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DE10334489A1 - Trialkylammonium by-products obtained in methylolalkane products from Cannizzaro or hydrogenation reactions are decomposed using a novel titanium dioxide-supported ruthenium-containing catalyst - Google Patents

Trialkylammonium by-products obtained in methylolalkane products from Cannizzaro or hydrogenation reactions are decomposed using a novel titanium dioxide-supported ruthenium-containing catalyst Download PDF

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DE10334489A1
DE10334489A1 DE10334489A DE10334489A DE10334489A1 DE 10334489 A1 DE10334489 A1 DE 10334489A1 DE 10334489 A DE10334489 A DE 10334489A DE 10334489 A DE10334489 A DE 10334489A DE 10334489 A1 DE10334489 A1 DE 10334489A1
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DE
Germany
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titanium dioxide
catalyst
trialkylammonium
hydrogenation
ruthenium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10334489A
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German (de)
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Michael Dr. Koch
Alexander Dr. Wartini
Steffen Dr. Maas
Tilman Sirch
Matthias Dr. Dernbach
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Priority to EP04740714A priority patent/EP1651586A1/en
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Priority to PCT/EP2004/007396 priority patent/WO2005019145A1/en
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Abstract

Removal of trialkylammonium formates (TAAF) from methylolalkanes obtained by condensation of formaldehyde with higher aldehydes involves decomposing the TAAF at elevated temperature on a titanium dioxide- supported ruthenium-containing catalyst in presence of a hydrogen-containing gas. An independent claim is also included for such a catalyst in which commercially-available titanium dioxide is treated before or after shaping to form the support with 0.1-30 wt.% of an acid in which the TiO 2 is difficultly soluble.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der industriellen organischen Chemie. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur effektiven hydrierenden Zersetzung von in Methylolalkanen enthaltenem Trialkylammoniumformiat, das aus dem bei der Methylolalkanal-Herstellung als Katalysator benutzten Trialkylamin und der als Nebenprodukt gebildeten Ameisensäure entsteht.The This invention relates to the field of industrial organic Chemistry. More specifically, the present invention relates to a method for the effective hydrogenating decomposition of methylolalkanes contained in Trialkylammonium formate, which from the in the Methylolalkanal preparation as a catalyst used trialkylamine and by-product formed formic acid arises.

Die Kondensation von Formaldehyd mit CH-aciden höheren Alkanalen zu Methylolalkanalen, im allgemeinen Dimethylol- und Trimethylolalkanalen und Überführung der erhaltenen Verbindungen in Polyole ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Chemie. Beispiele für derart erhaltene, wichtige Triole sind Trimethylolpropan, Trimethylolethan und Trimethylolbutan, die zu Herstellung von Lacken, Urethanen und Polyestern ein breites Verwendungsgebiet gefunden haben. Weitere wichtige Verbindungen sind Pentaerythrit, erhältlich durch Kondensation von Formaldehyd und Acetaldehyd, sowie Neopentylglykol aus iso-Butyraldehyd und Formaldehyd. Der vierwertige Alkohol Pentaerythrit wird ebenfalls häufig in der Lackindustrie eingesetzt, hat aber auch eine große Wichtigkeit bei der Herstellung von Sprengstoffen erlangt.The Condensation of formaldehyde with CH-acidic higher alkanals to methylolalkanals, in general Dimethylol- and Trimethylolalkanalen and transfer of the Compounds obtained in polyols is a widely used method in chemistry. examples for important triols obtained in this way are trimethylolpropane, trimethylolethane and trimethylolbutane used in the manufacture of paints, urethanes and Polyesters have found a wide application area. Further important compounds are pentaerythritol, obtainable by condensation of Formaldehyde and acetaldehyde, and neopentyl glycol from iso-butyraldehyde and formaldehyde. The tetravalent alcohol pentaerythritol will also often used in the paint industry, but also has a great importance obtained in the manufacture of explosives.

Die erwähnten Polyole können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Eine Methode ist das sogenannte Cannizzaro-Verfahren, das noch weiterhin unterteilt wird in das anorganische und das organische Cannizzaro-Verfahren. Bei der anorganischen Variante setzt man einen Überschuß Formaldehyd mit dem entsprechenden Alkanal in Gegenwart von stöchiometrischen Mengen einer anorganischen Base wie NaOH oder Ca(OH)2 um. Das in der ersten Stufe gebildete Methylolalkanal reagiert in der zweiten Stufe mit dem überschüssigen Formaldehyd in einer Disproportionierungsreaktion zu dem entsprechenden Polyol und dem Formiat der entsprechenden Base, also etwa Natrium- oder Calciumformiat.The mentioned polyols can be prepared by various methods. One method is the so-called Cannizzaro process, which is still subdivided into the inorganic and the organic Cannizzaro process. In the inorganic variant, an excess of formaldehyde is reacted with the corresponding alkanal in the presence of stoichiometric amounts of an inorganic base such as NaOH or Ca (OH) 2 . The methylolalkanal formed in the first stage reacts in the second stage with the excess formaldehyde in a disproportionation reaction to the corresponding polyol and the formate of the corresponding base, for example sodium or calcium formate.

Beim organischen Cannizzaro-Verfahren wird anstelle der anorganischen Base ein teritäres Amin, generell ein Trialkylamin, eingesetzt. Die Reaktion verläuft wie oben dargelegt, wobei ein Äquivalent Ammoniumformiat des entsprechenden Amins gebildet wird. Dies kann durch entsprechende Maßnahmen weiter aufgearbeitet werden, wodurch zumindest das Amin wiedergewonnen und in die Reaktion zurückgeführt werden kann. Das erhaltene Roh-Polyol kann auf verschiedene Weise zu reinem Polyol aufgearbeitet werden.At the Organic Cannizzaro method is used instead of inorganic Base a teritäes Amine, generally a trialkylamine used. The reaction goes like above, where one equivalent Ammonium formate of the corresponding amine is formed. This can through appropriate measures be worked up further, whereby at least the amine recovered and can be attributed to the reaction. The crude polyol obtained can in various ways to pure polyol be worked up.

Eine Weiterentwicklung ist das Hydrierverfahren, in dem ein entsprechendes Alkanal und Formaldehyd nicht in Gegenwart von mindestens stöchiometrischen Mengen, sondern von katalytischen Mengen eines teritären Amins, im allgemeinen ca. 5 bis 10 Mol-%, miteinander zur Reaktion gebracht werden. Dabei bleibt die Reaktion auf der Stufe von 2,2-Dimethylolalkanal stehen, das anschließend durch Hydrierung in Trimethylolalkan überführt wird. Die Beschreibung des effektiven Verfahrens findet sich in der WO 98/28253 der Anmelderin.A Further development is the hydrogenation process, in which a corresponding Alkanene and formaldehyde not in the presence of at least stoichiometric Quantities, but of catalytic amounts of a tertiary amine, generally about 5 to 10 mol%, reacted with each other become. The reaction remains at the 2,2-dimethylolalkanal level stand, then is converted by hydrogenation in trimethylolalkane. The description of the effective method can be found in WO 98/28253 of the Applicant.

Verschiedene Varianten dieses Hydrierverfahrens sind unter anderem beschrieben in den Anmeldungen DE-A-25 07 461, DE-A- 27 02 582, DE-A-28 13 201 und DE-A-33 40 791.Various Variants of this hydrogenation process are described inter alia in the applications DE-A-25 07 461, DE-A-27 02 582, DE-A-28 13 201 and DE-A-3340791.

Beim Hydrierverfahren fallen zwar vorteilhafterweise keine stöchiometrischen Mengen des Formiates an wie beim organischen Cannizzaro-Verfahren, dennoch wird Trialkylammoniumformiat als Produkt einer in sehr geringem Umfang als Nebenreaktion ablaufenden gekreuzten Cannizzaro-Reaktion gebildet.At the Although hydrogenation advantageously fall no stoichiometric Quantities of formate as in the organic Cannizzaro process, Nevertheless, trialkylammonium formate is one of the products in very low yield Scope as a side reaction running crossed Cannizzaro reaction educated.

Trialkylammoniumformiate reagieren unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise den Entwässern oder Erhitzen von enthaltenden Trimethylolalkan-Lösungen, zu Trialkylamin und Trimethylolpropanformiaten. Diese schmälern die Ausbeute an Trimethylolalkan und können nur schwer ohne unerwünschte Abbaureaktion gespalten werden. Es bestand daher Interesse an der Abtrennung der Trialkylammoniumformiate.trialkylammonium react under certain conditions, such as draining or Heating of containing trimethylolalkane solutions, to trialkylamine and Trimethylolpropanformiaten. These reduce the yield of trimethylolalkane and can difficult without unwanted Decomposition reaction are split. There was therefore interest in the Separation of trialkylammonium formates.

DE 198 48 569 offenbart ein Verfahren zur Zersetzung von Formiaten tertiärer Amine, die als Nebenprodukte in durch das organische Cannizzaro-Verfahren hergestellten Trimethylolalkan-Lösungen enthalten sind. Diese Formiate werden, vorzugsweise in Gegenwart von modifizierten Edelmetallkatalysatoren und erhöhtem Druck, durch Erhitzen in Wasserstoff und Kohlendioxid und/oder Wasser und Kohlenmonoxid und das tertiäre Amin zersetzt. Die Formiatumsätze bei diesem Verfahren sind unbefriedigend, zudem wird die Bildung weiterer Nebenprodukte beobachtet. DE 198 48 569 discloses a process for the decomposition of formates of tertiary amines contained as by-products in trimethylolalkane solutions prepared by the organic Cannizzaro process. These formates are decomposed, preferably in the presence of modified noble metal catalysts and elevated pressure, by heating in hydrogen and carbon dioxide and / or water and carbon monoxide and the tertiary amine. The Formiatumsätze in this process are unsatisfactory, also the formation of other by-products is observed.

Aus DE 101 52 525 ist die Zersetzung von Trialkylammoniumformiaten an heterogenen Katalysatoren bekannt, die mindestens ein Metall der 8. bis 12. Gruppe des Periodensystems enthalten, wobei geträgerte Kupfer- Nickel und/oder Kobalt enthaltende Katalysatoren besonders bevorzugt sind.Out DE 101 52 525 For example, the decomposition of trialkylammonium formates to heterogeneous catalysts containing at least one metal of groups 8 to 12 of the periodic table is known Copper-nickel and / or cobalt-containing catalysts are particularly preferred.

Auch das vorstehend genannte Verfahren eignet sich nur bedingt zur effektiven Aufarbeitung eines nach dem sogenannten Hydrierverfahren enthaltenen Trimethylolalkan-Gemisches, in dem lediglich katalytische Mengen an Trialkylamin verwendet werden und das somit auch nur geringe Mengen an Trialkylammoniumformiat enthält.Also the above method is only conditionally effective Workup of a contained by the so-called hydrogenation process Trimethylol mixture, in which only catalytic amounts of trialkylamine are used and thus also only small amounts of trialkylammonium formate contains.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das sowohl zur Aufarbeitung von nach dem Hydrierverfahren als auch nach dem organischen Cannizzaro-Verfahren erhaltener Gemische geeignet ist. Dieses Verfahren sollte es weiterhin ermöglichen, Trialkylammoniumformiate mit höheren Umsätzen, als dies die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren können, zu zersetzen. Weiterhin sollte diese Zersetzung zu großtechnisch gut handhabbaren Zersetzungsprodukten führen, die keine Nebenreaktionen auslösen, um so ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung von hochreinem Trimethylolpropan zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the present invention, a method to provide, both for the workup by the hydrogenation process as well as obtained by the organic Cannizzaro method mixtures suitable is. This procedure should continue to allow Trialkylammoniumformiate with higher revenues, as can the methods known from the prior art, to decompose. Furthermore, this decomposition should be too large-scale good manageable decomposition products that do not cause side reactions trigger, so a more economical process for producing high purity Trimethylolpropane available to deliver.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen von Trialkylammoniumformiat aus Methylolalkanen, die durch Kondensation von Formaldehyd mit einem höheren Aldehyd erhalten wurden, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass Trialkylammoniumformiat bei erhöhter Temperatur an einem auf Titandioxid geträgerten Ruthenium enthaltenden Katalysator in Gegenwart von wasserstoffenthaltendem Gas zersetzt wird.These Task is solved by a process for removing trialkylammonium formate Methylolalkanes obtained by condensation of formaldehyde with a higher Aldehyde were obtained, this process being characterized is that trialkylammonium formate at elevated temperature at a Titanium dioxide supported Ruthenium-containing catalyst in the presence of hydrogen-containing Gas is decomposed.

Für die Aufreinigung durch das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Methylolalkane sind beispielsweise Neopentylglykol, Pentaerythrit, Trimethylolpropan, Trimethylolbutan, Trimethylolethan, 2-Ethyl-1,3-propandiol, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Dimethylolpropan, Dipentaerythrit und 1,1-, 1,2-, 1,3- und 1,4-Cyclohexandimethanol.For the purification by the method according to the invention suitable methylolalkanes are, for example, neopentyl glycol, pentaerythritol, Trimethylolpropane, trimethylolbutane, trimethylolethane, 2-ethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, glycerol, dimethylolpropane, dipentaerythritol and 1,1-, 1,2-, 1,3- and 1,4-cyclohexanedimethanol.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt Trimethylolalkane, die nach dem organischen Cannizzarro oder dem Hydrierverfahren hergestellt werden, unter Hydrierbedingungen von Trialkylammoniumformiaten gereinigt. Bevorzugt werden nach dem Hydrierverfahren hergestellte Trimethylolalkane, besonders bevorzugt Trimethylolpropan, nachfolgend TMP abgekürzt, gereinigt.in the Framework of the method according to the invention are preferred trimethylolalkanes, according to the organic Cannizzarro or the hydrogenation process, under hydrogenation conditions purified from Trialkylammoniumformiaten. Are preferred after the Hydrogenation trimethylolalkanes prepared, particularly preferred Trimethylolpropane, abbreviated to TMP, purified.

Die Herstellung von Trialkylammoniumformiat-enthaltendem Roh-TMP nach dem Cannizzaro-Verfahren ist beispielsweise in DE 198 48 569 offenbart.The preparation of trialkylammonium formate-containing crude TMP by the Cannizzaro process is, for example, in DE 198 48 569 disclosed.

Das TMP wird nach dem Hydrierverfahren erhalten durch Kondensation von n-Butyraldehyd mit Formaldehyd in Gegenwart von katalytischen Mengen eines tertiären Amins und anschließender katalytischer Hydrierung des entstandenen Dimethylolbutanal-Gemisches. Dieses Roh-TMP enthält keine Alkali- oder Erdalkaliformiate oder sonstige Verunreinigungen, die bei dem anorganischen Cannizzaro-Verfahren entstehen. Ebenfalls enthält das Roh-TMP nur geringe Mengen, ca. 5 bis 10 Mol-% an Trialkylammoniumformiaten bzw. freiem Trialkylamin, anders als beim organischen Cannizzaro-Verfahren.The TMP is obtained by the hydrogenation process by condensation of n-butyraldehyde with formaldehyde in the presence of catalytic amounts a tertiary Amines and subsequent catalytic hydrogenation of the resulting Dimethylolbutanal-mixture. This Contains crude TMP no alkali or alkaline earth formates or other impurities, produced by the inorganic Cannizzaro process. Also contains the crude TMP only small amounts, about 5 to 10 mol% of trialkylammonium formates or free trialkylamine, unlike the organic Cannizzaro method.

Das der Hydrierung entstammende und dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren zu unterwerfende Roh-TMP enthält neben Trimethylolpropan und Wasser noch Methanol, Trialkylamin, Trialkylammoniumformiat, längerkettige lineare und verzweigte Alkohole und Diole, beispielsweise Methylbutanol oder Ethylpropandiol, Additionsprodukte von Formaldehyd und Methanol an Trimethylolpropan, Acetale wie Dimethylolbutyraldehyd-TMP-Acetal sowie das sogenannte Di-TMP.The the hydrogenation stemmende and the cleaning process according to the invention to be subjugated crude TMP contains in addition to trimethylolpropane and water, methanol, trialkylamine, Trialkylammonium formate, longer chain linear and branched alcohols and diols, for example methylbutanol or ethylpropanediol, addition products of formaldehyde and methanol trimethylolpropane, acetals such as dimethylol butyraldehyde TMP acetal as well as the so-called Di-TMP.

Gute Ergebnisse wurden erzielt mit Hydrierausträgen, die 10 bis 40 Gew.-% Trimethylolpropan, 0 bis 10 Gew.-% 2,2-Dimethylolbutanal, 0,5 bis 5 Gew.-% Methanol, 0 bis 6 Gew.-% Methylbutanol, 1 bis 10 Gew.-% Trialkylammoniumformiat, 0 bis 5 Gew.-% 2-Ethylpropandiol; 0,1 bis 10 Gew.-% Hochsieder wie Di-TMP oder auch andere Additionsprodukte und 5 bis 80 Gew.-% Wasser aufweisen. Hydrierausträge einer derartigen Zusammensetzung können beispielsweise erhalten werden nach dem in der WO 98/28253 beschriebenen Verfahren. Es ist möglich den so erhaltenen Hydrieraustrag entsprechend den Beispielen 2 und 3 der DE-A-199 63 435 vor der erfindungsgemäßen Aufreinigung zur Zersetzung des Trialkylammoniumformiates zunächst durch kontinuierliche Destillation aufzuarbeiten. Bevorzugt ist jedoch die erfindungsgemäße Aufreinigung der Hydrierausträge ohne vorherige destillative Behandlung.Quality Results were obtained with hydrogenation effluents containing 10 to 40% by weight of trimethylolpropane, 0 to 10% by weight of 2,2-dimethylolbutanal, 0.5 to 5% by weight of methanol, 0 to 6% by weight of methyl butanol, 1 to 10% by weight of trialkylammonium formate, 0 to 5% by weight of 2-ethylpropanediol; 0.1 to 10 wt .-% high boilers such Di-TMP or other addition products and 5 to 80 wt .-% water exhibit. hydrogenation products such a composition can be obtained, for example are prepared according to the method described in WO 98/28253. It is possible the thus obtained hydrogenation according to Examples 2 and 3 of DE-A-199 63 435 before the purification according to the invention for decomposition of the trialkylammonium formate initially by continuous Work up distillation. However, preference is given to the purification according to the invention the hydrogenation without prior distillative treatment.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Katalysator, enthaltend auf Titandioxid-Formkörpern geträgertes Ruthenium, wobei die Titandioxid-Formkörper durch Behandeln von marktüblichem Titandioxid vor oder nach dem Formen mit 0,1 bis 30 Gew.-% einer Säure, in der Titandioxid schwer löslich ist, erhalten werden, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Ruthenium kann dabei sowohl in Form des reinen Metalls als auch als dessen Verbindung, beispielsweise Oxyd oder Sulfid, eingesetzt werden.The present invention furthermore relates to a catalyst comprising titanium dioxide form The titanium dioxide bodies are obtained by treating commercially available titanium dioxide before or after molding with 0.1 to 30% by weight of an acid in which titanium dioxide is sparingly soluble, which is used in the process according to the invention. Ruthenium can be used both in the form of the pure metal and as its compound, for example, oxide or sulfide.

Das katalytisch aktive Ruthenium wird nach an sich bekannten Verfahren, bevorzugt auf vorgefertigtes TiO2 als Trägermaterial aufgebracht.The catalytically active ruthenium is applied by conventional methods, preferably on prefabricated TiO 2 as a carrier material.

Ein für die Verwendung in dem Ruthenium enthaltenden Katalysator bevorzugt geeigneter Titandioxid-Träger kann entsprechend DE 197 38 464 durch Behandeln von marktüblichem Titandioxid vor oder nach dem Formen mit 0,1 bis 30 Gew.-% einer Säure, bezogen auf Titandioxid, in der das Titandioxid schwer löslich ist, erhalten werden. Bevorzugt wird Titandioxid in der Anatas-Modifikation verwendet. Als derartige Säure sind beispielsweise Ameisensäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Essigsäure oder Stearinsäure geeignet.A titanium dioxide support which is preferably suitable for use in the ruthenium-containing catalyst may accordingly be used DE 197 38 464 by treating commercially available titanium dioxide before or after molding with 0.1 to 30% by weight of an acid, based on titanium dioxide, in which the titanium dioxide is sparingly soluble. Titanium dioxide is preferably used in the anatase modification. As such acid, for example, formic acid, phosphoric acid, nitric acid, acetic acid or stearic acid are suitable.

Die Aktivkomponente Ruthenium kann in Form einer Rutheniumsalzlösung auf den so erhaltenen Titandioxidträger in einer oder mehreren Tränkstufen aufgebracht werden.The Active component Ruthenium may be in the form of a ruthenium salt solution the titania support thus obtained in one or more drinking stages be applied.

Anschließend wird der getränkte Träger getrocknet und gegebenenfalls calciniert. Es ist jedoch auch möglich Ruthenium aus einer Rutheniumsalzlösung, bevorzugt mit Natriumcarbonat, auf einen als Pulver in wässriger Suspension vorliegendes Titandioxids zu fällen. Die ausgefällten Niederschläge werden gewaschen, getrocknet, gegebenenfalls calciniert und verformt. Weiterhin können flüchtige Rutheniumverbindungen, wie beispielsweise Rutheniumacetylacetonat oder Rutheniumcarbonyl, in die Gasphase überführt werden und in an sich bekannter Weise auf den Träger aufgebracht werden (Chemical vapor deposition).Subsequently, will the soaked carrier dried and optionally calcined. However, it is also possible Ruthenium from a ruthenium salt solution, preferably with sodium carbonate, as a powder in aqueous Suspension precipitate present titanium dioxide. The precipitated precipitation will be washed, dried, optionally calcined and deformed. Farther can volatile Ruthenium compounds such as ruthenium acetylacetonate or Rutheniumcarbonyl, are converted into the gas phase and in per se known Way on the carrier be applied (chemical vapor deposition).

Die so erhaltenen, geträgerten Katalysatoren können in allen bekannten Konfektionierungsformen vorliegen. Beispiele sind Stränge, Tabletten oder Granulate. Vor ihrer Verwendung werden die Rutheniumkatalysatorvorläufer durch Behandlung mit Wasserstoffhaltigem Gas, bevorzugt bei Temperaturen über 100°C reduziert. Bevorzugt werden die Katalysatoren vor ihrem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen von 0 bis 50°C, bevorzugt bei Raumtemperatur, mit sauerstoffhaltigen Gasgemischen, bevorzugt mit Luft-Stickstoffgemischen, passiviert. Es ist auch möglich, den Katalysator in oxidischer Form in den Hydrierreaktor einzubauen und unter Reaktionsbedingungen zu reduzieren.The thus obtained, carried Catalysts can present in all known packaging forms. Examples are strands, Tablets or granules. Before being used, the ruthenium catalyst precursors are passed through Treatment with hydrogen-containing gas, preferably reduced at temperatures above 100 ° C. Preference is given to the catalysts before they are used in the process according to the invention at temperatures from 0 to 50 ° C, preferably at room temperature, with oxygen-containing gas mixtures, preferably with air-nitrogen mixtures, passivated. It is also possible, to incorporate the catalyst into the hydrogenation reactor in oxidic form and reduce under reaction conditions.

Der erfindungsgemäße Katalysator weist einen Rutheniumgehalt von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 6, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators aus katalytisch aktivem Metall und Träger, auf. Der erfindungsgemäße Katalysator kann einen Schwefelgehalt von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, aufweisen, wobei die Schwefel-Bestimmung coulometrisch erfolgte.Of the catalyst according to the invention has a ruthenium content of 0.1 to 10 wt .-%, preferably from 2 to 6, based on the total weight of the catalyst from catalytic active metal and carrier, on. The catalyst according to the invention can have a sulfur content of 0.01 to 1 wt .-%, based on the Total weight of the catalyst, wherein the sulfur determination coulometrically.

Die Rutheniumoberfläche beträgt dabei von 1 bis 20 m2/g, bevorzugt von 5 bis 15 und die BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66 131) von 5 bis 500 m2/g, bevorzugt von 50 bis 200 m2/g.The ruthenium surface is from 1 to 20 m 2 / g, preferably from 5 to 15 and the BET surface area (determined to DIN 66 131) of 5 to 500 m 2 / g, preferably from 50 to 200 m 2 / g.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren weisen ein Porenvolumen von 0,1 bis 1 ml/g auf. Weiterhin zeichnen sich die Katalysatoren durch einen Schneidhärte von 1 bis 100 N aus.The catalysts of the invention have a pore volume of 0.1 to 1 ml / g. Continue drawing the catalysts are characterized by a cutting hardness of 1 to 100 N.

Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäß für die Zersetzung des im Roh-TMP enthaltenen Trialkylammoniumformiates verwendete Ruthenium enthaltende Trägerkatalysator auf Titandioxid ist auch für die Hydrierung der Vorstufe des TMP's (2,2-Dimethylolbutanal) geeignet.Of the according to the invention described above for the decomposition of the crude TMP contained ruthenium containing trialkylammonium supported catalyst on titanium dioxide is also for the hydrogenation of the precursor of TMP (2,2-dimethylolbutanal) suitable.

Die Verwendung des gleichen Katalysators für die Hydrierung des Dimethylolbutanals und zur Zersetzung des Trialkylammoniumformiats ist besonders wirtschaftlich, da die The Use of the same catalyst for the hydrogenation of the Dimethylolbutanals and the decomposition of the trialkylammonium formate is particularly economical, there the

Zersetzung des Trialkylammoniumformiats in diesem Fall im Hydrierreaktor des Hyd rierverfahrens gemäß WO 98/28253 erfolgen kann und kein zusätzlicher Reaktor benötigt wird. Die Zersetzung der Trialkylammoniumformiate nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch ebenso in einen gesonderten Reaktor durchgeführt werden.decomposition of the trialkylammonium formate in this case in the hydrogenation reactor of Hyd rierverfahrens according to WO 98/28253 can be done and no additional Needed reactor becomes. The decomposition of Trialkylammoniumformiate by the method according to the invention however, it may also be carried out in a separate reactor.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zersetzung der Trialkylam moniumformiate im allgemeinen bei einer Temperatur von 100 bis 250°C, vorzugsweise 120 bis 180°C durchgeführt. Die dabei verwendeten Drücke liegen in der Regel bei oberhalb von 1·106 Pa, bevorzugt 2·106 bis 15·106 Pa.In the context of the process according to the invention, the decomposition of the trialkylam moniumformiate is generally carried out at a temperature of 100 to 250 ° C, preferably 120 to 180 ° C. The pressures used in this case are generally above 1 × 10 6 Pa, preferably 2 × 10 6 to 15 × 10 6 Pa.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden, wobei die kontinuierliche Verfahrensdurchführung bevorzugt ist.The process according to the invention can be carried out either continuously or batchwise be, with the continuous process execution is preferred.

Bei der kontinuierlichen Verfahrensführung beträgt die Menge des Roh-Trimethylolalkans aus dem Hydrierverfahren bzw. dem organischen Cannizzaro-Verfahren vorzugsweise ungefähr 0,05 bis ungefähr 3 kg pro Liter Katalysator pro Stunde, weiter bevorzugt ungefähr 0,1 bis ungefähr 1 kg pro Liter Katalysator pro Stunde.at continuous process management is the amount of crude trimethylolalkane from the hydrogenation process or the organic Cannizzaro method preferably about 0.05 until about 3 kg per liter of catalyst per hour, more preferably about 0.1 to approximately 1 kg per liter of catalyst per hour.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Hydrierbedingungen durchgeführt, d.h. mit einem zugefügten Hydriergas aus einer externen Quelle.The inventive method is carried out under hydrogenation conditions, i. with an added hydrogenation gas from an external source.

Als Hydriergase können beliebige Gase verwendet werden, die freien Wasserstoff enthalten und keine schädlichen Mengen an Katalysatorgiften, wie beispielsweise CO, aufweisen. Beispielsweise können Reformerabgase verwendet werden. Vorzugsweise wird reiner Wasserstoff verwendet.When Hydrogenation gases can Any gases containing free hydrogen may be used and no harmful ones Amounts of catalyst poisons, such as CO, have. For example can Reformer exhaust gases are used. Preferably, pure hydrogen uses.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.in the The following is the process of the invention based on embodiments be explained in more detail.

I. Herstellung Roh-TMP gemäß WO 98/28 253I. Preparation of crude TMP according to WO 98/28 253

Eine Apparatur bestehend aus zwei beheizbaren, durch Überlaufrohre miteinander verbundenen Rührkesseln mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 72 l wurde mit frischer, wässriger Formaldehydlösung (4300 g/l in Form der 40 %igen wässrigen Lösung und n-Butyraldehyd (1800 g/h) und mit frischem Trimethylamin als Katalysator (130 g/h) in Form der 45 %igen wäßrigen Lösung kontinuierlich beschickt. Die Reaktoren wurden dabei auf 40°C temperiert.A Apparatus consisting of two heatable stirred tanks interconnected by overflow pipes with a capacity of a total of 72 l was washed with fresh, aqueous formaldehyde solution (4300 g / L in the form of 40% aqueous solution and n-butyraldehyde (1800 g / h) and with fresh trimethylamine as Catalyst (130 g / h) in the form of 45% aqueous solution continuously charged. The reactors were at 40 ° C tempered.

Der Austrag wurde direkt in den oberen Teil eines Fallfilmverdampfers mit aufgesetzter Kolonne (11 bar Heizdampf) geleitet und dort bei normalem Druck destillativ in ein leichtsiedendes Kopfprodukt, im wesentlichen enthaltend n-Butyraldehyd, Ethylacrolein, Formaldehyd, Wasser und Trimethylamin, und ein hochsiedendes Sumpfprodukt aufgetrennt.Of the Discharge was directly into the upper part of a falling film evaporator passed with attached column (11 bar heating steam) and there at normal pressure by distillation in a low - boiling overhead product, in essentially containing n-butyraldehyde, ethylacrolein, formaldehyde, Separated water and trimethylamine, and a high-boiling bottom product.

Das Kopfprodukt wurde kontinuierlich kondensiert und in die oben beschriebenen Reaktoren zurückgeführt.The Overhead product was condensed continuously and into those described above Reactors returned.

Das hochsiedende Sumpfprodukt aus dem Verdampfer (ca. 33,5 kg/h) wurde kontinuierlich mit frischem Trimethylamin-Katalysator (50 g/h, in Form der 45%igen wässrigen Lösung) versetzt und in einen beheizbaren, mit Füllkörpern versehenen Rohrreaktor mit einem Leervolumen von 12 l geführt. Der Reaktor war dabei auf 40°C temperiert.The high-boiling bottom product from the evaporator (about 33.5 kg / h) was continuously with fresh trimethylamine catalyst (50 g / h, in Form of 45% aqueous Solution) and placed in a heated, provided with packing tubular reactor with a void volume of 12 l. The reactor was there at 40 ° C tempered.

Der Austrag des Nachreaktors wurde kontinuierlich in den oberen Teil einer weiteren Destillationseinrichtung, der Formaldehydabtrennung (11 bar Heizdampf), gegeben und dort destillativ in ein leichtsiedendes Kopfprodukt, im wesentlichen enthaltend Ethylacrolein, Formaldehyd, Wasser und Trimethylamin, und ein hochsiedendes Sumpfprodukt aufgetrennt. Das leichtsiedende Kopfprodukt (27 kg/h) wurde kontinuierlich kondensiert und in den ersten Rührkessel zurückgeleitet, wohingegen das hochsiedende Sumpfprodukt gesammelt wurde.Of the Discharge of the postreactor was continuously in the upper part a further distillation device, the formaldehyde separation (11 bar heating steam), and there by distillation in a low-boiling overhead product, essentially containing ethylacrolein, formaldehyde, water and Trimethylamine, and a high-boiling bottom product separated. The low-boiling overhead product (27 kg / h) was condensed continuously and in the first stirred tank returned, whereas the high boiling bottoms product was collected.

Das so erhaltene Sumpfprodukt enthielt neben Wasser im wesentlichen Dimethylolbutyraldehyd, Formaldehyd und Spuren Monomethylolbutyraldehyd. Er wurde dann einer kontinuierlichen Hydrierung unterworfen. Dazu wurde die Reaktionslösung bei 90 bar und 115°C in einem Hauptreaktor in Kreislauf/Rieselfahrweise und einem nachgeschalteten Nachreaktor in Kreislauffahrweise hydriert. Der Katalysator wurde analog J der DE 198 09 418 hergestellt. Er enthielt 40 % CuO, 20 % Cu und 40% TiO2. Die verwendete Apparatur bestand aus einem 10 m langen beheizten Hauptreaktor (Innendurchmesser: 27 mm) und einem 5,3 m langen beheizten Nachreaktor (Innendurchmesser: 25 mm). Der Kreislaufdurchsatz betrug 25 l/h Flüssigkeit, der Reaktorzulauf wurde auf 4 kg/h eingestellt. Dementsprechend wurden 4 kg/h Hydrieraustrag erhalten. Der Hydrieraustrag hatte folgende Zusammensetzung 22,6 Gew.-% TMP, 1,93 Gew.-% Dimethylolbutanal, 1,4 Gew.-% Methanol, 1,1 Gew.-% Methylbutanol, 0,7 Gew.-% Ethylpropandiol, 1,2 Gew.-% Addukten von TMP mit Formaldehyd und Methanol, < 0,1 Gew.-% TMP-Formiat, 1,2 Gew.-% TMP-Dimethylbutanal-Acetale, 2,9 Gew.-% Hochsieder, 0,57 Gew.-% Trimethylammoniumformiat und 66,2 Gew.-% Wasser.The bottom product thus obtained contained, besides water, essentially dimethylol butyraldehyde, formaldehyde and traces of monomethylol butyraldehyde. It was then subjected to continuous hydrogenation. For this purpose, the reaction solution was hydrogenated at 90 bar and 115 ° C in a main reactor in circulation / trickle mode and a downstream downstream reactor in circulation mode. The catalyst was prepared analogously to J. DE 198 09 418 produced. It contained 40% CuO, 20% Cu and 40% TiO 2 . The apparatus used consisted of a 10 m long heated main reactor (inner diameter: 27 mm) and a 5.3 m long heated Nachreaktor (inner diameter: 25 mm). The circulation throughput was 25 l / h liquid, the reactor feed was set to 4 kg / h. Accordingly, 4 kg / h of hydrogenation were obtained. The hydrogenation product had the following composition: 22.6% by weight of TMP, 1.93% by weight of dimethylolbutanal, 1.4% by weight of methanol, 1.1% by weight of methyl butanol, 0.7% by weight of ethylpropanediol, 1.2 wt .-% adducts of TMP with formaldehyde and methanol, <0.1 wt .-% TMP formate, 1.2 wt .-% TMP dimethyl butanal acetals, 2.9 wt .-% high boilers, 0 , 57% by weight of trimethylammonium formate and 66.2% by weight of water.

II. Messung PorositätII. Measurement porosity

Die Bestimmung der Porosität der Katalysatoren erfolgte mit der HG-Intrusionsmethode entsprechend DIN 66 133.The Determination of porosity the catalysts were carried out by the HG intrusion method according to DIN 66 133.

III. Bestimmung BET-OberflächeIII. Determination of BET surface area

Die Bestimmung der BET-Oberfläche der Katalysatoren erfolgte mit entsprechend DIN 66 131.The Determination of the BET surface area the catalysts were carried out according to DIN 66 131.

IV. Bestimmung der SchneidhärteIV. Determination of cutting hardness

Zur Ermittlung der Schneidhärte werden Proben mit einer Schneide zertrennt. Die Kraft, mit der die Schneide belastet werden muß, um eine Durchtrennung der Probe zu erreichen, bezeichnet ist die Schneidhärte in N (Newton).to Determination of cutting hardness Samples are cut with a cutting edge. The force with which the cutting edge must be burdened, to achieve a separation of the sample is called the cutting hardness in N (Newton).

V. Bestimmung Formiatgehalt mit IonenchromatographieV. Determination of formate content with ion chromatography

Die Bestimmung des Formiatgehaltes erfolgt mittels Ionenchromatographie gemäß der DEV ISO 10304-2.The Determination of formate content is carried out by means of ion chromatography according to the DEV ISO 10304-2.

Beispiel 1: Katalysatorherstellung Ru/TiO2 Example 1: Catalyst preparation Ru / TiO 2

121,3 g einer Rutheniumnitrosylnitrat-Lösung (Ru-Gehalt: 10,85 Gew.-%) wurden mit Wasser auf 90 ml verdünnt. 250 g Titandioxid Stränge in Form von 1,5 mm Strängen mit einer BET-Oberfläche von 104 m2/g und einer Porosität 0,36 ml/g, die entsprechend DE 197 38 463 , Beispiel 3, hergestellt worden waren, wurden langsam mit der Rutheniumlösung getränkt. Die feuchten Stränge wurden anschließend 2 h bei 100°C und 16 h bei 120°C getrocknet. Die Aktivierung des Katalysators durch Reduktion erfolgte bei 300°C mit 10 Nl/h Wasserstoff und 10 Nl/h Stickstoff über einen Zeitraum von 4 h. Anschließend wurde der Katalysator bei Raumtemperatur mit Luft/Stickstoff-Gemischen passiviert.121.3 g of a ruthenium nitrosyl nitrate solution (Ru content: 10.85% by weight) was diluted to 90 ml with water. 250 g of titanium dioxide strands in the form of 1.5 mm strands with a BET surface area of 104 m 2 / g and a porosity of 0.36 ml / g, respectively DE 197 38 463 , Example 3, were slowly soaked in the ruthenium solution. The wet strands were then dried for 2 h at 100 ° C and 16 h at 120 ° C. The activation of the catalyst by reduction was carried out at 300 ° C with 10 Nl / h of hydrogen and 10 Nl / h of nitrogen over a period of 4 h. Subsequently, the catalyst was passivated at room temperature with air / nitrogen mixtures.

Die fertigen Katalysatorstränge besaßen einen Ru-Gehalt von 4,2 Gew.-%, eine BET-Oberfläche von 103 m2/g, ein Porenvolumen von 0,26 ml/g, eine Rutheniumoberfläche von 12 m2/g sowie eine Schneidhärte von 21,2 N.The finished catalyst strands had a Ru content of 4.2 wt .-%, a BET surface area of 103 m 2 / g, a pore volume of 0.26 ml / g, a ruthenium surface of 12 m 2 / g and a cutting hardness of 21.2 N.

Beispiele 1 bis 4Examples 1 to 4

Das verwendete TMP, hergestellt wie vorstehend beschrieben hat die Zusammensetzung 22,6 Gew.-% TMP, 1,93 Gew.-% Dimethylolbutanal, 1,4 Gew.-% Methanol, 1,1 Gew.-% Methylbutanol, 0,7 Gew.-% Ethylpropandiol, 1,2 Gew.-% Addukten von TMP mit Formaldehyd und Methanol, < 0,1 Gew.-% TMP-Formiat, 1,2 Gew.-% TMP-Dimethylbutanal-Acetale, 2,9 Gew.-% Hochsieder, 0,57 Gew.-% Trimethylammoniumformiat und 66,2 Gew.-% Wasser. Von dieser Rohlösung wurden 180 ml in Gegenwart eines bei 180°C und 25 bar vorreduzierten Katalysators gemäß Tabelle 1 mit Wasserstoff bei 180°C und 90 bar behandelt. Nach einer Stunde wurde der Dimethylolbutanal-Gehalt gaschromatographisch ermittelt. Die Formiatkonzentration wurde mit Hilfe der Ionenchromatographie ermittelt. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.The TMP prepared as prepared above has the composition 22.6% by weight of TMP, 1.93% by weight of dimethylolbutanal, 1.4% by weight of methanol, 1.1% by weight of methyl butanol, 0.7% by weight of ethyl propane diol, 1.2% by weight Adducts of TMP with formaldehyde and methanol, <0.1% by weight TMP formate, 1.2% by weight TMP dimethylbutanal-acetals 2.9 wt .-% high boilers, 0.57 wt .-% trimethylammonium and 66.2% by weight of water. From this crude solution was added 180 ml in the presence one at 180 ° C and 25 bar prereduced catalyst according to Table 1 with hydrogen at 180 ° C and treated 90 bar. After one hour, the dimethylol butanal content was gas chromatographed determined. The formate concentration was determined using ion chromatography determined. The results obtained are summarized in Table 1.

Figure 00090001
Figure 00090001

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die katalytische Zersetzung von Ammoniumformiat bei 150°C an den erfindungsgemäß verwendeten Rutheniumkatalysatoren mit hohen Umsätzen möglich ist und deutlich effektiver ist als an Kupfer-, Nickel- und Cobalt-Katalysatoren. Aus Abgasanalysen geht hervor, dass Methan das Hauptprodukt der Formiatzersetzung darstellt.Out The table shows that the catalytic decomposition of Ammonium formate at 150 ° C to the invention used Ruthenium catalysts with high conversions is possible and significantly more effective is as on copper, nickel and cobalt catalysts. From exhaust gas analyzes goes that methane is the major product of the decomposition of form.

Claims (7)

Verfahren zum Entfernen von Trialkylammoniumformiat aus Methylolalkanen, die durch Kondensation von Formaldehyd mit einem höheren Aldehyd erhalten wurden, dadurch gekennzeichnet, dass Trialkylammoniumformiat bei erhöhter Temperatur an einem auf Titandioxid geträgerten Ruthenium enthaltenden Katalysator in Gegenwart von wasserstoffenthaltendem Gas zersetzt wird.A process for removing trialkylammonium formate from methylolalkanes obtained by condensation of formaldehyde with a higher aldehyde, characterized in that trialkylammonium formate is decomposed at elevated temperature on a titania-supported ruthenium-containing catalyst in the presence of hydrogen-containing gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator einen Rutheniumgehalt von 0,1 bis 10 Gew.-% aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the catalyst has a ruthenium content of 0.1 to 10% by weight having. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Titandioxid-Formkörper verwendet werden, die durch Behandeln von marktüblichem Titandioxid vor oder nach dem Formen mit 0,1 bis 30 Gew.-% einer Säure, in der Titandioxid schwer löslich ist, erhalten wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized that uses titanium dioxide molded body before, by treating commercially available titanium dioxide after molding with 0.1 to 30 wt .-% of an acid in the titanium dioxide heavy soluble is, is received. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei 100 bis 250°C durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the process is carried out at 100 to 250 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Druck von 1·106 bis 15·106 Pa durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is carried out at a pressure of 1 · 10 6 to 15 · 10 6 Pa. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es im Hydrierreaktor des Hydrierverfahrens durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that it is carried out in the hydrogenation reactor of the hydrogenation process. Katalysator, enthaltend auf Titandioxid-Formkörpern geträgertes Ruthenium, wobei die Titandioxid-Formkörper durch Behandeln von marktüblichem Titandioxid vor oder nach dem Formen mit 0,1 bis 30 Gew.-% einer Säure, in der Titandioxid schwerlöslich ist, erhalten wird.Catalyst containing ruthenium supported on titania moldings, the titania moldings by treating commercially available Titanium dioxide before or after molding with 0.1 to 30 wt .-% of a Acid, sparingly soluble in titanium dioxide is, is received.
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