läßt sich wie folgt beschreiben:The first synthesis of an aluminosilicate with MFI structure is published in US Patent 3,702,886, where there the Designation "Zeolite ZSM-5" was selected. He became the Labeling classified as pentasil zeolite. The use areas are in the field of catalysis, the Molecular sieves or as a drying agent. The together Substitution of this zeolite class can be as follows describe:

0,9 ± 0,2 M2/nO : Al₂O₃ : 5 - 100 SiO₂ : zH₂O0.9 ± 0.2 M 2 / n O: Al₂O₃: 5 - 100 SiO₂: zH₂O

worin M ein Kation darstellt, n die Ladung dieses Kations und z eine Zahl zwischen 0 und 40. Die Herstellung dieses Katalysatortyps erfolgt in einer Hydrothermalsynthese. Dazu wird in der Regel eine Siliziumquelle mit einer Aluminium­ quelle unter Anwesenheit von Wasser und des Templates Tetrapropylammoniumhydroxid gelöst und in einem Autoklaven unter Rühren oder statischen Bedingungen zur Kristallisation gebracht.where M is a cation, n is the charge of this cation and z is a number between 0 and 40. The making of this Type of catalyst is carried out in a hydrothermal synthesis. To It is usually a silicon source with an aluminum source in the presence of water and the template Tetrapropylammonium hydroxide dissolved and in an autoclave under stirring or static conditions Crystallization brought.

Geeignete Synthesebedingungen bewirken eine isomorphe Substitution von Aluminium oder Silizium. Derartige gerüst­ substituierte Zeolithe mit MFI-Struktur enthalten zum Beispiel drei- und zweiwertige Elemente, wie zum Beispiel B, Ga, Fe, Cr, Be, As, Sb und Bi anstelle des Aluminiums oder vierwertige Elemente, wie zum Beispiel Ge, Ti, Zr, Hf anstelle des Siliziums.Suitable synthesis conditions cause an isomorphic Substitution of aluminum or silicon. Such scaffolding substituted zeolites with MFI structure for Example trivalent and divalent elements, such as B, Ga, Fe, Cr, Be, As, Sb and Bi in place of the aluminum or tetravalent elements such as Ge, Ti, Zr, Hf instead of silicon.

Die katalytischen Eigenschaften erhält dieses Material im allgemeinen durch Austausch der Natrium-Ionen durch zum Beispiel Protonen oder Metallkationen.The catalytic properties of this material in the in general by exchanging the sodium ions for Example protons or metal cations.

Eine besondere Ausführungsform der Zeolithherstellung besteht in einer alkalifreien Synthese. Der Aluminosilikat­ zeolith kann zum Beispiel aus einer Aluminiumverbindung, vorzugsweise Al(OH)₃ oder Al₂(SO₄)₃, und einer Silizium­ komponente, vorzugsweise hochdispersem Siliziumdioxid in wäßriger Aminlösung, insbesondere 1,6-Hexandiamin- oder 1,3-Propandiamin- oder Triethylentriamin-Lösung mit und ohne Alkali- oder Erdalkalizusatz bei 100 bis 200°C unter autogenem Druck hergestellt werden. Die so erhaltenen Aluminosilikate enthalten je nach Wahl der Einsatzstoff­ mengen ein SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis von 10 bis 40000. Derartige Herstellungen sind beschrieben zum Beispiel in EP 0 007 081. Die Aluminosilikatzeolithe lassen sich auch in etherischem Medium wie zum Beispiel Diethylenglykol­ dimethylether beziehungsweise 1,4-Butandiol oder in Wasser herstellen. A particular embodiment of zeolite production consists of an alkali-free synthesis. The aluminosilicate zeolite can be made, for example, from an aluminum compound, preferably Al (OH) ₃ or Al₂ (SO₄) ₃, and a silicon component, preferably fumed silica in aqueous amine solution, in particular 1,6-hexanediamine or 1,3-propanediamine or triethylenetriamine solution with and without alkali or Erdalkalizusatz at 100 to 200 ° C below autogenous pressure. The thus obtained Aluminosilicates contain depending on the choice of the starting material Amounts a SiO₂ / Al₂O₃ ratio of 10 to 40,000. Such preparations are described for example in EP 0 007 081. The aluminosilicate zeolites can also be obtained in ethereal medium such as diethylene glycol dimethyl ether or 1,4-butanediol or in water produce.  

Der Borosilikatzeolith kann zum Beispiel bei 90 bis 200°C unter autogenem Druck synthetisiert werden, indem man eine Borverbindung, zum Beispiel H₃BO₃, mit einer Silizium­ verbindung, vorzugsweise hochdispersem Siliziumdioxid, in wäßriger Aminlösung, insbesondere in 1,6-Hexandiamin- oder 1,3-Propandiamin- oder Triethylentetramin-Lösung mit und insbesondere ohne Alkali- oder Erdalkalizusatz zur Reaktion bringt. Dies ist beschrieben zum Beispiel in EP 0 007 081. Man kann bei dieser Reaktion anstelle einer wäßrigen Amin­ lösung eine etherische Lösung, zum Beispiel mit Diethylen­ glykoldimethylether, oder eine alkoholische Lösung, zum Beispiel mit 1,6-Hexandiol, als Lösungsmittel verwenden.The borosilicate zeolite may be, for example, at 90 to 200 ° C be synthesized under autogenous pressure by adding a Boron compound, for example H₃BO₃, with a silicon compound, preferably fumed silica, in aqueous amine solution, especially in 1,6-hexanediamine or 1,3-propanediamine or triethylenetetramine solution with and in particular without alkali or alkaline earth metal addition to the reaction brings. This is described, for example, in EP 0 007 081. You can in this reaction instead of an aqueous amine Solution an ethereal solution, for example with diethylene glycol dimethyl ether, or an alcoholic solution, for Example with 1,6-hexanediol, use as solvent.

Den Eisensilikatzeolith erhält man zum Beispiel aus einer Eisenverbindung, vorzugsweise Fe₂(SO₄)₃ und einer Silizium­ verbindung, vorzugsweise auch hochdispersem Siliziumdioxid, in wäßriger Aminlösung, insbesondere 1,6-Hexandiamin, mit und ohne Alkali- oder Erdalkalizusatz bei 100 bis 200°C unter autogenem Druck, wie zum Beispiel in EP 0 007 081 beschrieben.The iron silicate zeolite is obtained for example from a Iron compound, preferably Fe₂ (SO₄) ₃ and a silicon compound, preferably also fumed silica, in aqueous amine solution, in particular 1,6-hexanediamine, with and without alkali or alkaline earth at 100 to 200 ° C. under autogenous pressure, as for example in EP 0 007 081 described.

Besonders bevorzugt sind Alumino-, Boro- und Eisensilikat­ zeolithe des Pentasiltyps, sowie die in DE-OS 30 06 471, EP 0 034 727 und EP 0 046 504 beschriebenen isotaktischen Zeolithe.Particularly preferred are alumino-, boro- and iron silicate zeolites of the pentasil type, as well as those described in DE-OS 30 06 471, EP 0 034 727 and EP 0 046 504 are isotactic Zeolites.

Die so hergestellten Molekularsiebe können nach ihrer Isolierung, Trocknung bei 100 bis 160°C, vorzugsweise 110°C, und Calzinierung bei 450 bis 600°C, vorzugsweise 550°C, mit einem Bindemittel im Verhältnis 90 : 10 bis 40 : 60 Gew.-% zu Strängen oder Tabletten verformt werden. Als Bindemittel eignen sich diverse Aluminiumoxide, bevorzugt Boehmit, amorphe Aluminiumsilikate mit einem SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis von 25 : 75 bis 95 : 5, bevorzugt 75 : 25, Siliziumdioxid, bevorzugt hochdisperses SiO₂, Gemische aus hochdispersem SiO₂ und hochdispersem Al₂O₃, hochdisperses TiO₂ sowie Ton. Nach der Verformung werden die Extrudate oder Presslinge bei 110°C/16 h getrocknet und bei 550°C/6 h calciniert.The molecular sieves thus produced can according to their Isolation, drying at 100 to 160 ° C, preferably 110 ° C, and calcination at 450 to 600 ° C, preferably 550 ° C, with a binder in the ratio 90: 10 to 40: 60 wt .-% to strands or tablets are deformed. Suitable binders are various aluminas, preferably boehmite, amorphous aluminum silicates with a SiO₂ / Al₂O₃ ratio of 25: 75 to 95: 5, preferably 75: 25, silica, preferably fumed SiO₂, Mixtures of highly dispersed SiO₂ and highly dispersed Al₂O₃, highly dispersed TiO₂ and clay. After deformation will be  the extrudates or pellets dried at 110 ° C / 16 h and calcined at 550 ° C / 6 h.

Besonders vorteilhaft lassen sich solche Katalysatoren dadurch herstellen, daß man das isolierte Molekularsieb direkt nach der Trocknung verformt und erstmals nach der Verformung einer Calcinierung unterwirft. Die Molekular­ siebe können aber auch in reiner Form, ohne Binder, als Stränge oder Tabletten eingesetzt werden. Diese Verformung erfolgt unter Zusatz von Verstrangungs- oder Peptisierungs­ mitteln, wie zum Beispiel Methylcellulose, Hexaethyl­ cellulose, Oxalsäure, Salpetersäure, Ammoniak, Amin, Silikoester, Graphit oder deren Gemische. Aus dem zu Strängen verformten Zeolithen kann man durch Mahlen und Sieben die gewünschte Katalysatorpartikelgröße erhalten. Für den Einsatz in Wirbelbetten eignen sich Teilchengrößen zwischen 0,1 und 0,6 mm, in Festbetten werden Teilchen­ größen zwischen 1 bis 5 mm verwendet, in Flüssigphasen- Batchreaktoren werden bevorzugt Pulver eingesetzt.Particularly advantageous such catalysts by preparing the isolated molecular sieve deformed immediately after drying and first after the Deformation of a calcination subjects. The molecular but sieves can also be used in pure form, without binders, as Strands or tablets are used. This deformation occurs with the addition of distension or peptization such as methyl cellulose, hexaethyl cellulose, oxalic acid, nitric acid, ammonia, amine, Silicoester, graphite or mixtures thereof. Out of that too Strands of deformed zeolites can be prepared by grinding and Seven obtained the desired catalyst particle size. Particle sizes are suitable for use in fluidized beds between 0.1 and 0.6 mm, in fixed beds become particles sizes between 1 to 5 mm, in liquid phase Batch reactors are preferably used powder.

Die besondere Eignung der erfindungsgemäß eingesetzten MFI- Zeolithe stellt sich aufgrund einer den an sich bekannten Herstellungsverfahren folgenden Nachbehandlung ein. Diese bewirkt, daß auf der inneren wie äußeren Oberfläche des Zeolithen symmetrisch angeordnete "Nester" von OH-Gruppen entstehen.The particular suitability of the MFI invention used Zeolites arises because of a known per se Manufacturing process following aftertreatment. These causes on the inner and outer surface of the Zeolites symmetrically arranged "nests" of OH groups arise.

Durch eine geeignete Behandlung werden Si- oder andere Metallatome wie B, Fe, Ga aus dem oxidischen Kristallgitter entfernt, wobei die auf diesem Wege freiwerdenden Sauerstoffbindungen durch Wasserstoffionen abgesättigt werden. Bevorzugt ist der Einsatz von Borsilikatzeolithen als Precursor.By a suitable treatment, Si or others become Metal atoms such as B, Fe, Ga from the oxide crystal lattice removed, with the released in this way Oxygen bonds are saturated by hydrogen ions become. The use of borosilicate zeolites is preferred as a precursor.

Handelt es sich um ein dreibindiges Element zum Beispiel B, das herausgelöst wird, ergeben sich ebenfalls symmetrisch angeordnete Silanolgruppen gemäß folgender ZeichnungIf it is a trivalent element, for example B, which is released, also arise symmetrically arranged silanol groups according to the following drawing

Die durch Wasserstoffbrückenbildung verbundenen OH-Gruppen der "Nester" lassen sich zum Beispiel durch FT-IR-Unter­ suchungen nachweisen.The hydrogen bonded OH groups The "nests" can be, for example, by FT-IR sub to prove these.

Die Bildung der Silanolnester ist jedoch nicht allein auf Borzeolith beschränkt.However, the formation of silanol nests is not alone Borzeolith limited.

Die geometrische Anordnung sowie das schwach azide Verhalten der vier Silanolgruppen an der Oberfläche der Zeolithkristalle wirkt sich überraschenderweise besonders günstig auf die Umlagerung von Cyclohexanonoxim zu ε- Caprolactam in der Gasphase aus.The geometric arrangement as well as the weak acid Behavior of the four silanol groups on the surface of the Zeolite crystals surprisingly has a special effect favorable for the rearrangement of cyclohexanone oxime to ε- Caprolactam in the gas phase.

Die geeignete Kristallitgröße für das erfindungsgemäße Verfahren ist < 5 µm, bevorzugt < 2 µm, insbesondere < 1 µm. Ein Bereich von 0,05-0,5 µm erweist sich als äußerst vorteilhaft.The suitable crystallite size for the inventive Method is <5 microns, preferably <2 microns, in particular <1 μm. A range of 0.05-0.5 microns proves to be extremely advantageous.

Handelt es sich um hochsilikatische MFI-Zeolithe wie zum Beispiel Silikalite mit monokliner Struktur, so wird diese durch eine basische Behandlung bei höheren Temperaturen in die orthorhombische Struktur überführt. Die Struktur­ umwandlung kann zum Beispiel mit Röntgendiffraktometrie nachgewiesen werden.Is it highly silicious MFI zeolites such as Example silicalites with monoclinic structure, so this is by a basic treatment at higher temperatures in transformed the orthorhombic structure. The structure Conversion can be done, for example, with X-ray diffractometry be detected.

Dazu wird der Katalysator zum Beispiel in einem Rührkolben oder in einem Autoklaven unter autogenem Druck bei einer Temperatur von 20 bis 150°C, bevorzugt 60-150°C, mit einer Lösung aus Ammoniumsalzen (Nitrat, Chlorid) und/oder wäßriger Ammoniaklösung in Kontakt gebracht. Anschließend wird der so erhaltene Katalysator bei 110°C/12 Stunden getrocknet. Man erhält dann eine orthorhombische Kristall­ struktur mit den beschriebenen aktiven Hydroxylnestern.For this purpose, the catalyst is, for example, in a stirred flask or in an autoclave under autogenous pressure at a Temperature of 20 to 150 ° C, preferably 60-150 ° C, with a solution of ammonium salts (nitrate, chloride) and / or aqueous ammonia solution brought into contact. Subsequently The catalyst thus obtained is at 110 ° C / 12 hours  dried. One then receives an orthorhombic crystal structure with the described active hydroxyl.

Bei Bor-haltigen MFI-Zeolithen besteht eine wesentliche Möglichkeit der Modifizierung darin, daß man das zeolithische Material - verformt oder unverformt - einer Behandlung mit Säuren wie Salzsäure, Flußsäure, Phosphor­ säure und/oder Wasserdampf aussetzt. Dabei geht man zum Beispiel so vor, daß man Zeolithe in Pulverform mit 0,5 bis 3 n Phosphorsäure 0,5 bis 10 Stunden bei 40 bis 100°C behandelt. Nach der Behandlung wird mit Wasser gewaschen, bei 80 bis 100°C 0,5 bis 10 h getrocknet und bei 350 bis 650°C 1 bis 10 h calziniert. Nach einer anderen Arbeitsweise behandelt man Zeolithe vor oder nach ihrer Verformung mit Bindemitteln zum Beispiel 1 bis 3 Stunden bei Temperaturen von 60-80°C mit einer 3- bis 25 gew.-%igen, insbesondere 12-20 gew.-%igen, wäßrigen Salzsäure. Anschließend wird der so behandelte Zeolith mit Wasser gewaschen, getrocknet und bei 400-500°C calziniert.For boron-containing MFI zeolites is an essential Possibility of modification in that one the zeolitic material - deformed or undeformed - one Treatment with acids such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, phosphorus acid and / or water vapor exposes. This one goes to Example so that zeolites in powder form with 0.5 to 3 n phosphoric acid for 0.5 to 10 hours at 40 to 100 ° C. treated. After the treatment is washed with water, dried at 80 to 100 ° C for 0.5 to 10 h and at 350 to Calcined at 650 ° C for 1 to 10 hours. After another The procedure is to treat zeolites before or after their Deformation with binders, for example, 1 to 3 hours at temperatures of 60-80 ° C with a 3- to 25 wt .-%, in particular 12-20 wt .-%, aqueous Hydrochloric acid. Subsequently, the thus treated zeolite with Washed water, dried and at 400-500 ° C. calcined.

Eine bevorzugte Modifizierung der MFI-Zeolithe ist nach­ folgend beschrieben.A preferred modification of the MFI zeolites is after described below.

Wird das zeolithische Pulver mit Wasserdampf behandelt, ist es zweckmäßig, bei einer Temperatur von 300-650°C, ganz besonders bevorzugt 400-500°C, über einen Zeitraum von 0,5-3 Stunden, bevorzugt 1-2 Stunden, zu arbeiten und ein Gemisch aus Stickstoff oder Luft und Wasserdampf mit einem Wasserdampfpartialdruck von 0,01-1 bar, bevorzugt 0,05-0,8 bar, ganz besonders bevorzugt von 0,1-0,5 bar, zu verwenden. Dieser Behandlung kann sich eine Säure­ behandlung zum Beispiel mit wäßriger Salzsäure mit einem pH-Wert zwischen 4-6, bevorzugt 5-6, anschließen. Der so behandelte Zeolith wird mit Wasser gewaschen und bei 110°C/16 Stunden getrocknet. If the zeolitic powder is treated with steam, is it expedient, at a temperature of 300-650 ° C, completely more preferably 400-500 ° C, over a period of 0.5-3 hours, preferably 1-2 hours, to work and a mixture of nitrogen or air and water vapor with a water vapor partial pressure of 0.01-1 bar, preferably 0.05-0.8 bar, most preferably from 0.1-0.5 bar, to use. This treatment can become an acid Treatment with, for example, aqueous hydrochloric acid with a pH between 4-6, preferably 5-6, connect. The so treated zeolite is washed with water and at 110 ° C / 16 hours dried.  

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist die Calzination der Zeolithe unter Sauerstoff bei einer Temperatur von 450-600°C, bevorzugt bei 500-550°C, insbesondere wenn man von Bor und Fe-Zeolithen ausgeht. Hierbei findet eine Demetallierung bzw. ein Austreiben der Elemente aus dem Gittergerüst statt. Sie bleiben als amorphe Bestandteile in oxidischer Form in den Poren zurück.Another preferred embodiment is the calcination of Zeolites under oxygen at a temperature of 450-600 ° C, preferably at 500-550 ° C, especially if one of Boron and Fe zeolites go out. Here is a Demetallierung or expelling the elements of the Grid framework instead. They remain as amorphous constituents in oxidic form in the pores back.

Nach Trocknung bei 100-150°C, vorzugsweise bei 110-120°C, und einer Calcinierung bei 450-600°C, vorzugsweise bei 500-550°C, können die Zeolithe tablettiert oder mit einem Bindemittel im Verhältnis 90 : 10 bis 40 : 60 Gew.-% verstrangt werden. Als Bindemittel eignen sich diverse Aluminiumoxide, bevorzugt Boehmit, amorphe Aluminosilikate mit einem SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis von 25 : 75 bis 95 : 5, bevorzugt 75 : 25, Siliziumdioxid, bevorzugt hochdisperse SiO₂ Gemische aus hochdispersem SiO₂ und hochdispersem Al₂O₃ sowie Ton. Nach der Verformung werden die Extrudate oder Preßlinge bei 110°C/16 h getrocknet und bei 550°C/16 h calziniert.After drying at 100-150 ° C, preferably at 110-120 ° C, and calcination at 450-600 ° C, preferably at 500-550 ° C, the zeolites can be tableted or with a binder in the ratio 90: 10 to 40: 60 wt .-% be superseded. As binders are various Aluminas, preferably boehmite, amorphous aluminosilicates with a SiO₂ / Al₂O₃ ratio of 25: 75 to 95: 5, preferably 75:25, silica, preferably highly dispersed SiO₂ mixtures of highly dispersed SiO and fumed Al₂O₃ and clay. After deformation, the extrudates become or briquettes dried at 110 ° C / 16 h and at 550 ° C / 16 h calcined.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zeolithe erstmals nach der Verformung einer Calzinierung zu unterziehen.But there is also the possibility of the zeolites for the first time to undergo calcination after deformation.

Werden die Zeolithe ohne Bindemittel als Stränge oder Tabletten eingesetzt, so können Peptisierungsmittel zur Stabilisierung der Verformung eingesetzt werden. Hierzu eignen sich zum Beispiel Ethylcellulose, Stearinsäure, Kartoffelstärke, Ameisensäure, Oxalsäure, Essigsäure, Salpetersäure, Ammoniak, Amine, Silikoester und Graphit oder deren Gemische.Are the zeolites without binders as strands or Tablets used, so can peptizer for Stabilization of deformation can be used. For this For example, ethylcellulose, stearic acid, Potato starch, formic acid, oxalic acid, acetic acid, Nitric acid, ammonia, amines, silicates and graphite or their mixtures.

Der Betriebsdruck liegt zwischen 0,01-1 bar, bevorzugt 0,05-0,5 bar, besonders bevorzugt 0,08-0,25 bar. Ein enger Temperaturbereich um 300°C und insbesondere kleiner 300°C ist besonders günstig bei einem Druck von 0,08-0,25 bar. The operating pressure is between 0.01-1 bar, preferably 0.05-0.5 bar, more preferably 0.08-0.25 bar. On narrow temperature range around 300 ° C and especially smaller 300 ° C is particularly favorable at a pressure of 0.08-0.25 bar.  

Die Belastung des Katalysators mit Cyclohexanonoxim, ausgedrückt durch die "Weight Hourly Space Velocity" (kg/h Oxim pro kg Katalysator), beträgt WHSV = 0,1-10 h-1, bevorzugt 0,2-5 h-1. Wasser wird bevorzugt in einem Verhältnis von < 2,5 Mol : 1 (Oxim) eingesetzt. Die Reaktion kann sowohl im Festbett als auch im Wirbelbett durchgeführt werden.The loading of the catalyst with cyclohexanone oxime, expressed by the weight hourly space velocity (kg / h of oxime per kg of catalyst), is WHSV = 0.1-10 h -1 , preferably 0.2-5 h -1 . Water is preferably used in a ratio of <2.5 mol: 1 (oxime). The reaction can be carried out both in a fixed bed and in a fluidized bed.

Im Festbettverfahren mischt man die Einsatzstoffe in der Regel bevor sie über einen Verdampfer in die Reaktionszone geleitet werden. Als Katalysatoren kommen hier tablettierte oder extrudierte Formkörper zum Einsatz, deren mittlere Korngrößen zwischen 0,5 und 5 mm liegen können.In a fixed bed process, the starting materials are mixed in the Usually before passing through an evaporator in the reaction zone be directed. As catalysts come here tabletted or extruded moldings are used, the middle Grain sizes between 0.5 and 5 mm can be.

Im Wirbelschichtprozeß können die einzelnen Komponenten gemischt oder getrennt über einen Vorverdampfer oder direkt in die Wirbelschicht geführt werden. Hierbei erweist sich Wirbelgut in extrudierter Form mit mittleren Durchmessern von 80-250 µm als besonders günstig.In the fluidized bed process, the individual components mixed or separated via a pre-evaporator or directly be guided into the fluidized bed. This proves itself Fluidized material in extruded form with average diameters of 80-250 microns as particularly favorable.

Unterschreitet der Umsatz nach einer bestimmten Versuchs­ dauer einen festgelegten Wert, so kann die Aktivität des Katalysators durch erneute Calzinierung zurückgewonnen werden. Die Regenerierungstemperatur beträgt 350-650°C, bevorzugt 400-550°C, ganz besonders bevorzugt 450-500°C. Die Regenerierungszeit ist abhängig von der Rest­ aktivität des Katalysators und liegt zwischen 16 Stunden und 96 Stunden. Hierzu kann reiner Sauerstoff, Luft oder überraschenderweise auch reiner Stickstoff verwendet werden. Wird Stickstoff als Regenerierungsgas verwendet, ist die Behandlungszeit länger als bei Verwendung von Luft.Sales fall short of a certain trial duration of a fixed value, the activity of the Catalyst recovered by recalcination become. The regeneration temperature is 350-650 ° C, preferably 400-550 ° C, most preferably 450-500 ° C. The regeneration time depends on the rest activity of the catalyst and is between 16 hours and 96 hours. This can be pure oxygen, air or Surprisingly, pure nitrogen used become. If nitrogen is used as a regeneration gas, The treatment time is longer than when using air.

Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren.The following examples illustrate this inventive method.

Beschreibung der KatalysatorenDescription of the catalysts

Katalysator ACatalyst A Ansatzapproach [g][G] SiO2 (Aerosil 200)SiO2 (Aerosil 200) 64.064.0 B (OH) 3B (OH) 3 12.212.2 Hexamethylendiamin (50%-ige Lösung in Wasser)Hexamethylenediamine (50% solution in water) 800.0.800.0.

Die Hexamethylendiaminlösung wird in einem PE-Becherglas vorgelegt. Dazu gibt man unter Rühren die Borsäure und rührt so lange, bis diese sich völlig aufgelöst hat. Diese Lösung wird in einen Rührautoklaven eingefüllt und das SiO₂ innerhalb von 10 min unter Rühren zugegeben. Man synthetisiert im verschlossenen Autoklaven 14 Tage bei 170°C mit einer Rührergeschwindigkeit von 50 U/min. Nach Abkühlen des Ansatzes wird dieser aus dem Autoklaven entfernt. Die überstehende Lösung wird vorsichtig abdekantiert und der verbleibende Feststoff auf einen Filter aufgebracht und mit deionisiertem Wasser gründlich nachgewaschen. Das Produkt wird über 12 h bei 110°C getrocknet und anschließend 12 h bei 550°C unter Luft calziniert.The hexamethylenediamine solution is placed in a PE beaker submitted. To this is added with stirring the boric acid and Stir until it is completely dissolved. These Solution is introduced into a stirred autoclave and the SiO added with stirring within 10 min. you synthesized in a sealed autoclave for 14 days 170 ° C with a stirrer speed of 50 U / min. To Cooling the batch will remove this from the autoclave away. The supernatant solution becomes cautious decanted and the remaining solid on a Filter applied and thoroughly with deionized water rewashed. The product is left at 110 ° C for 12 h dried and then 12 h at 550 ° C under air calcined.

Formgebungshape

100 g des Katalysatorpulvers wird mit einem Verformungshilfsmittel und 100 g Wasser innig vermischt. Das Gemenge wird bei einem Druck von 80 bar zu Strängen von 2 mm Durchmesser extrudiert. Die Stränge werden über 12 h bei 110° C getrocknet und bei 550°C über 12 h calziniert. Zerkleinerung auf einem Sieb mit der gewünschten Maschenweite und Absieben des Feinanteils bringt die Katalysatorkörner auf die richtige Korngröße.
100 g of the catalyst powder is intimately mixed with a shaping aid and 100 g of water. The mixture is extruded at a pressure of 80 bar to strands of 2 mm diameter. The strands are dried for 12 h at 110 ° C and calcined at 550 ° C for 12 h. Crushing on a sieve with the desired mesh size and screening of the fine fraction brings the catalyst grains to the correct grain size.

Katalysator BCatalyst B Ansatzapproach [g][G] Kieselsol (LUDOX)Silica sol (LUDOX) 79.679.6 Borsäuretrimethylesterborate 3.93.9 Tetrapropylammoniumhydroxidtetrapropylammonium 22.222.2 deionisiertes Wasserdeionized water 89.089.0 Ammoniaklösung (25 Gew.%)Ammonia solution (25% by weight) 72.0.72.0.

Kieselsol, TPAOH, das deionisierte Wasser und die Borguelle werden in einem Rührautoklaven vorgelegt. Dieser Suspension wird die Ammoniaklösung zugegeben. Man synthetisiert im verschlossenen Autoklaven 7 Tage bei 185°C mit einer Rührergeschwindigkeit von 100 U/min. Nach Abkühlen des Ansatzes wird dieser aus dem Autoklaven entfernt. Die überstehende Lösung wird vorsichtig abdekantiert und der verbleibende Feststoff auf einen Filter aufgebracht und mit deionisiertem Wasser gründlich nachgewaschen. Das Produkt wird über 12 h bei 110°C getrocknet und anschließend 12 h bei 550°C unter Luft calziniert.Silica sol, TPAOH, the deionized water and the Borguelle are presented in a stirred autoclave. This suspension the ammonia solution is added. One synthesizes in sealed autoclave for 7 days at 185 ° C with a Stirrer speed of 100 rpm. After cooling the Approach, this is removed from the autoclave. The supernatant solution is carefully decanted off and the remaining solid is applied to a filter and with thoroughly washed with deionized water. The product is dried for 12 h at 110 ° C and then 12 h calcined at 550 ° C under air.

Formgebungshape

Die Formgebung erfolgt wie bei Katalysator A.The shaping takes place as in Catalyst A.

Katalysator CCatalyst C Ansatzapproach [g][G] SiO₂ (Aerosil)SiO₂ (Aerosil) 8.08.0 B(OH)₃B (OH) ₃ 3.393:39 Tetrapropylammoniumbromidtetrapropylammoniumbromide 8.618.61 Ammoniumfluoridammonium fluoride 2.472:47 deionisiertes Wasserdeionized water 168.0.168.0.

Das deionisierte Wasser in einem 200 ml PTFE-Becher vorgelegt. Die Borsäure wird unter Rühren im Wasser gelöst. The deionized water in a 200 ml PTFE beaker submitted. The boric acid is dissolved in the water with stirring.  

Anschließend wird zunächst Ammoniumfluorid, dann TPABr zugegeben. Schließlich wird SiO₂ eingerührt. Man synthetisiert im verschlossenen Autoklaven 8 Tage bei 186°C. Nach Abkühlen wird die überstehende Lösung vorsichtig abdekantiert und der verbleibende Feststoff auf einen Filter aufgebracht und mit deionisiertem Wasser gründlich nachgewaschen. Das Produkt wird über 12 h bei 110°C getrocknet und anschließend 12 h bei 550°C unter Luft calziniert.Subsequently, first ammonium fluoride, then TPABr added. Finally, SiO₂ is stirred. you synthesized in a sealed autoclave for 8 days 186. ° C. After cooling, the supernatant solution carefully decanted off and the remaining solid on applied a filter and with deionized water thoroughly washed. The product is added over 12 h Dried at 110 ° C and then 12 h at 550 ° C under air calcined.

Formgebungshape

Die Formgebung erfolgt wie bei Katalysator A.The shaping takes place as in Catalyst A.

Katalysator DCatalyst D

Kommerziell erhältlicher HZSM-5 mit Si/Al = 54; ZEOCAT PZ- 2/54H der Firma UetikonCommercially available HZSM-5 with Si / Al = 54; ZEOCAT PZ- 2 / 54H of Uetikon

Katalysator ECatalyst E

Kommerziell erhältlicher Katalysator der Firma Degussa; Aerosil 200
Charakterisierung: SiO₂
Commercially available catalyst from Degussa; Aerosil 200
Characterization: SiO₂

Katalysator FCatalyst F Ansatzapproach [g][G] Tetraethylorthosilikattetraethylorthosilicate 500500 Ethanolethanol 10701070 Tetra-n-propylammoniumhydroxid (10%-ige Lösung in Wasser)Tetra-n-propylammonium hydroxide (10% solution in water) 1120.1120th

Tetraethylorthosilikat, Tetra-n-propylammoniumhydroxid und Ethanol werden in einem 5-Liter Stahlautoklaven 120 min intensiv vermischt. Anschließend wird der Deckel verschlossen und bei 105°C unter starkem Rühren die Lösung zur Kristallisation gebracht. Nach 96 Stunden wird die Synthese gestoppt, der Katalysator gewaschen, bei 110°C/16 h getrocknet und bei 550°C/12 h calziniert. Es wurde Silikalit erhalten.Tetraethyl orthosilicate, tetra-n-propylammonium hydroxide and Ethanol is in a 5-liter steel autoclave for 120 min intensively mixed. Subsequently, the lid  closed and at 105 ° C with vigorous stirring, the solution crystallized. After 96 hours, the Synthesis stopped, the catalyst washed, at Dried at 110 ° C / 16 h and calcined at 550 ° C / 12 h. It Silicalite was obtained.

Formgebungshape

Die Formgebung erfolgt wie bei Katalysator A.The shaping takes place as in Catalyst A.

Katalysator GCatalyst G

5 g des unverformten Katalysators F wurden mit einer Mischung aus 5 g wäßriger Ammoniumnitratlösung (7.5%-ig) und 10 g wäßrigem Ammoniak (28%-ig) eine Stunde in einem 100 ml Einhalskolben bei Raumtemperatur verrührt. Der Katalysator wurde abfiltriert und derselben Prozedur weitere drei Mal unterzogen. Anschließend wurde das Pulver gewaschen und getrocknet. Es wurde zu Tabletten verpreßt und zu Körnern der Korngröße 1-1.6 mm zerkleinert.5 g of the undeformed catalyst F were mixed with a Mixture of 5 g aqueous ammonium nitrate solution (7.5% strength) and 10 g of aqueous ammonia (28%) in an hour Stir 100 ml of one-necked flask at room temperature. The Catalyst was filtered off and the same procedure subjected to another three times. Subsequently, the powder became washed and dried. It was compressed into tablets and crushed into grains of grain size 1-1.6 mm.

Katalysator HCatalyst H

Herstellung wie Katalysator G. Die Behandlung wird jedoch in einem Autoklaven bei 90°C unter autogenem Druck durchgeführt.Preparation such as Catalyst G. The treatment, however, becomes in an autoclave at 90 ° C under autogenous pressure carried out.

Katalysator ICatalyst I

5 g des pulverförmigen Katalysators B werden in einem Keramikrohr von 4 cm Durchmesser bei 400°C von einem Stickstoff-Wasserdampfgemisch 2 Stunden überströmt. Der Massenanteil des Wassers liegt bei 50%. Nach der Wasserdampfbehandlung wird der Katalysator in einem 100 ml Einhalskolben in einer wäßrigen HCl-Lösung (pH 6) bei Raumtemperatur 24 h gerührt. Anschließend erfolgt die Trocknung. Das getrocknete Pulver wird zu Tabletten verpreßt und zu Körnern der Korngröße 1-1.6 mm zerkleinert.5 g of the powdery catalyst B are in a Ceramic tube of 4 cm diameter at 400 ° C of a Nitrogen-steam mixture overflowed for 2 hours. The Mass fraction of the water is 50%. After Steam treatment, the catalyst is in a 100 ml One-necked flask in an aqueous HCl solution (pH 6) at Room temperature stirred for 24 h. Subsequently, the  Drying. The dried powder becomes tablets compressed and comminuted into grains of grain size 1-1.6 mm.

Katalysator JCatalyst J

Herstellung und Formgebung dieses Katalysators erfolgt wie bei Katalysator I. Die Wasserdampfbehandlung wird jedoch bei 550°C Druck durchgeführt.Production and shaping of this catalyst takes place as in Catalyst I. The steam treatment, however performed at 550 ° C pressure.

Nach der Wasserdampfbehandlung wird der Katalysator in einem 100 ml Einhalskolben in einer wäßrigen HCl-Lösung (pH 6) bei Raumtemperatur 24 h gerührt. Anschließend erfolgt die Trocknung und Formgebung wie bei Katalysator I.After the steam treatment, the catalyst is in a 100 ml one-necked flask in an aqueous HCl solution (pH 6) stirred at room temperature for 24 h. Then done Drying and shaping as in Catalyst I.

Beschreibung der Versuchsanlage mit FestbettreaktorDescription of the pilot plant with fixed bed reactor

Die katalytischen Untersuchungen im Festbett wurden in einem Rohrreaktor mit einem Innendurchmesser von 6 mm durchgeführt. Die Reaktionszone lag in einem Ofen der eine gleichmäßige Temperatur über die gesamte Reaktionsstrecke vorgab. Am Ende der Reaktionszone verhinderte ein Maschen­ draht das Austragen der Katalysatorkörner. Cyclohexanonoxim wurde mit den Lösungsmitteln und eventuellen Zusatz­ komponenten in einem Vorlagebehälter gemischt und über eine Minidosierpumpe in den Vorverdampfer geleitet. Hier wurde die Mischung mit dem Trägergas vermischt und gasförmig in den Reaktor geführt. Die Reaktionsprodukte wurden in einer Kühlfalle, die mit flüssigem Stickstoff gekühlt war, aufgefangen, aufgetaut und einer gaschromatographischen Analyse unterzogen. Die Massenbilanzen lagen bei über 99%. The catalytic investigations in a fixed bed were carried out in a tubular reactor with an inner diameter of 6 mm carried out. The reaction zone was in an oven one uniform temperature over the entire reaction path pretending. At the end of the reaction zone prevented a stitch wire discharging the catalyst grains. cyclohexanone was mixed with the solvents and any addition components in a storage container and mixed over one Mini dosing pump fed into the pre-evaporator. Here was the mixture mixed with the carrier gas and gaseous in led the reactor. The reaction products were in a Cold trap cooled with liquid nitrogen, collected, thawed and a gas chromatographic Subjected to analysis. The mass balances were over 99%.  

Tabelle 1 Table 1

Einfluß der Temperatur und der Druckerniedrigung Influence of temperature and pressure reduction

Beispiel 8Example 8

Diagramm 1: Einfluß der Druckerniedrigung bei 300°C und 350°C:Diagram 1: Influence of the pressure reduction at 300 ° C and 350 ° C:

Beispiel 9Example 9

Diagramm 2: Einfluß der Temperatur bei 0.1 und 1 bar:Diagram 2: Influence of the temperature at 0.1 and 1 bar:

Beispiele 10-12Examples 10-12

Tabelle 2 Table 2

Einfluß der Verweilzeit und des Druckes auf die Reaktion Influence of the residence time and the pressure on the reaction

Beispiele 13-17Examples 13-17

Einfluß verschiedener Lösungsmittel auf die Reaktion bei 300°C und Unterdruck Influence of various solvents on the reaction at 300 ° C and underpressure

Beispiel 18Example 18

Diagramm 3: Verlauf von Umsatz und Selektivität über 20 StundenDiagram 3: Course of conversion and selectivity over 20 hours

Beispiele 19-24Examples 19-24

Tabelle 4 Table 4

Einfluß von Wasserzusatz und Unterdruck in Gegenwart von Ethanol Influence of addition of water and negative pressure in the presence of ethanol

Tabelle 5 Table 5

Einfluß von Wasserzusatz und Unterdruck in Gegenwart von Methanol Influence of addition of water and negative pressure in the presence of methanol

Beispiel 25Example 25

Diagramm 4: Einfluß von Wasser auf die Standzeit des Katalysators Diagram 4: Influence of water on the service life of the catalyst

Beispiele 26-28Examples 26-28

Tabelle 6 Table 6

Einfluß der Kristallitgröße Influence of crystallite size

Beispiel 29Example 29

Das Beispiel zeigt die Regenerierung mit SauerstoffThe example shows the regeneration with oxygen

Tabelle 7 Table 7

Umsatz und Selektivität nach mehreren Regenerierungszyklen Turnover and selectivity after several regeneration cycles

Beispiel 30Example 30

Das Beispiel zeigt die Regenerierung mit StickstoffThe example shows the regeneration with nitrogen

Tabelle 8 Table 8

Umsatz und Selektivität nach mehreren Regene­ rierungszyklen Turnover and selectivity after several regeneration cycles

Beispiele 31* und 32*Examples 31 * and 32 *

Tabelle 9 Table 9

Umsatz und Selektivität an hochsilikalitischen Katalysatoren Turnover and selectivity of highly silical catalysts

Beispiele 33 und 34Examples 33 and 34

Katalysator F wurde wie folgt behandelt:
Die Katalysatorkörner wurden dazu in einer Lösung aus wäßrigem Ammoniak und Ammoniumnitrat dreimal eine Stunde gerührt, gewaschen und bei 110°C getrocknet. Diese Behandlungsmaßnahme wurde zum einen in einem Einhalskolben bei Raumtemperatur (Beispiel 33) und zum anderen in einem Autoklaven bei 90°C unter autogenem Druck (Beispiel 34) durchgeführt. Die Versuchsergebnisse, die mit den behandelten Katalysatoren erzielt wurden, zeigt Tabelle 10.
Catalyst F was treated as follows:
The catalyst granules were stirred in a solution of aqueous ammonia and ammonium nitrate three times for one hour, washed and dried at 110 ° C. This treatment was carried out on the one hand in a one-necked flask at room temperature (Example 33) and on the other in an autoclave at 90 ° C under autogenous pressure (Example 34). The experimental results obtained with the treated catalysts are shown in Table 10.

Tabelle 10 Table 10

Umsatz und Selektivität des modifizierten hochsilikalitischen MFI-Zeolithen (Silikalit) Conversion and selectivity of the modified highly silicitic MFI zeolite (silicalite)

Frequenzen der einzelnen Silanolgruppen im FT-IR:
terminal ⇒ n = 3745 ± 5 cm-1
geminal ⇒ n = 3725 cm-1
vicinal überbrückt ⇒ n = 3725 u. 3500 cm-1
Silanolnest ⇒ n = 3500 cm-1
Frequencies of the individual silanol groups in FT-IR:
terminal ⇒ n = 3745 ± 5 cm -1
geminal ⇒ n = 3725 cm -1
vicinal bridges ⇒ n = 3725 u. 3500 cm -1
Silanolnest ⇒ n = 3500 cm -1

Beispiele 35-37Examples 35-37

Diese Beispiele zeigen den Einfluß der Wasserdampf und Säurebehandlung auf die katalytische Aktivität und Selektivität.These examples show the influence of water vapor and Acid treatment on the catalytic activity and Selectivity.

Tabelle 11 Table 11

Katalysatorbehandlung mit Wasserdampf (2 h) und wäßriger HCl-Lösung (pH 4; 24 h) Catalyst treatment with water vapor (2 h) and aqueous HCl solution (pH 4, 24 h)

Beschreibung der Versuchsanlage mit Wirbelschichtreaktor:
Im Wirbelschichtverfahren kam ein Wirbelreaktor mit einem Innendurchmesser von 51 mm und einer Wirbelzone von 600 mm zum Einsatz. Die Katalysatoren lagen auf einer Glasfritte mit Porenweiten unter 30 µm. Cyclohexanonoxim wurde mit den Lösungsmitteln und eventuellen Zusatzkomponenten in einem Vorlagebehälter gemischt und über eine Minidosierpumpe in den Vorverdampfer geleitet. Hier wurde die Mischung mit dem Trägergas vermischt und gasförmig in den Reaktor geleitet. Die Mischung konnte aber auch direkt in die Wirbelzone eingespritzt werden. Die Reaktionsprodukte wurden über einen Wasserkühler geleitet und anschließend die nicht kondensierten Anteile in einer mit Flüssigstickstoff gekühlten Kühlfalle aufgefangen. Zu Analysezwecken wurde ein Teilgasstrom direkt aus der Absetzzone des Wirbel­ reaktors ausgeschleust und gaschromatographisch untersucht.
Description of the pilot plant with fluidized bed reactor:
In the fluidized bed process, a vortex reactor with an inner diameter of 51 mm and a vortex zone of 600 mm was used. The catalysts were on a glass frit with pore sizes less than 30 microns. Cyclohexanone oxime was mixed with the solvents and any additional components in a receiver and passed through a Minidosierpumpe in the pre-evaporator. Here, the mixture was mixed with the carrier gas and passed in gaseous form into the reactor. The mixture could also be injected directly into the vortex zone. The reaction products were passed through a water cooler and then the uncondensed portions were collected in a liquid nitrogen cooled cold trap. For analysis purposes, a partial gas stream was discharged directly from the settling zone of the vortex reactor and analyzed by gas chromatography.

Beispiele 38 und 39Examples 38 and 39

Diagramm 5 Diagram 5

Einfluß der Eduktzufuhr auf die Selektivität für ε-Caprolactam Influence of the educt feed on the selectivity for ε-caprolactam

Der Umsatz beträgt in beiden Beispielen 100 Gew.-% The conversion in both examples is 100% by weight.  

Beispiele 40-42Examples 40-42

Diagramm 6 Diagram 6

Einfluß der Temperatur auf den Umsatz von Cyclohexanonoxim Influence of the temperature on the conversion of cyclohexanone oxime

Diagramm 7 Diagram 7

Einfluß der Temperatur auf die Selektivität für ε-Caprolactam Influence of the temperature on the selectivity for ε-caprolactam

Beispiele 43-45Examples 43-45

Tabelle 12 Table 12

Umsatz und Selektivität bei Zugabe von Wasser zum Edukt Conversion and selectivity upon addition of water to the starting material

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von ε-Caprolactam durch Beckmann-Umlagerung von Cyclohexanonoxim in der Gas­ phase im Temperaturbereich von 250-450°C an Zeolith- Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man MFI-Zeolithe einsetzt, die an der Oberfläche aufgrund des Fehlens von zentralen Metallatomen OH- Gruppen aufweisen, die symmetrisch zueinander angeordnet sind.1. A process for the preparation of ε-caprolactam by Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime in the gas phase in the temperature range of 250-450 ° C to zeolite catalysts, characterized in that one uses MFI zeolites, which at the surface due to the absence of central metal atoms OH groups which are arranged symmetrically to each other. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Metallatome aus der Gruppe Si, Al, B, Fe, Ga, Cr, Be, As, Sb, Ge, Ti, Zr oder Hf stammen.2. Method according to claim 1, characterized, the central metal atoms from the group Si, Al, B, Fe, Ga, Cr, Be, As, Sb, Ge, Ti, Zr or Hf come. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen nur aus Siliziumtetraedern aufgebauten orthorhombischen Zeolith mit MFI-Struktur einsetzt.3. Method according to claim 1, characterized, that one built only from silicon tetrahedra orthorhombic zeolite with MFI structure. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen mit B-Atomen substituierten MFI-Zeolith als Precursor einsetzt.4. The method according to claim 1, characterized, that is a substituted with B atoms MFI zeolite used as precursor. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Si : B zwischen 5 bis 40 : 1 liegt.5. The method according to claim 4, characterized, the ratio Si: B is between 5 and 40: 1. 6. Verfahren gemäß Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bor-MFI-Zeolithe mit Hilfe von Diaminen und Triaminen alkalifrei synthetisiert wurden. 6. The method according to claim 4 and 5, characterized, that the boron-MFI zeolites with the help of diamines and Triamines were synthesized alkali-free.   7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpartikelgröße der MFI-Zeolithkristalle kleiner als 5 µm ist.7. The method according to one or more of the claims 1 to 6, characterized, that the primary particle size of the MFI zeolite crystals smaller than 5 μm. 8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß pro Mol Cyclohexanonoxim mehr als 2,5 Mol Wasser eingesetzt werden.8. The method according to one or more of the claims 1 to 7, characterized, that per mole of cyclohexanone oxime more than 2.5 moles of water be used. 9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einem Druck im Bereich von 0,01-1 bar und einer Temperatur von 280-310°C durchgeführt wird.9. The method according to one or more of the claims 1 to 8, characterized, that the reaction at a pressure in the range of 0.01-1 bar and a temperature of 280-310 ° C performed becomes. 10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Wirbelschichtverfahrens die Edukte direkt in die Wirbelzone eingespeist werden.10. The method according to one or more of the claims 1 to 9, characterized, that when using a fluidized bed process the Starting materials are fed directly into the vortex zone. 11. Verfahren zur Herstellung von zeolithischen Katalysatoren zur Verwendung in Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man hochsilikatische MFI-Zeolithe (Silikalit) mit monokliner Struktur bei 20 bis 150°C unter autogenem Druck in einem Autoklaven mit einer Lösung von Ammoniaksalzen und/oder wäßriger Ammoniaklösung in Kontakt bringt, das orthorhombische Produkt nach dem Reaktion abtrennt und trocknet.11. Process for the preparation of zeolitic Catalysts for use in processes according to the Claims 1 to 3, characterized, that highly silicious MFI zeolites (silicalite) with monoclinic structure at 20 to 150 ° C under autogenous Pressure in an autoclave with a solution of Ammonia salts and / or aqueous ammonia solution in Contact, the orthorhombic product after that Reaction separates and dries. 12. Verfahren zur Herstellung von zeolithischen Katalysatoren zur Verwendung in Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Bor-haltige MFI-Zeolithe bei einer Temperatur von 300-650°C mit Wasserdampf behandelt und gegebenenfalls eine Säurebehandlung bei einem pH-Wert von 4-6 anschließt.12. Process for the preparation of zeolitic Catalysts for use in processes according to the  Claims 1, 4 and 5, characterized, that boron-containing MFI zeolites at a temperature from 300-650 ° C treated with steam and optionally an acid treatment at a pH from 4-6 connects. 13. Verfahren zur Herstellung von zeolithischen Katalysatoren zur Verwendung in Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Bor-haltige MFI-Zeolithe bei einer Temperatur von 60-80°C mit einer 3-25 gew.-%igen wäßrigen Säure behandelt, anschließend wäscht und bei 400-500°C trocknet.13. Process for the preparation of zeolitic Catalysts for use in processes according to the Claims 1, 4 and 5, characterized, that boron-containing MFI zeolites at a temperature from 60-80 ° C with a 3-25 wt .-% aqueous Acid treated, then washed and at 400-500 ° C. dries. 14. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß B-haltige Zeolithe vom MFI-Type bei Temperaturen zwischen 500 und 700°C unter Sauerstoff calziniert werden.14. Process according to claims 1 to 5, characterized, that B-containing zeolites of MFI-type at temperatures calcined between 500 and 700 ° C under oxygen become. 15. Verfahren zur Regenerierung der zeolithischen Katalysatoren gemäß den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Regenerierung der Katalysatoren mit reinem Stickstoff im Temperaturbereich von 400-650°C durchführt.15. Process for the regeneration of zeolitic Catalysts according to claims 11 to 14, characterized, that the regeneration of the catalysts with pure Nitrogen in the temperature range of 400-650 ° C performs.
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