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WO2005058492A1 - Improved catalyst for hydrogenating maleic anhydride to form y-butyrolactone and tetrahydrofuran - Google Patents

Improved catalyst for hydrogenating maleic anhydride to form y-butyrolactone and tetrahydrofuran Download PDF

Info

Publication number
WO2005058492A1
WO2005058492A1 PCT/EP2004/013810 EP2004013810W WO2005058492A1 WO 2005058492 A1 WO2005058492 A1 WO 2005058492A1 EP 2004013810 W EP2004013810 W EP 2004013810W WO 2005058492 A1 WO2005058492 A1 WO 2005058492A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalyst
hydrogenation
oxide
hydrogen
msa
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/013810
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Rösch
Rolf Pinkos
Michael Hesse
Stephan Schlitter
Olga Schubert
Gunther Windecker
Alexander Weck
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Aktiengesellschaft filed Critical Basf Aktiengesellschaft
Publication of WO2005058492A1 publication Critical patent/WO2005058492A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/26Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member
    • C07D307/30Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/32Oxygen atoms
    • C07D307/33Oxygen atoms in position 2, the oxygen atom being in its keto or unsubstituted enol form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/04Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/06Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/08Preparation of tetrahydrofuran

Definitions

  • the present invention relates to an improved chromium-free catalyst for the preparation of defined BSA-free mixtures of ⁇ -butyloctolactone (GBL) and tetrahydrofuran (THF) by catalytic hydrogenation of C4-dicarboxylic acids and / or their derivatives such as maleic anhydride (MSA) in the gas phase.
  • GBL ⁇ -butyloctolactone
  • THF tetrahydrofuran
  • MSA maleic anhydride
  • Derivatives in this application are esters and anhydrides which, like the acids, may have one or more alkyl substituents.
  • the process uses a catalyst having a uniform structure which comprises mixtures of copper oxide and optionally at least one further oxide from groups 1 to 14 of the Periodic Table of the Elements in the active composition, and an oxide having acidic centers, preferably aluminum oxide the active composition and the oxide with acidic centers (also referred to below as acidic oxide) are pressed or extruded into max.20 mm 3 large moldings.
  • a catalyst having a uniform structure which comprises mixtures of copper oxide and optionally at least one further oxide from groups 1 to 14 of the Periodic Table of the Elements in the active composition, and an oxide having acidic centers, preferably aluminum oxide the active composition and the oxide with acidic centers (also referred to below as acidic oxide) are pressed or extruded into max.20 mm 3 large moldings.
  • the catalysts used according to US 5,072,009 correspond to the general formula Cu ⁇ Zn Al c M d O x , in which M is at least one element which is selected from the group consisting of the groups IIA and IIIA, VA, VIII, Ag, Au, den Groups HIEB to VIIB as well as lanthanides and actinides of the Periodic Table of the Elements; b is a number between 0.001 and 500, c is a number between 0.001 and 500 and d is a number from 0 to ⁇ 200 and x corresponds to the number of oxygen atoms that are necessary according to the valence criteria.
  • Chromium-containing catalysts of the type Cu / Mn / Ba / Cr and Cu / Zn / Mg / Cr for the MSA gas phase hydrogenation are known from WO 97/43234.
  • BDO is mainly obtained in addition to small amounts of GBL and THF.
  • the hydrogenation is carried out at about 150 ° C to 300 ° C and a pressure of 5 bar to 100 bar in the gas phase.
  • JP 2-233631 The use of chromium oxide-free catalysts based on mixed Cu-Al oxides is disclosed in JP 2-233631.
  • the hydrogenation of MSA is to be carried out in such a way that almost exclusively THF and BDO are produced as the main products along with at most small amounts of GBL. This is then achieved by the use of the catalysts based on mixed Cu-Al oxides and by observing certain reaction conditions.
  • the MSA hydrogenation is carried out so that MSA in a solvent such as GBL, THF or Dissolved dioxane and this strongly diluted MSA solution is passed over the catalyst after their evaporation.
  • Example 6 describes the evaporation of MSA melt without solvent. Here, only a yield of THF of 76.3 mol% is obtained. As a by-product, 1, 4-butanediol (BDO) is formed in 20.4% yield.
  • the hydrogenation is carried out at temperatures between about 210 to 230 ° C and GHSV values of about 3200 to 9600. The hydrogen / MSA ratios are comparatively unfavorably high for industrial processes, in the examples from 200 to 800.
  • the catalysts used in the examples have a composition of 20 wt .-% CuO, 43.6 wt .-% ZnO and 18.1 wt .-% Al 2 O 3 , 32.6 wt .-% CuO 38.1 wt % ZnO and 9.5% by weight Al 2 O 3 , 24.2% by weight CuO, 36.4% by weight ZnO and 17.2% by weight Al 2 O 3 , 26.4 Wt .-% CuO, 52.9 wt .-%, ZnO, 7.6 wt .-% Al 2 O 3 and 1, 4 wt .-% CaO and 22.9 wt .-% CuO, 44.8 wt % ZnO and 16.3% by weight Al 2 O 3 . It is generally worked in a solvent such as GBL or dioxane, with a maximum THF selectivity of 94% is achieved. When the reaction is carried out without a solvent, the THF selectivity reaches a maximum value of 83%.
  • EP 0404408 claims a catalyst for MSA hydrogenation to THF and GBL having a substantially inert, at least partially porous, outer surface-carrying carrier and a catalytically active, coated on the outer surface of the carrier, strong on the outer surface the oxide of the carrier comprises, wherein the catalytically active oxide material comprises a mixed oxide catalyst of the formula Cu ⁇ n b Al c M d O x , wherein M is at least one element selected from the group consisting of Groups IIA to VA, Group VIII, Ag, Au, groups IIIB to VIIB, the rare earth metals and the transuranic, b is a number between 0.001 and 500, c is a number between 0.001 and 500 and d is a number from 0 to 200 and x is a number of oxygen atoms necessary according to valence criteria becomes.
  • This shell catalyst favors the formation of GBL as the preferred product arises.
  • Another disadvantage is the large amount of BSA formed.
  • DE 10061555 also discloses a copper oxide and alumina-containing coated catalyst for gas-phase dehydrogenation of MSA. From DE 10061556 a method for the selective production of THF using a Cu-Al catalyst is known. A disadvantage of the method is that there are only limited possibilities of influencing the product composition. If the temperature is lowered, the content of GBL in the discharge increases, but at the same time the content of BSA in the discharge increases.
  • the object of the present invention is to provide a catalyst and a process by which defined mixtures of GBL and THF can be prepared by hydrogenating MSA. This process should be able to be operated continuously and with chromium-free catalysts and as large as possible
  • the catalyst should be able to be operated with MSA which has not been pre-cleaned in a complicated manner, for example by distillation, and nevertheless has high stability, ie does not require frequent regeneration.
  • the method is intended to allow the operator the variability without a catalyst change, i. only by changing the operating parameters to obtain a modified product mixture in order to adapt flexibly and economically to the market requirements can. All accessible product mixtures should be as free of BSA as possible, on the one hand to prevent procedural problems (laying in pipelines), on the other hand, but also to minimize yield losses.
  • the catalyst according to the invention has a uniform structure structure. Its components are intimately mixed with each other, whereby the catalyst has no larger, differently structured components, as do, for example, coated catalysts.
  • the catalyst in the form of the inventive small moldings in a process for the hydrogenation of C 4 dicarboxylic acids and / or their derivatives, preferably maleic anhydride in the gas phase, the quantitative ratio of optionally alkyl-substituted value products GBL and THF while retaining all other reaction parameters only can be adjusted by varying the temperature in the reactor in the ratio 0: 1 to 1: 9 and thus a product distribution according to market requirements can be obtained without catalyst change.
  • the term C 4 -dicarboxylic acids and their derivatives in relation to the present application maleic acid and succinic acid, optionally a or more CC 6 alkyl substituents and the anhydrides of these optionally alkyl-substituted acids understood.
  • An example of such an acid is citraconic acid.
  • the respective anhydrides of a given acid are used.
  • the educt used is MSA.
  • the catalyst according to the invention is characterized in that it is able to make variable mixtures of GBL and THF accessible by gas phase hydrogenation of MSA in terms of their product ratios, which are largely free of BSA. It has a long service life and a high load capacity, so that reactivations can be omitted and reactor volume can be saved. All these points make a method practiced with this catalyst particularly economical.
  • the catalyst according to the invention comprises copper oxide and an acidic oxidic material as the main constituent and may optionally contain one or more further metals or their compounds, preferably oxides, from groups 1 to 14 (IA to VIIIA and IB to IVB of the ancient IUPAC nomenclature) of Periodic Table of Elements. If such a further oxide is used, preference is given to using TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , CaO, Na 2 O, Mn 2 O 3 , BaO, and / or MgO.
  • the proportion of copper oxide in the total mass of the catalyst is 5 to
  • the catalyst of the invention contains an acidic oxide which must have a suitable number of acidic sites.
  • the required proportion of the oxide having acidic centers depends on the amount of acidic centers contained therein.
  • Suitable acid oxides having a sufficient number of acidic sites are titanium dioxide, zirconia, silica and alumina, the use of which is preferred and mixed oxides of these oxides.
  • Particularly preferred catalyst compositions comprise ⁇ 70% by weight of copper oxide, in particular 10 to 65% by weight of CuO, and> 20% by weight, preferably> 30% by weight, in particular 35 to 90% by weight, of acidic oxide, on. Low copper oxide levels are also preferred because of the cost advantage achieved thereby. Due to the acidic oxides, high yields can be achieved.
  • the metals from groups 1 to 14 of the Periodic Table of the Elements may be present in the catalyst in an amount of up to 30% by weight.
  • the catalysts used may also contain one or more auxiliaries in an amount of 0 to 10 wt .-%.
  • auxiliaries are meant organic and inorganic substances which contribute to improved processing during catalyst preparation and / or to an increase in the mechanical strength of the catalyst bodies.
  • Such aids are known in the art; Examples include graphite, stearic acid, silica gel, cellulose compounds, starch, polyolefins, carbohydrates (sugars), waxes, alginates, as well as alumina, alumina hydro- xid, eg in the form of boehmite; Zirconia, silica and their sols, substituted and unsubstituted siloxanes and copper powder.
  • the catalysts can be prepared by methods known to those skilled in the art. Preference is given to processes in which the copper oxide is finely distributed and intimately mixed with the other constituents of the active composition and the acidic oxide. Particularly preferably, the corresponding metal salts and / or hydroxides are precipitated from aqueous solution, washed, dried and calcined. Suitable metal salts are, for example, nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, acetates or oxalates. Subsequently, this starting material will be processed by known methods to the moldings, for example extrusion, tableting or by agglomeration, optionally with the addition of auxiliaries.
  • catalysts according to the invention can be prepared by applying the active material or precursor compounds of the active composition to an acidic oxide, for example by impregnation or vapor deposition. Further, catalysts of the present invention can be obtained by molding a mixture of active components and acidic oxide or their precursor compound with an oxide having acidic centers or a precursor compound thereof.
  • the catalysts are used as shaped bodies. Examples include strands, rib strands, other extrudate shapes, tablets, rings, balls, and chippings.
  • extrudates are particularly suitable extrudates. These are obtained by extruding the dried starting compound with an adjuvant (binder), for example boehmite or p-boehmite (AIOOH), and then calcined.
  • the binder can be pretreated prior to extrusion. This is preferably done with acid, such as with formic acid, nitric acid or hydrochloric acid.
  • acid such as with formic acid, nitric acid or hydrochloric acid.
  • Other adjuvants such as pore formers such as carboxymethyl cellulose, potato starch or stearic acid may additionally be added prior to extrusion.
  • the determination of the volume of the shaped bodies according to the invention is effected by calculation from the dimensions of the shaped bodies.
  • the catalyst in which, in addition to MSA, other C dicarboxylic acids defined above or their derivatives can be used as starting material, the catalyst is used in reduced, activated form. Activation takes place with reducing gases, preferably hydrogen or hydrogen / inert gas mixtures, either before or after incorporation into the reactor in which the process according to the invention is carried out. If the catalyst has been incorporated into the reactor in oxidic form, the activation can take place both before the system is started up with the hydrogenation according to the invention and during the startup, ie in situ, be performed.
  • the separate activation before starting the system is generally carried out with reducing gases, preferably hydrogen or hydrogen / inert gas mixtures at elevated temperatures, preferably between 100 and 300 ° C. In so-called in-situ activation, the activation takes place when the system starts up by contact with hydrogen at elevated temperature.
  • the BET surface area of the copper catalysts in the oxidic state is 10 to 400 m 2 / g, preferably 15 to 200 m 2 / g, in particular 20 to 150 m 2 / g.
  • the copper surface (N 2 O decomposition) of the reduced catalyst in the installed state is> 0.2 m 2 / g, preferably> 1 m 2 / g, in particular> 2 m 2 / g.
  • catalysts are used which have a defined porosity.
  • these catalysts show a pore volume of ⁇ 0.01 ml / g for pore diameters> 50 nm, preferably ⁇ 0.025 ml / g for pore diameters> 100 nm and in particular ⁇ 0.05 ml / g for pore diameters
  • the ratio of macropores lies with a diameter
  • the catalysts used in the invention generally have a sufficient life. In the event that the activity and / or selectivity of the catalyst should nevertheless decrease in the course of its operating time, this can be regenerated by measures known to the person skilled in the art.
  • This preferably includes a reductive treatment of the catalyst in a hydrogen stream at elevated temperature.
  • the reductive treatment may be preceded by an oxidative one.
  • the catalyst bed is mixed with a molecular oxygen-containing gas mixture, for example air, at elevated temperature.
  • a suitable solvent for example ethanol, THF or GBL, and then to dry in a gas stream.
  • Reactors in which the catalyst is arranged in a fixed bed are suitable for the process according to the invention. Particularly preferred are tube bundle reactors or plate reactors to the low heat released during the reaction dissipate. MSA is vaporized and passed through the reactor with a hydrogen-containing gas stream.
  • the ratio of the optionally alkyl-substituted value products GBL and THF can be adjusted while maintaining all other reaction parameters only by varying the temperature in the reactor in a ratio of 0: 1 to 1: 9. This is achieved on the one hand by a sufficiently high inlet temperature of the starting materials in the reactor. This is at values of> 220 to 300 ° C, preferably 235 to 270 ° C. In order to obtain an acceptable or high desired product selectivity and yield, the reaction must be carried out so that there is a suitably high reaction temperature at the catalyst bed on which the actual reaction takes place.
  • hot-spot temperatures are at values of 240 to 310 ° C, preferably 240 to 280 ° C.
  • the process is carried out so that the inlet temperature of the reaction gases is below this hot spot temperature.
  • the first hot spot lies spatially in the first half of the reactor after the entry point of the reaction mixture, in particular in the presence of a tube bundle reactor.
  • the first hot-spot temperature is 5 to 15 ° C, in particular 10 to 15 ° C, above the inlet temperature.
  • a second hot spot may be located at any point in the reactor and will be displaced spatially towards the reactor outlet by lowering the inlet temperature.
  • the second hot-spot temperature is 1 to 15 ° C, in particular 2 to 10 ° C, above the inlet temperature. If mainly THF-containing mixtures are to be obtained, this second hot-spot is preferably in the first 2/3 of the reactor; preferably GBL-containing mixtures are to be obtained, the second hotspot is in the last third, in particular at the reactor outlet.
  • the catalyst loading of the hydrogenation according to the invention is in the range from 0.02 to 2.0 kg of starting material / catalyst / hour.
  • the catalyst loading is the sum of freshly fed educt and recycled intermediate. If the catalytic converter Tort burden increased beyond the range mentioned, is generally observed an increase in the proportion of the intermediate product in the hydrogenation.
  • the catalyst loading is in the range of 0.05 to 1 kg of starting material I catalyst • hour.
  • starting material also means initially formed hydrogenation product, which is then hydrogenated further to product after recycling, for example GBL in the case of the use of MSA in the hydrogenation reaction.
  • the hydrogen / reactant molar ratio is likewise a parameter which has an important influence on the product distribution and also the economic viability of the process according to the invention. From an economic point of view, a low hydrogen / reactant ratio is desirable.
  • the lower limit is a value of 5, but generally higher hydrogen / reactant mole ratios of 20 to 650 are used.
  • the use of the catalysts according to the invention described above and the observance of the temperature values described above permit the use of favorable, low hydrogen / starting material ratios, which are preferably from 20 to 200, preferably from 40 to 150. The cheapest range is between 50 and 100.
  • a part, advantageously the main amount, of the hydrogen is circulated.
  • the cycle gas compressor known to those skilled in the art.
  • the amount of hydrogen chemically consumed by the hydrogenation is supplemented.
  • a portion of the recycle gas is discharged to remove inert compounds, such as n-butane.
  • the recirculated hydrogen may also be used, optionally after preheating, to evaporate the educt stream.
  • the pressure at which the hydrogenation according to the invention is carried out is at values of 1 to 100 bar, preferably 2 to 60 bar, in particular 5 to 15 bar.
  • the cooling temperature is 0 to 60 ° C, preferably 20 to 45 ° C.
  • the THF content of the circulating gas is 0.1 to 5% by volume, in particular 1 to 3% by volume.
  • THF and GBL are hydrogenated with hydrogen in the presence of copper catalysts to n-butanol.
  • the process according to the invention is characterized in that GBL and THF yields of more than 90%, in some cases even more than 95%, are achieved in spite of the high proportions of THF in the recycle gas, which are generally hydrogenated further to n-butanol become.
  • reactor types come all, for heterogeneously catalyzed reactions with a gaseous Edukt- and product stream suitable apparatus into consideration. Preference is given to tubular reactors, shaft reactors, plate reactors or reactors with internal heat removal, for example tube-bundle reactors. Particular preference is given to using tube bundle reactors.
  • Several reactors can be used in parallel or in series. In principle, an intermediate feed can take place between the catalyst beds. Also possible is an intermediate cooling between or in the catalyst beds. When using fixed bed reactors, a dilution of the catalyst by inert material is possible.
  • the gas stream leaving the reactor is cooled to 10 to 60 ° C.
  • the reaction products are condensed out and passed into a separator.
  • the non-condensed gas stream is withdrawn from the separator and fed to the cycle gas compressor.
  • a small amount of circulating gas is discharged.
  • the condensed reaction products are continuously removed from the system and fed to the workup.
  • As by-products are found in the condensed liquid phase mainly n-butanol in addition to small amounts of propanol.
  • the azeotrope of water and optionally alkyl-substituted THF, GBL and optionally by-product, separated by fractional distillation is dehydrated in a manner known per se and worked up by distillation to specification-compliant THF.
  • the process according to the invention is characterized in that starting materials of different purity to be hydrogenated can be used in the hydrogenation reaction.
  • a starting material of high purity in particular MSA
  • the catalyst used according to the invention and the other reaction conditions selected according to the invention also allow the use of educts, in particular MSA, which is contaminated with the customary compounds obtained in the oxidation of benzene, butenes or n-butane and possibly other components.
  • the hydrogenation process according to the invention may comprise an upstream stage which comprises preparing the starting material to be hydrogenated by partial oxidation of a suitable hydrocarbon and separating the starting material to be hydrogenated from the product stream thus obtained.
  • this educt to be hydrogenated is MSA.
  • MSA is preferably used, which originates from the partial oxidation of hydrocarbons. Suitable hydrocarbon streams are benzene, C-olefins (eg, n-butenes, C 4 raffinate streams) or n-butane. Particular preference is given to the use of n-butane, since it represents a low-cost, economical starting material. Methods for the partial oxidation of n-butane are for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 , h Edition, Electronic Release, Maleic and Furfural Acids - Maleic Anhydrides.
  • reaction effluent is then taken up in a suitable organic solvent or mixture which has a boiling point higher than MSA at atmospheric pressure by at least 30 ° C.
  • This solvent is brought to a temperature in the range between 20 and 160 ° C, preferably between 30 and 80 ° C.
  • the maleic anhydride-containing gas stream from the partial oxidation can be brought into contact in many ways with the solvent: (i) introducing the gas stream into the solvent (eg via gas inlet nozzles or gassing rings), (ii) spraying the solvent into the gas stream and (iii ) Countercurrent contact between the upwardly flowing gas stream and the downwardly flowing solvent in a bottom or packed column.
  • the apparatus known to those skilled in the gas absorption can be used. When choosing the solvent to be used, care must be taken that this does not react with the educt, for example the preferably used MSA.
  • Suitable solvents are: tricresyl phosphate, dibutyl maleate, high molecular weight waxes, aromatic hydrocarbons having a molecular weight between 150 and 400 and a boiling point above 140 ° C, such as dibenzylbenzene; Dialkyl phthalates with -CC 8 alkyl groups, for example dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, di-n-propyl and di-iso-propyl phthalate; Di-dC-alkyl esters of other aromatic and aliphatic dicarboxylic acids, for example dimethyl-2,3-naphthalene-dicarboxylic acid, dimethyl-1,4-cyclohexane-dicarboxylic acid, methyl esters of long-chain fatty acids having, for example, 14 to 30 carbon atoms, high-boiling ethers, for example dimethyl ether of Polyethylene glycol, for example tetraethylene glycol dimethyl ether
  • the resulting after treatment with the absorbent solution generally has an MSA content of about 5 to 400 grams per liter.
  • the waste gas stream remaining after treatment with the absorbent mainly contains the by-products of the preceding partial oxidation, such as water, carbon monoxide, carbon dioxide, unreacted butanes, acetic and acrylic acids.
  • the exhaust stream is virtually free of MSA.
  • the dissolved MSA is expelled from the absorbent. This is done with hydrogen at or at most 10% above the pressure of the subsequent hydrogenation or alternatively in vacuo with subsequent condensation of remaining MSA.
  • a temperature profile is observed from the boiling points of MSA at the top and the almost MSA-free absorbent at the bottom of the column at the respective column pressure and the dilution with carrier gas (in the first case with hydrogen) results.
  • work is carried out at a head temperature of 130 ° C. and a pressure of 5 bar.
  • rectification installations may be located above the feed of the crude MSA stream.
  • the almost MSA-free absorbent withdrawn from the bottom is returned to the absorption zone.
  • a nearly saturated gas stream of MSA in hydrogen at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 5 bar is withdrawn from the top of the column.
  • the H 2 / MSA ratio is about 20 to 650.
  • the condensed MSA is pumped into an evaporator and vaporized there in the recycle gas stream.
  • the MSA hydrogen stream still contains by-products which are formed in the partial oxidation of n-butane, butenes or benzene with oxygen-containing gases, as well as non-separated absorbent. These are, in particular, acetic acid and acrylic acid as by-products, water, maleic acid and the dialkyl phthalates which are preferably used as absorbents.
  • the MSA contains acetic acid in amounts of 0.01 to 1 wt .-%, preferably 0, 1 to 0.8 wt .-% and acrylic acid in amounts of 0.01 to 1 wt .-%, preferably 0.1 to 0 , 8 wt .-%, based on MSA.
  • acetic acid and acrylic acid are hydrogenated to give ethanol or propanol.
  • the maleic acid content is 0.01 to 1 wt .-%, in particular 0.05 to 0.3 wt .-%, based on MSA.
  • dialkyl phthalates are used as absorbents, their content in the MSA depends strongly on the correct operation of the stripping column, in particular on the reinforcing part. Phthalate contents of up to 1, 0 wt .-%, in particular up to 0.5 wt .-% should not be exceeded with appropriate operation, otherwise the consumption of absorbent is too high.
  • the thus obtained hydrogen / maleic anhydride stream is now fed to the hydrogenation zone and hydrogenated as described above.
  • the catalyst activity and -Standzeit is virtually unchanged compared to the use of strong, for example by distillation, prepurified MSA.
  • the process of the present invention allows GBL and THF yields to be at values of about 94%, preferably about 98%. It also achieves a high product selectivity. Examples
  • the resulting suspension is filtered off and washed with water until the effluent wash water no longer contains nitrate ( ⁇ 25 ppm).
  • the filter cake is slurried with water.
  • the resulting mash is sprayed at 120 to 135 ° C.
  • Example 2 a) Tablets (1, 5 ⁇ 2 mm) Shaped Volume: 3.5 mm 3
  • the spray powder from Example 1 is then calcined at 600 ° C.
  • the catalyst thus prepared contains 61% by weight of CuO and 39% by weight of Al 2 O 3 .
  • This is intensively mixed with 3% graphite and pressed into tablets of size 1, 5 x 2 mm. These tablets contained 59% by weight of CuO, 38% by weight of Al 2 O 3 and 3% by weight of carbon.
  • extrudate molding material volume 3.5-5.3 mm 3 boehmite is etched with formic acid, mixed with spray powder from Example 1 and extruded after addition of water in an extruder to strands of length 3 mm with a diameter of 1, 5 mm. The strands are then dried and calcined at 600 ° C. The extrudates contain 50% by weight of CuO and 50% by weight of Al 2 O 3 .
  • Example 3
  • the catalyst Before the start of the reaction, the catalyst is subjected to a hydrogen treatment in the pressureless hydrogenation apparatus.
  • the reactor is heated to 200 ° C and the catalyst activated the time indicated in Table 1 with the particular mixture of hydrogen and nitrogen at atmospheric pressure indicated.
  • the mixture is then bathed for 15 h at 250 ° C with 200 Nl / h of hydrogen.
  • the pressure apparatus used for the hydrogenation consists of an evaporator, a reactor, a cooler, a hydrogen supply, an exhaust gas line and a compressor. The pressure in the apparatus is kept constant.
  • the melted MSA is pumped from above through a plug-in tube onto the preheated (195 ° C.) evaporator and evaporated. From the bottom, a preheated mixture of fresh hydrogen and recycle gas enters the evaporator.
  • Example hydrogen and MSA get into the tempered reactor filled with catalyst (diameter 20 mm). After hydrogenation, the resulting mixture of GBL and THF leaves the reactor with water, other reaction products and hydrogen and is precipitated in the condenser. A portion of the recycle gas is discharged before the remainder, mixed with fresh hydrogen, re-enters the evaporator.
  • the reactor is filled with 1800 ml of the catalyst from Example 2a (total mass 1575 g) and activated according to 3a).
  • the mixture is then bathed for 15 h at 250 ° C with 200 Nl / h of hydrogen.
  • Pilot plant The pressure apparatus used for the hydrogenation consists of an evaporator, a reactor, a cooler, a hydrogen supply, an exhaust gas line and a compressor. The pressure in the apparatus is kept constant.
  • the melted MSA is pumped from above through a plug-in tube onto the preheated (195 ° C) evaporator and evaporated. From the bottom, a preheated mixture of fresh hydrogen and recycle gas enters the evaporator.
  • Example hydrogen and MSA get into the tempered reactor filled with catalyst (Diameter 34 mm). After hydrogenation, the resulting mixture of GBL and THF leaves the reactor with water, other reaction products and hydrogen and is precipitated in the condenser. A portion of the recycle gas is discharged before the remainder, mixed with fresh hydrogen, re-enters the evaporator.
  • the reactor is filled with 1200 ml of the catalyst from Example 2b and activated according to 4a).
  • the hydrogen to MSA ratio is 80: 1.
  • the condensed liquid reaction product, the exhaust gas and the recycle gas are quantitatively analyzed by gas chromatography.
  • the spray powder from Example 1 is then calcined at 600 ° C.
  • the catalyst thus prepared contains 61% by weight of CuO and 39% by weight of Al 2 O 3 . This is intensively mixed with 3% graphite and pressed into tablets of size 3 ⁇ 3 mm. These tablets contained 59% by weight of CuO, 38% by weight of Al 2 O 3 and 3% by weight of carbon. This catalyst has a volume of 21, 2 mm 3 .

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Abstract

The invention relates to a chrome-free catalyst for hydrogenating C4-dicarboxylic acid and/or derivatives thereof, preferably maleic anhydride in the gaseous phase, provided in the form of catalyst shaped bodies, which have a mixture consisting of 5 to 95 % by weight of Cu oxide and 5 to 95 % by weight of an oxide having acid centers. The invention is characterized in that the volume of the individual shaped body is less than 20 mm3. The invention also relates to a method for producing mixtures of optionally substituted dicarboxylic acids and/or derivatives thereof in the presence of a catalyst of this type, during which the ratio of products THF and GBL to one another is set only by varying the temperatures inside the reactor.

Description

Verbesserter Katalysator für die Hydrierung von Maleinsäureanhydrid zu γ-Butyrol- acton und TetrahydrofuranImproved catalyst for the hydrogenation of maleic anhydride to γ-butyrolactone and tetrahydrofuran
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten chromfreien Katalysator zur Herstellung von definierten BSA-freien Gemischen von γ-Butyτolacton (GBL) und Tetrahydrofuran (THF) durch katalytische Hydrierung von C4-Dicarbonsäuren und/oder deren Derivaten wie Maleinsäureanhydrid (MSA) in der Gasphase. Unter Derivaten wer- den in dieser Anmeldung Ester und Anhydride verstanden, die ebenso wie die Säuren einen oder mehrere Alkylsubstituenten aufweisen können. In dem Verfahren wird ein Katalysators mit einheitlichem Strukturaufbau verwendet, der Mischungen aus Kupferoxid und optional mindestens einem weiteren Oxid aus der Gruppen 1 bis 14 des Periodensystems der Elemente in der Aktivmasse, sowie ein Oxid mit sauren Zentren, be- vorzugt Aluminiumoxid, aufweist, wobei die Aktivmasse und das Oxid mit sauren Zentren (im folgenden auch saures Oxid genannt) zu max.20 mm3 großen Formkörpern verpresst oder extrudiert werden.The present invention relates to an improved chromium-free catalyst for the preparation of defined BSA-free mixtures of γ-butyloctolactone (GBL) and tetrahydrofuran (THF) by catalytic hydrogenation of C4-dicarboxylic acids and / or their derivatives such as maleic anhydride (MSA) in the gas phase. Derivatives in this application are esters and anhydrides which, like the acids, may have one or more alkyl substituents. The process uses a catalyst having a uniform structure which comprises mixtures of copper oxide and optionally at least one further oxide from groups 1 to 14 of the Periodic Table of the Elements in the active composition, and an oxide having acidic centers, preferably aluminum oxide the active composition and the oxide with acidic centers (also referred to below as acidic oxide) are pressed or extruded into max.20 mm 3 large moldings.
Die Herstellung von γ-Butyrolacton (GBL) und Tetrahydrofuran (THF) durch Gaspha- senhydrierung von Maleinsäureanhydrid (MSA) ist eine seit vielen Jahren bekannte Reaktion. Zur Durchführung dieser katalytischen Reaktion sind in der Literatur zahlreiche Katalysatorsysteme beschrieben, die zum großen Teil chromhaltig sind. Je nach Zusammensetzung des Katalysators und den gewählten Reaktionsparametern werden mit derartigen Katalysatoren unterschiedliche Produktverteilungen erreicht.The production of γ-butyrolactone (GBL) and tetrahydrofuran (THF) by gas-phase hydrogenation of maleic anhydride (MSA) has been a well-known reaction for many years. To carry out this catalytic reaction, numerous catalyst systems are described in the literature, the majority of which contain chromium. Depending on the composition of the catalyst and the reaction parameters chosen, different product distributions are achieved with such catalysts.
Es konnte gezeigt werden, dass bei der Hydrierung von MSA zu THF zunächst Bernsteinsäureanhydrid (BSA) und anschließend γ-Butyrolacton (GBL) als Zwischenstufen entstehen, wobei dies durch weitere Hydrierung zu 1 ,4-Butandiol (BDO) umgesetzt werden kann. Alle vorstehend genannten Zwischenprodukte können selbst als Edukte für die THF-Herstellung eingesetzt werden. Sollen GBL und THF hergestellt werden, die Alkylsubstituenten aufweisen, so bietet es sich an, von den vorstehend genannten Edukten auch die entsprechenden alkylsubstituierten Spezies zu verwenden.It has been shown that in the hydrogenation of MSA to THF first succinic anhydride (BSA) and then γ-butyrolactone (GBL) are formed as intermediates, which can be converted by further hydrogenation to 1, 4-butanediol (BDO). All of the abovementioned intermediates can themselves be used as starting materials for THF production. If GBL and THF are to be prepared which have alkyl substituents, it is advisable to use of the abovementioned educts also the corresponding alkyl-substituted species.
Bekannt ist eine Vielzahl chromhaltiger Katalysatoren für die vorstehend beschriebene Hydrierreaktion, wobei die Hydrierung in den meisten Fällen auf MSA als Edukt beschränkt ist. In der US 3,065,243 ist beispielsweise ein Verfahren offenbart, bei dem Kupferchromit als Katalysator dient. Laut Beschreibung und Beispielen entstehen bei dieser Reaktionsführung noch beträchtliche Mengen an BSA, das im Kreis gefahren werden muss. Wie bekannt ist, treten dabei häufig verfahrenstechnische Probleme aufgrund der Kristallisation des BSA oder auch daraus entstehender Bernsteinsäure mit anschließender Verstopfung von Rohrleitungen auf. Die nach der US 5,072,009 verwendeten Katalysatoren entsprechen der allgemeinen Formel CuιZn AlcMdOx, in der M mindestens ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Gruppen IIA und IIIA, VA, VIII, Ag, Au, den Gruppen HIEB bis VIIB sowie Lanthaniden und Aktiniden des Periodensystems der Elemente; b ist eine Zahl zwischen 0,001 und 500, c eine Zahl zwischen 0,001 und 500 und d eine Zahl von 0 bis <200 und x entspricht der Anzahl an Sauerstoffatomen, die nach den Valenzkriterien notwendig sind. Bei der Hydrierung von MSA mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren entsteht nach den Beispielen, in denen ausschließlich chromhaltige Katalysatoren verwendet werden, THF in Ausbeuten von über 90%. Die hohen Aus- beuten werden ausschließlich im geraden Durchgang beobachtet. Darüber hinaus sind die Katalysatoren auf Grund der Verwendung des stark giftigen Chromoxids hinsichtlich ihrer Entsorgung problematisch.A variety of chromium-containing catalysts for the above-described hydrogenation reaction is known, wherein the hydrogenation is limited in most cases to MSA as starting material. For example, US 3,065,243 discloses a process in which copper chromite serves as the catalyst. According to the description and examples, considerable amounts of BSA still have to be circulated in this reaction procedure. As is known, this often involves procedural problems due to the crystallization of the BSA or also succinic acid resulting therefrom with consequent blockage of pipelines. The catalysts used according to US 5,072,009 correspond to the general formula CuιZn Al c M d O x , in which M is at least one element which is selected from the group consisting of the groups IIA and IIIA, VA, VIII, Ag, Au, den Groups HIEB to VIIB as well as lanthanides and actinides of the Periodic Table of the Elements; b is a number between 0.001 and 500, c is a number between 0.001 and 500 and d is a number from 0 to <200 and x corresponds to the number of oxygen atoms that are necessary according to the valence criteria. In the hydrogenation of MSA with the catalysts according to the invention, according to the examples in which exclusively chromium-containing catalysts are used, THF is produced in yields of more than 90%. The high yields are observed only in straight pass. In addition, the catalysts are problematic due to the use of the highly toxic chromium oxide in their disposal.
Chromhaltige Katalysatoren des Typs Cu/Mn/Ba/Cr und Cu/Zn/Mg/Cr für die MSA- Gasphasenhydrierung sind aus WO 97/43234 bekannt. Dabei wird hauptsächlich BDO neben geringen Mengen GBL und THF erhalten. Die Hydrierung wird bei etwa 150°C bis 300°C und einem Druck von 5 bar bis 100 bar in der Gasphase durchgeführt.Chromium-containing catalysts of the type Cu / Mn / Ba / Cr and Cu / Zn / Mg / Cr for the MSA gas phase hydrogenation are known from WO 97/43234. Here, BDO is mainly obtained in addition to small amounts of GBL and THF. The hydrogenation is carried out at about 150 ° C to 300 ° C and a pressure of 5 bar to 100 bar in the gas phase.
In der Patentschrift US 5.149.836 werden in den Beispielen THF-Ausbeuten bis 83% beschrieben. Für diese hohen THF-Selektivitäten ist ein zweistufiges Katalysator- Konzept notwendig. Der Katalysator in der zweiten Stufe basiert wiederum auf den aus genannten Gründen nachteiligen Cu-Zn-Cr-Oxiden.In the patent US 5,149,836 THF yields up to 83% are described in the examples. For these high THF selectivities, a two-stage catalyst concept is necessary. The catalyst in the second stage is again based on the above-mentioned reasons disadvantageous Cu-Zn-Cr oxides.
Neuere Technologien rücken aufgrund der Toxizität mehr und mehr von der Verwen- düng chromhaltiger Katalysatoren ab. Für die Gasphasenhydrierung von MSA zu GBL werden in WO 97/24346 (Cu-Al-Oxid), WO 99/35139 (Cu-Zn-Oxid), WO 95/22539 (Cu- Zn-Zr) sowie US 5.122.495 (Cu-Zn-Al-Oxid) Chromoxid-freie Katalysatoren beschrieben. Diese Katalysatoren liefern zwar hohe Ausbeuten an GBL (bis 98 %), THF wird jedoch nicht gebildet. Zwar kann die Ausbeute an THF, das als Folgeprodukt der GBL- Hydrierung entsteht, durch eine Erhöhung der Reaktionstemperatur oder durch längere Verweilzeiten im Reaktor auf Kosten der GBL-Bildung begünstigt werden, jedoch fördern diese extremen Reaktionsbedingungen auch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte wie z. B. Butanol, Butan, Ethanol oder Ethan. Es ist daher zu erwarten, dass diese Katalysatoren für die Bildung von THF in hoher Ausbeute ungeeignet sind.Due to their toxicity, newer technologies are increasingly turning away from the use of catalysts containing chromium. For the gas-phase hydrogenation of MSA to GBL, WO 97/24346 (Cu-Al-oxide), WO 99/35139 (Cu-Zn-oxide), WO 95/22539 (Cu-Zn-Zr) and US 5,122,495 (US Pat. Cu-Zn-Al oxide) described chromium oxide-free catalysts. Although these catalysts provide high yields of GBL (up to 98%), THF is not formed. Although the yield of THF, which is produced as a by-product of GBL hydrogenation, can be promoted by an increase in the reaction temperature or by longer residence times in the reactor at the expense of GBL formation, however, these extreme reaction conditions also promote the formation of undesirable by-products such. As butanol, butane, ethanol or ethane. It is therefore expected that these catalysts are unsuitable for the formation of THF in high yield.
Die Verwendung Chromoxid freier Katalysatoren auf Basis gemischter Cu-Al-Oxide wird in JP 2-233631 offenbart. Die Hydrierung von MSA soll dabei so durchgeführt werden, dass als Hauptprodukte annähernd ausschließlich THF und BDO neben allenfalls geringen Mengen von GBL entstehen. Dieses wird dann durch die Verwendung der auf gemischten Cu-Al-Oxiden basierenden Katalysatoren sowie durch Einhalten bestimmter Reaktionsbedingungen erreicht. Gemäß JP 2-233 631 wird die MSA- Hydrierung so durchgeführt, dass MSA in einem Lösungsmittel wie GBL, THF oder Dioxan gelöst wird und diese stark verdünnte MSA-Lösung nach ihrer Verdampfung über den Katalysator geleitet wird. Aufgrund der hohen Lösungsmittelanteile ist das Verfahren nachteilig, da die Abtrennung der hohen Lösungsmittelanteile von den gewünschten Produkten unwirtschaftlich ist. Beispiel 6 beschreibt die Verdampfung von MSA-Schmelze ohne Lösungsmittel. Hierbei wird lediglich eine Ausbeute zu THF von 76,3 mol % erhalten. Als Nebenprodukt wird 1 ,4-Butandiol (BDO) mit 20,4 % Ausbeute gebildet. Gemäß den Beispielen wird die Hydrierung bei Temperaturen zwischen ca. 210 bis 230°C und GHSV-Werten von ca. 3200 bis 9600 durchgeführt. Die Wasser- stoff/MSA-Verhältnisse liegen bei für industrielle Verfahren vergleichsweise ungünstig hohen Werten, in den Beispielen von 200 bis 800.The use of chromium oxide-free catalysts based on mixed Cu-Al oxides is disclosed in JP 2-233631. The hydrogenation of MSA is to be carried out in such a way that almost exclusively THF and BDO are produced as the main products along with at most small amounts of GBL. This is then achieved by the use of the catalysts based on mixed Cu-Al oxides and by observing certain reaction conditions. According to JP 2-233 631, the MSA hydrogenation is carried out so that MSA in a solvent such as GBL, THF or Dissolved dioxane and this strongly diluted MSA solution is passed over the catalyst after their evaporation. Due to the high proportions of solvent, the process is disadvantageous because the separation of the high solvent content of the desired products is uneconomical. Example 6 describes the evaporation of MSA melt without solvent. Here, only a yield of THF of 76.3 mol% is obtained. As a by-product, 1, 4-butanediol (BDO) is formed in 20.4% yield. According to the examples, the hydrogenation is carried out at temperatures between about 210 to 230 ° C and GHSV values of about 3200 to 9600. The hydrogen / MSA ratios are comparatively unfavorably high for industrial processes, in the examples from 200 to 800.
Die Hydrierung von MSA unter Bedingungen, die denen in der JP 2233631 entsprechen, jedoch unter Verwendung eines anderen Katalysators, werden in der JP 2639463 offenbart. Die Verwendung des Katalysators soll die Herstellung von BDO und THF durch Hydrierung von MSA ermöglichen. Eingesetzt wird hierbei ein Kupferoxid/Zinkoxid/Aluminiumoxid-Katalysator, dessen Zusammensetzung in der Beschreibung nicht quantitativ dargelegt wird. Die nach den Beispielen verwendeten Katalysatoren weisen eine Zusammensetzung von 20 Gew.-% CuO, 43,6 Gew.-% ZnO und 18,1 Gew.-% AI2O3, 32,6 Gew.-% CuO 38,1 Gew.-% ZnO und 9,5 Gew.-% AI2O3, 24,2 Gew.-% CuO, 36,4 Gew.-% ZnO und 17,2 Gew.-% AI2O3, 26,4 Gew.-% CuO, 52,9 Gew.-%, ZnO, 7,6 Gew.-% AI2O3 und 1 ,4 Gew.-% CaO sowie 22,9 Gew.-% CuO, 44,8 Gew.-% ZnO und 16,3 Gew.-% AI2O3 auf. Es wird generell in einem Lösungsmittel wie GBL oder Dioxan gearbeitet, wobei eine maximale THF-Selektivität von 94% erreicht wird. Bei Durchführung der Reaktion ohne Lösungsmittel erreicht die THF- Selektivität einen maximalen Wert von 83%.The hydrogenation of MSA under conditions similar to those in JP 2233631 but using a different catalyst are disclosed in JP 2639463. The use of the catalyst should allow the production of BDO and THF by hydrogenation of MSA. Used here is a copper oxide / zinc oxide / alumina catalyst whose composition is not set out quantitatively in the description. The catalysts used in the examples have a composition of 20 wt .-% CuO, 43.6 wt .-% ZnO and 18.1 wt .-% Al 2 O 3 , 32.6 wt .-% CuO 38.1 wt % ZnO and 9.5% by weight Al 2 O 3 , 24.2% by weight CuO, 36.4% by weight ZnO and 17.2% by weight Al 2 O 3 , 26.4 Wt .-% CuO, 52.9 wt .-%, ZnO, 7.6 wt .-% Al 2 O 3 and 1, 4 wt .-% CaO and 22.9 wt .-% CuO, 44.8 wt % ZnO and 16.3% by weight Al 2 O 3 . It is generally worked in a solvent such as GBL or dioxane, with a maximum THF selectivity of 94% is achieved. When the reaction is carried out without a solvent, the THF selectivity reaches a maximum value of 83%.
In EP 0404408 wird ein Katalysator für die MSA-Hydrierung zu THF und GBL beansprucht, der einen im wesentlichen inerten, mindestens teilweise porösen, eine äußere Oberfläche aufweisenden Träger und ein katalytisch aktives, auf die äußere Oberfläche des Trägers aufgetragenes, stark an der äußeren Oberfläche des Trägers anhaftendes Oxidmaterial umfasst, wobei das katalytisch aktive Oxidmaterial einen gemischten Oxidkatalysator der Formel Cu^nbAlcMdOx umfasst, worin M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Gruppen IIA bis VA, Gruppe VIII, Ag, Au, Gruppen IIIB bis VIIB, den Seltenerdenmetallen und den Transuranen ist, b eine Zahl zwischen 0,001 und 500, c eine Zahl zwischen 0,001 und 500 und d eine Zahl von 0 bis 200 und x eine Anzahl an Sauerstoffatomen, die nach Valenzkriterien notwendig wird. Dieser Schalenkatalysators begünstigt die Bildung von GBL als bevorzugtes Produkt entsteht. Nachteilig ist auch die große Menge an gebildetem BSA.EP 0404408 claims a catalyst for MSA hydrogenation to THF and GBL having a substantially inert, at least partially porous, outer surface-carrying carrier and a catalytically active, coated on the outer surface of the carrier, strong on the outer surface the oxide of the carrier comprises, wherein the catalytically active oxide material comprises a mixed oxide catalyst of the formula Cu ^ n b Al c M d O x , wherein M is at least one element selected from the group consisting of Groups IIA to VA, Group VIII, Ag, Au, groups IIIB to VIIB, the rare earth metals and the transuranic, b is a number between 0.001 and 500, c is a number between 0.001 and 500 and d is a number from 0 to 200 and x is a number of oxygen atoms necessary according to valence criteria becomes. This shell catalyst favors the formation of GBL as the preferred product arises. Another disadvantage is the large amount of BSA formed.
Aus DE 10061555 ist ebenfalls ein Kupferoxid und Aluminiumoxid enthaltender Schalenkatalysator zur Gasphasehydrierung von MSA bekannt. Aus DE 10061556 ist ein Verfahren zur selektiven Herstellung von THF unter Verwendung eines Cu-Al-Katalysators bekannt. Nachteilig an dem Verfahren ist, dass nur geringe Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Produktzusammensetzung bestehen. Wird die Temperatur gesenkt, steigt der Gehalt an GBL im Austrag, gleichzeitig steigt jedoch auch der Gehalt an BSA im Austrag.DE 10061555 also discloses a copper oxide and alumina-containing coated catalyst for gas-phase dehydrogenation of MSA. From DE 10061556 a method for the selective production of THF using a Cu-Al catalyst is known. A disadvantage of the method is that there are only limited possibilities of influencing the product composition. If the temperature is lowered, the content of GBL in the discharge increases, but at the same time the content of BSA in the discharge increases.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Katalysator und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem definierte Gemische aus GBL und THF durch Hydrierung von MSA hergestellt werden können. Dieses Verfahren soll dabei kontinuierlich und mit chromfreien Katalysatoren betrieben werden können und möglichst großeThe object of the present invention is to provide a catalyst and a process by which defined mixtures of GBL and THF can be prepared by hydrogenating MSA. This process should be able to be operated continuously and with chromium-free catalysts and as large as possible
Mengen der Wertprodukte GBL und THF liefern, um so eine größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Weiterhin sollte der Katalysator mit MSA betrieben werden können, das nicht aufwendig vorgereinigt wurde, beispielsweise durch Destillation, und trotzdem eine hohe Standfestigkeit aufweisen, also kein häufiges Regenerieren erfor- dem. Das Verfahren soll dem Betreiber die Variabilität ermöglichen ohne einen Katalysatorwechsel, d.h. nur durch Änderung der Betriebsparameter, ein verändertes Produktgemisch zu erhalten, um sich flexibel und ökonomisch an die Markterfordernisse anpassen zu können. Alle zugänglichen Produktgemische sollen möglichst BSA-frei sein, um einerseits verfahrenstechnische Probleme (Verlegungen in Rohrleitungen) zu verhindern, andererseits aber auch Ausbeuteverluste zu minimieren.Quantities of the value products GBL and THF supply, in order to achieve a maximum economy. Furthermore, the catalyst should be able to be operated with MSA which has not been pre-cleaned in a complicated manner, for example by distillation, and nevertheless has high stability, ie does not require frequent regeneration. The method is intended to allow the operator the variability without a catalyst change, i. only by changing the operating parameters to obtain a modified product mixture in order to adapt flexibly and economically to the market requirements can. All accessible product mixtures should be as free of BSA as possible, on the one hand to prevent procedural problems (laying in pipelines), on the other hand, but also to minimize yield losses.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines chromfreien Katalysator für die Hydrierung von C -Dicarbonsäuren und/oder deren Derivaten, vorzugsweise Maleinsäureanhydrid in der Gasphase, in Form von Katalysatorformkörpern, der eine Mi- schung aus 5 bis 95Gew.-% Cu-Oxid und 5 bis 95 Gew.-% eines Oxids mit sauren Zentren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des einzelnen Formkörpers kleiner als 20 mm3, vorzugsweise < 10 mm3, besonders bevorzugt < 6 mm3 ist.This object is achieved by the use of a chromium-free catalyst for the hydrogenation of C-dicarboxylic acids and / or their derivatives, preferably maleic anhydride in the gas phase, in the form of shaped catalyst bodies, the mixture of 5 to 95 wt .-% Cu oxide and 5 to 95 wt .-% of an oxide having acidic centers, characterized in that the volume of the individual molding is less than 20 mm 3 , preferably <10 mm 3 , more preferably <6 mm 3 .
Der erfindungsgemäße Katalysator weist einen einheitlichen Strukturaufbau auf. Seine Komponenten sind innig miteinander vermischt, wodurch der Katalysator keine größeren, unterschiedlich aufgebauten Bestandteile aufweist, wie dies beispielsweise Schalenkatalysatoren tun.The catalyst according to the invention has a uniform structure structure. Its components are intimately mixed with each other, whereby the catalyst has no larger, differently structured components, as do, for example, coated catalysts.
Durch die Verwendung des Katalysators in Form der erfindungsgemäßen kleinen Formkörpern in einem Verfahren zur Hydrierung von C4-Dicarbonsäuren und/oder deren Derivaten, vorzugsweise Maleinsäureanhydrid in der Gasphase, kann das Mengenverhältnis der gegebenenfalls auch alkylsubstituierten Wertprodukte GBL und THF unter Beibehaltung aller anderer Reaktionsparameter nur durch Variation der Temperatur im Reaktor im Verhältnis 0:1 bis 1:9 eingestellt werden und so eine Produktvertei- lung entsprechend den Marktanforderungen ohne Katalysatorwechsel erhalten werden. Unter dem Begriff C4-Dicarbonsäuren und deren Derivate werden im Bezug auf die vorliegende Anmeldung Maleinsäure und Bernsteinsäure, die gegebenenfalls einen oder mehrere C C6-Alkylsubstituenten aufweisen sowie die Anhydride dieser gegebenenfalls alkylsubstituierten Säuren verstanden. Ein Beispiel einer solchen Säure ist Citraconsäure. Vorzugsweise werden die jeweiligen Anhydride einer gegebenen Säure eingesetzt. Insbesondere ist das verwendete Edukt MSA.By using the catalyst in the form of the inventive small moldings in a process for the hydrogenation of C 4 dicarboxylic acids and / or their derivatives, preferably maleic anhydride in the gas phase, the quantitative ratio of optionally alkyl-substituted value products GBL and THF while retaining all other reaction parameters only can be adjusted by varying the temperature in the reactor in the ratio 0: 1 to 1: 9 and thus a product distribution according to market requirements can be obtained without catalyst change. The term C 4 -dicarboxylic acids and their derivatives in relation to the present application maleic acid and succinic acid, optionally a or more CC 6 alkyl substituents and the anhydrides of these optionally alkyl-substituted acids understood. An example of such an acid is citraconic acid. Preferably, the respective anhydrides of a given acid are used. In particular, the educt used is MSA.
Der erfindungsgemäße Katalysator zeichnet sich dadurch aus, dass er in der Lage ist hinsichtlich ihrer Produktverhältnisse variable Gemische aus GBL und THF durch Gasphasenhydrierung von MSA zugänglich zu machen, die weitgehend BSA frei sind. Er besitzt eine hohe Standzeit und eine hohe Belastbarkeit, so dass Reaktivierungen un- terlassen und Reaktorvolumen eingespart werden kann. Alle diese Punkte machen ein mit diesem Katalysator ausgeübtes Verfahren besonders wirtschaftlich.The catalyst according to the invention is characterized in that it is able to make variable mixtures of GBL and THF accessible by gas phase hydrogenation of MSA in terms of their product ratios, which are largely free of BSA. It has a long service life and a high load capacity, so that reactivations can be omitted and reactor volume can be saved. All these points make a method practiced with this catalyst particularly economical.
Der erfindungsgemäße Katalysator weist als Hauptbestandteil Kupferoxid und ein saures oxidisches Material auf und kann optional eines oder mehrere weitere Metalle bzw. deren Verbindungen, vorzugsweise Oxide, aus den Gruppen 1 bis 14 (IA bis VIIIA und IB bis IVB der alten lUPAC-Nomenclatur) des Periodensystems der Elemente enthalten. Wird ein solches weiteres Oxid verwendet, wird vorzugsweise TiO2, ZrO2, SiO2, CaO, Na2O, Mn2O3, BaO, und/oder MgO eingesetzt.The catalyst according to the invention comprises copper oxide and an acidic oxidic material as the main constituent and may optionally contain one or more further metals or their compounds, preferably oxides, from groups 1 to 14 (IA to VIIIA and IB to IVB of the ancient IUPAC nomenclature) of Periodic Table of Elements. If such a further oxide is used, preference is given to using TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , CaO, Na 2 O, Mn 2 O 3 , BaO, and / or MgO.
Der Anteil des Kupferoxids an der Gesamtmasse des Katalysators liegt bei 5 bisThe proportion of copper oxide in the total mass of the catalyst is 5 to
95 Gew.-%, vorzugsweise bei < 70 Gew.-%., besonders bevorzugt 10 bis 65 Gew.-%.95 wt .-%, preferably at <70 wt .-%., Particularly preferably 10 to 65 wt .-%.
Der erfindungsgemäße Katalysator enthält ein saures Oxid, das eine geeignete Anzahl an sauren Zentren aufweisen muss. Dabei ist der erforderliche Mengeanteil an dem Oxid mit sauren Zentren von der darin enthaltenen Menge an sauren Zentren abhängig. Geeignete saure Oxide mit einer ausreichenden Zahl an sauren Zentren sind Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, dessen Verwendung bevorzugt ist und Mischoxide aus diesen Oxiden. Besonders bevorzugte Katalysatorzusammensetzungen weisen < 70 Gew.-% Kupferoxid, insbesondere 10 bis 65 Gew.-% CuO, und > 20 Gew.-%, bevorzugt > 30 Gew.-%, insbesondere 35 bis 90 Gew.-%, saures Oxid, auf. Niedrige Kupferoxid-Gehalte sind auch aufgrund des damit erzielten Kostenvorteils bevorzugt. Durch die sauren Oxide lassen sich hohe Ausbeuten erzielen. Die Metalle aus den Gruppen 1 bis 14 des Periodensystems der Elemente können in einer Menge von bis zu 30 Gew.-% im Katalysator enthalten sein.The catalyst of the invention contains an acidic oxide which must have a suitable number of acidic sites. In this case, the required proportion of the oxide having acidic centers depends on the amount of acidic centers contained therein. Suitable acid oxides having a sufficient number of acidic sites are titanium dioxide, zirconia, silica and alumina, the use of which is preferred and mixed oxides of these oxides. Particularly preferred catalyst compositions comprise <70% by weight of copper oxide, in particular 10 to 65% by weight of CuO, and> 20% by weight, preferably> 30% by weight, in particular 35 to 90% by weight, of acidic oxide, on. Low copper oxide levels are also preferred because of the cost advantage achieved thereby. Due to the acidic oxides, high yields can be achieved. The metals from groups 1 to 14 of the Periodic Table of the Elements may be present in the catalyst in an amount of up to 30% by weight.
Die eingesetzten Katalysatoren können zudem ein oder mehrere Hilfsmittel in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-% enthalten. Unter Hilfsmittel versteht man organische und anorganische Stoffe, die zu einer verbesserten Verarbeitung während der Katalysatorherstellung und/oder zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Katalysator- formkörper beitragen. Derartige Hilfsmittel sind dem Fachmann bekannt; Beispiele umfassen Graphit, Stearinsäure, Kieselgel, Zelluloseverbindungen, Stärke, Polyolefine, Kohlenhydrate (Zucker), Wachse, Alginate sowie Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydro- xid, z.B. in Form von Böhmit; Zirkonoxid, Siliziumoxid und deren Sole, substituierte und nicht substituierte Siloxane und Kupferpulver.The catalysts used may also contain one or more auxiliaries in an amount of 0 to 10 wt .-%. By auxiliaries are meant organic and inorganic substances which contribute to improved processing during catalyst preparation and / or to an increase in the mechanical strength of the catalyst bodies. Such aids are known in the art; Examples include graphite, stearic acid, silica gel, cellulose compounds, starch, polyolefins, carbohydrates (sugars), waxes, alginates, as well as alumina, alumina hydro- xid, eg in the form of boehmite; Zirconia, silica and their sols, substituted and unsubstituted siloxanes and copper powder.
Die Katalysatoren lassen sich nach dem Fachmann bekannten Methoden herstellen. Bevorzugt sind Verfahren, bei denen das Kupferoxid fein verteilt und innig vermischt mit den anderen Bestandteilen der Aktivmasse und dem sauren Oxid anfällt. Besonders bevorzugt werden die entsprechenden Metallsalze und/oder Hydroxide aus wäss- riger Lösung ausgefällt, gewaschen, getrocknet und calciniert. Als Metalisalze kommen beispielsweise Nitrate, Sulfate, Carbonate, Chloride, Acetate oder Oxalate in Betracht. Anschließend wird dieses Ausgangsmaterial nach bekannten Methoden zu den Formkörpern verarbeitet werden, beispielsweise Extrudieren, Tablettieren oder durch Agglomerationsverfahren, gegebenenfalls unter Zusatz von Hilfsmitteln.The catalysts can be prepared by methods known to those skilled in the art. Preference is given to processes in which the copper oxide is finely distributed and intimately mixed with the other constituents of the active composition and the acidic oxide. Particularly preferably, the corresponding metal salts and / or hydroxides are precipitated from aqueous solution, washed, dried and calcined. Suitable metal salts are, for example, nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, acetates or oxalates. Subsequently, this starting material will be processed by known methods to the moldings, for example extrusion, tableting or by agglomeration, optionally with the addition of auxiliaries.
Es ist auch möglich die erfindungsgemäßen Katalysatoren durch Aufbringen der Ak- tivmasse oder von Vorläuferverbindungen der Aktivmasse auf ein saures Oxid hergestellt werden, beispielsweise durch Tränken oder Aufdampfen. Weiterhin können erfindungsgemäße Katalysatoren durch Verformen einer Mischung aus Aktivkomponenten und saurem Oxid oder deren Vorläuferverbindung mit einem Oxid mit sauren Zentren oder einer Vorläuferverbindung hiervon erhalten werden.It is also possible to prepare the catalysts according to the invention by applying the active material or precursor compounds of the active composition to an acidic oxide, for example by impregnation or vapor deposition. Further, catalysts of the present invention can be obtained by molding a mixture of active components and acidic oxide or their precursor compound with an oxide having acidic centers or a precursor compound thereof.
Die Katalysatoren werden als Formkörper verwendet. Beispiele umfassen Stränge, Rippstränge, andere Extrudatformen, Tabletten, Ringe, Kugeln und Splitt.The catalysts are used as shaped bodies. Examples include strands, rib strands, other extrudate shapes, tablets, rings, balls, and chippings.
Unter allen Formkörpern eignen sich besonders Extrudate. Diese werden durch Extru- dieren der getrockneten Ausgangsverbindung mit einem Hilfsmittel (Binder), beispielsweise Böhmit oder p-Böhmit (AIOOH) erhalten und anschließend calciniert. Der Binder kann vor dem Extrudieren vorbehandelt werden. Bevorzugt geschieht dies mit Säure, wie zum Beispiel mit Ameisensäure, Salpetersäure oder Salzsäure. Andere Hilfsmittel wie zum Beispiel Porenbildner wie Carboxymethylzellulose, Kartoffelstärke oder Stearinsäure können zusätzlich vor dem Extrudieren zugegeben werden.Among all moldings are particularly suitable extrudates. These are obtained by extruding the dried starting compound with an adjuvant (binder), for example boehmite or p-boehmite (AIOOH), and then calcined. The binder can be pretreated prior to extrusion. This is preferably done with acid, such as with formic acid, nitric acid or hydrochloric acid. Other adjuvants such as pore formers such as carboxymethyl cellulose, potato starch or stearic acid may additionally be added prior to extrusion.
Die Bestimmung des erfindungsgemäßen Volumens der Formkörper erfolgt dabei durch Berechnung aus den Abmessungen der Formkörper.The determination of the volume of the shaped bodies according to the invention is effected by calculation from the dimensions of the shaped bodies.
Bei der erfindungsgemäßen Hydrierung, bei der neben MSA andere, vorstehend definierte C -Dicarbonsäuren oder deren Derivate als Edukt eingesetzt werden können, wird der Katalysator in reduzierter, aktivierter Form verwendet. Die Aktivierung erfolgt mit reduzierenden Gasen, vorzugsweise Wasserstoff oder Wasserstoff/Inertgas- Gemischen, entweder vor oder nach dem Einbau in den Reaktor, in dem das erfin- dungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Wurde der Katalysator in oxidischer Form in den Reaktor eingebaut, so kann die Aktivierung sowohl vor dem Anfahren der Anlage mit der erfindungsgemäßen Hydrierung als auch während des Anfahrens, also in situ, durchgeführt werden. Die separate Aktivierung vor dem Anfahren der Anlage erfolgt im allgemeinen mit reduzierenden Gasen, vorzugsweise Wasserstoff oder Wasserstoff/Inertgas-Gemischen bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise zwischen 100 und 300°C. Bei der sogenannten in-situ-Aktivierung erfolgt die Aktivierung beim Hoch- fahren der Anlage durch Kontakt mit Wasserstoff bei erhöhter Temperatur.In the hydrogenation according to the invention, in which, in addition to MSA, other C dicarboxylic acids defined above or their derivatives can be used as starting material, the catalyst is used in reduced, activated form. Activation takes place with reducing gases, preferably hydrogen or hydrogen / inert gas mixtures, either before or after incorporation into the reactor in which the process according to the invention is carried out. If the catalyst has been incorporated into the reactor in oxidic form, the activation can take place both before the system is started up with the hydrogenation according to the invention and during the startup, ie in situ, be performed. The separate activation before starting the system is generally carried out with reducing gases, preferably hydrogen or hydrogen / inert gas mixtures at elevated temperatures, preferably between 100 and 300 ° C. In so-called in-situ activation, the activation takes place when the system starts up by contact with hydrogen at elevated temperature.
Die BET-Oberfläche der Kupferkatalysatoren beträgt im oxidischen Zustand 10 bis 400 m2/g, vorzugsweise 15 bis 200 m2/g, insbesondere 20 bis 150 m2/g. Die Kupferoberfläche (N2O-Zersetzung) des reduzierten Katalysators beträgt im Einbauzustand > 0,2 m2/g, vorzugsweise > 1 m2/g, insbesondere > 2 m2/g.The BET surface area of the copper catalysts in the oxidic state is 10 to 400 m 2 / g, preferably 15 to 200 m 2 / g, in particular 20 to 150 m 2 / g. The copper surface (N 2 O decomposition) of the reduced catalyst in the installed state is> 0.2 m 2 / g, preferably> 1 m 2 / g, in particular> 2 m 2 / g.
Gemäß einer Variante der Erfindung werden Katalysatoren verwendet, die eine definierte Porosität aufweisen. Diese Katalysatoren zeigen als Formkörper ein Porenvolumen von ≥ 0,01 ml/g für Porendurchmesser > 50 nm, vorzugsweise ≥ 0,025 ml/g für Porendurchmesser > 100 nm und insbesondere ≥ 0,05 ml/g für PorendurchmesserAccording to one variant of the invention, catalysts are used which have a defined porosity. As catalysts, these catalysts show a pore volume of ≥ 0.01 ml / g for pore diameters> 50 nm, preferably ≥ 0.025 ml / g for pore diameters> 100 nm and in particular ≥ 0.05 ml / g for pore diameters
> 200 nm. Weiterhin liegt das Verhältnis von Makroporen mit einem Durchmesser> 200 nm. Furthermore, the ratio of macropores lies with a diameter
> 50 nm zum Gesamtporenvolumen für Poren mit einem Durchmesser > 4 nm bei Werten > 10 %, bevorzugt > 20 %, insbesondere > 30 %. Oftmals lassen sich durch Verwendung dieser Katalysatoren hohe THF-Ausbeuten und -Selektivitäten erreichen. Die erwähnten Porositäten wurden durch Quecksilber-Intrusion nach DIN 66133 bestimmt. Es wurden die Daten im Porendurchmesserbereich von 4 nm bis 300 nm ausgewertet.> 50 nm to the total pore volume for pores with a diameter> 4 nm at values> 10%, preferably> 20%, in particular> 30%. Often can be achieved by using these catalysts high THF yields and selectivities. The mentioned porosities were determined by mercury intrusion according to DIN 66133. The data in the pore diameter range from 4 nm to 300 nm were evaluated.
Die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren besitzen im allgemeinen eine ausreichende Standzeit. Für den Fall, dass die Aktivität und/oder Selektivität des Katalysa- tors dennoch im Laufe ihrer Betriebszeit sinken sollte, kann dieser durch dem Fachmann bekannte Maßnahmen regeneriert werden. Hierzu zählt vorzugsweise eine re- duktive Behandlung des Katalysators im Wasserstoffstrom bei erhöhter Temperatur. Gegebenenfalls kann der reduktiven Behandlung eine oxidative vorausgehen. Hierbei wird die Katalysatorschüttung mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gasge- misch, beispielsweise Luft, bei erhöhter Temperatur durchströmt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Katalysator mit einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Ethanol, THF oder GBL, zu waschen und anschließend in einem Gasstrom zu trocknen.The catalysts used in the invention generally have a sufficient life. In the event that the activity and / or selectivity of the catalyst should nevertheless decrease in the course of its operating time, this can be regenerated by measures known to the person skilled in the art. This preferably includes a reductive treatment of the catalyst in a hydrogen stream at elevated temperature. Optionally, the reductive treatment may be preceded by an oxidative one. In this case, the catalyst bed is mixed with a molecular oxygen-containing gas mixture, for example air, at elevated temperature. Furthermore, it is possible to wash the catalyst with a suitable solvent, for example ethanol, THF or GBL, and then to dry in a gas stream.
Zum Erzielen der erfindungsgemäßen GBL und THF-Selektivitäten mit dem erfindungsgemäßen Katalysator ist weiterhin das Einhalten gewisser Reaktionsparameter erforderlich. Weiterhin ist auch eine kontinuierliche Durchführungsweise möglich, die erfindungsgemäß bevorzugt ist.In order to achieve the GBL and THF selectivities according to the invention with the catalyst according to the invention, it is furthermore necessary to observe certain reaction parameters. Furthermore, a continuous procedure is possible, which is preferred according to the invention.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind Reaktoren, in denen der Katalysator im Festbett angeordnet ist, geeignet. Besonders bevorzugt sind Rohrbündelreaktoren oder auch Plattenreaktoren, um die bei der Reaktion frei werdende Wärme günstig abzuführen. MSA wird verdampft und mit einem Wasserstoff enthaltenden Gasstrom durch den Reaktor geleitet.Reactors in which the catalyst is arranged in a fixed bed are suitable for the process according to the invention. Particularly preferred are tube bundle reactors or plate reactors to the low heat released during the reaction dissipate. MSA is vaporized and passed through the reactor with a hydrogen-containing gas stream.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Verhältnis der gegebenenfalls alkyl- substituierten Wertprodukte GBL und THF unter Beibehaltung aller anderer Reaktionsparameter nur durch Variation der Temperatur im Reaktor im Verhältnis 0:1 bis 1 :9 eingestellt werden. Dies wird zum einen erreicht durch eine genügend hohe Eingangstemperatur der Edukte in den Reaktor. Diese liegt bei Werten von > 220 bis 300°C, vorzugsweise 235 bis 270°C. Um eine akzeptable bzw. hohe Wertprodukt-Selektivität und -Ausbeute zu erhalten, muss die Reaktion so durchgeführt werden, dass am Katalysatorbett, an dem die eigentliche Reaktion stattfindet, eine geeignet hohe Reaktionstemperatur herrscht. Über die Länge des Reaktors lässt sich bei gegebenem Druck, Wasserstoff/Edukt-Verhältnis und Belastung durch die Eingangstemperatur ein Temperaturprofil einstellen, wobei im Reaktor mehrere Temperaturmaxima erreicht werden können. Diese sogenannten Hot-Spot-Temperaturen liegen bei Werten von 240 bis 310°C, vorzugsweise 240 bis 280°C. Das Verfahren wird so durchgeführt, dass die Eingangstemperatur der Reaktionsgase unterhalb dieser Hot-Spot-Temperatur liegt. Der 1. Hot-Spot liegt räumlich in der ersten Hälfte des Reaktors nach dem Eintrittspunkt des Reaktionsgemischs, insbesondere bei Vorliegen eines Rohrbündelreaktors. Vorzugsweise liegt die erste Hot-Spot-Temperatur 5 bis 15°C, insbesondere 10 bis 15°C, oberhalb der Eintrittstemperatur. Falls ein zweiter Hot-Spot auftritt, kann sich dieser an jeder Stelle des Reaktors befinden und wird durch ein Absenken der Eintrittstemperatur räumlich hin zum Reaktorausgang verschoben. Vorzugsweise liegt die zweite Hot-Spot-Temperatur 1 bis 15°C, insbesondere 2 bis 10°C, oberhalb der Ein- trittstemperatur. Sollen hauptsächlich THF-haltige Gemische erhalten werden, befindet sich dieser zweite Hot-spot bevorzugt in den ersten 2/3 des Reaktors, sollen bevorzugt GBL-haltige Gemische erhalten werden, befindet sich der zweite Hotspot im letzten Drittel, insbesondere am Reaktorausgang.By the method according to the invention, the ratio of the optionally alkyl-substituted value products GBL and THF can be adjusted while maintaining all other reaction parameters only by varying the temperature in the reactor in a ratio of 0: 1 to 1: 9. This is achieved on the one hand by a sufficiently high inlet temperature of the starting materials in the reactor. This is at values of> 220 to 300 ° C, preferably 235 to 270 ° C. In order to obtain an acceptable or high desired product selectivity and yield, the reaction must be carried out so that there is a suitably high reaction temperature at the catalyst bed on which the actual reaction takes place. Over the length of the reactor can be adjusted at a given pressure, hydrogen / reactant ratio and load through the inlet temperature, a temperature profile, wherein several temperature maxima can be achieved in the reactor. These so-called hot-spot temperatures are at values of 240 to 310 ° C, preferably 240 to 280 ° C. The process is carried out so that the inlet temperature of the reaction gases is below this hot spot temperature. The first hot spot lies spatially in the first half of the reactor after the entry point of the reaction mixture, in particular in the presence of a tube bundle reactor. Preferably, the first hot-spot temperature is 5 to 15 ° C, in particular 10 to 15 ° C, above the inlet temperature. If a second hot spot occurs, it may be located at any point in the reactor and will be displaced spatially towards the reactor outlet by lowering the inlet temperature. Preferably, the second hot-spot temperature is 1 to 15 ° C, in particular 2 to 10 ° C, above the inlet temperature. If mainly THF-containing mixtures are to be obtained, this second hot-spot is preferably in the first 2/3 of the reactor; preferably GBL-containing mixtures are to be obtained, the second hotspot is in the last third, in particular at the reactor outlet.
Wenn die Hydrierung unterhalb der Minimaltemperaturen der Eingangs- bzw. Hot-Spot- Temperatur durchgeführt wird, dann im Verlauf der Hydrierung eine Desaktivierung des Katalysators durch Belegung mit Bernsteinsäure, Fumarsäure und/oder BSA zu beobachten. Wird dagegen mit MSA als Edukt oberhalb der Maximaltemperaturen der Eingangs- bzw. Hot-Spot-Temperatur hydriert, sinken die GBL und THF-Ausbeute und Selektivität auf nicht zufriedenstellende Werte. Es ist hierbei die vermehrte Bildung von n-Butanol und n-Butan zu beobachten, also den Produkten einer weiteren Hydrierung.If the hydrogenation is carried out below the minimum temperatures of the inlet or hot spot temperature, then in the course of the hydrogenation a deactivation of the catalyst can be observed by occupying with succinic acid, fumaric acid and / or BSA. If, on the other hand, hydrogenation with MSA as educt above the maximum temperatures of the inlet or hot spot temperature causes the GBL and THF yield and selectivity to fall to unsatisfactory levels. It is hereby observed the increased formation of n-butanol and n-butane, ie the products of a further hydrogenation.
Die Katalysatorbelastung der erfindungsgemäßen Hydrierung liegt im Bereich von 0,02 bis 2,0 kg Edukt/I Katalysator • Stunde. Bei einer möglichen, jedoch nicht bevorzugten Rückführung von durch unvollständige Hydrierung entstandenem Zwischenprodukt, im Fall der Verwendung von MSA als Edukt GBL, ist die Katalysatorbelastung die Summe aus frisch zugeführtem Edukt und rückgeführtem Zwischenprodukt. Wird die Katalysa- torbelastung über den genannten Bereich hinaus erhöht, ist generell eine Erhöhung des Anteils am Zwischenprodukt im Hydrieraustrag zu beobachten. Vorzugweise liegt die Katalysatorbelastung im Bereich von 0,05 bis 1 kg Edukt I Katalysator • Stunde. Unter dem Begriff "Edukt" wird dabei im Fall der Rückführung auch zunächst entste- hendes Hydrierprodukt verstanden, das dann nach Rückführung weiter zu Produkt hydriert wird, also beispielsweise GBL für den Fall des Einsatzes von MSA in die Hydrierreaktion.The catalyst loading of the hydrogenation according to the invention is in the range from 0.02 to 2.0 kg of starting material / catalyst / hour. In a possible, but not preferred recycling of incomplete hydrogenation intermediate product, in the case of using MSA as starting material GBL, the catalyst loading is the sum of freshly fed educt and recycled intermediate. If the catalytic converter Tort burden increased beyond the range mentioned, is generally observed an increase in the proportion of the intermediate product in the hydrogenation. Preferably, the catalyst loading is in the range of 0.05 to 1 kg of starting material I catalyst • hour. In the case of recycling, the term "starting material" also means initially formed hydrogenation product, which is then hydrogenated further to product after recycling, for example GBL in the case of the use of MSA in the hydrogenation reaction.
Das Wasserstoff/Edukt-Molverhältnis ist ebenfalls ein Parameter, der einen wichtigen Einfluss auf die Produktverteilung und auch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hat. Aus wirtschaftlicher Sicht ist ein niedriges Wasserstoff/Edukt- Verhältnis wünschenswert. Die Untergrenze liegt bei einem Wert von 5, wobei jedoch generell höhere Wasserstoff/Edukt-Molverhältnisse von 20 bis 650 angewendet werden. Der Einsatz der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Katalysatoren sowie das Einhalten der oben beschriebenen Temperaturwerte erlaubt den Einsatz günstiger, niedriger Wasserstoff/Edukt- Verhältnisse, die vorzugsweise bei Werten von 20 bis 200, vorzugsweise 40 bis 150 liegen. Der günstigste Bereich liegt bei Werten von 50 bis 100.The hydrogen / reactant molar ratio is likewise a parameter which has an important influence on the product distribution and also the economic viability of the process according to the invention. From an economic point of view, a low hydrogen / reactant ratio is desirable. The lower limit is a value of 5, but generally higher hydrogen / reactant mole ratios of 20 to 650 are used. The use of the catalysts according to the invention described above and the observance of the temperature values described above permit the use of favorable, low hydrogen / starting material ratios, which are preferably from 20 to 200, preferably from 40 to 150. The cheapest range is between 50 and 100.
Um die erfindungsgemäß verwendeten Wasserstoff/Edukt-Molverhältnisse einzustellen, wird ein Teil, vorteilhafterweise die Hauptmenge, des Wasserstoffs im Kreis gefahren. Hierzu setzt man im allgemeinen die dem Fachmann bekannten Kreisgasverdichter ein. Die chemisch durch die Hydrierung verbrauchte Wasserstoffmenge wird ergänzt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil des Kreisgases ausge- schleust, um Inertverbindungen, beispielsweise n-Butan, zu entfernen. Der im Kreis geführte Wasserstoff kann auch, gegebenenfalls nach Vorheizen, zum Verdampfen des Eduktstroms benutzt werden.In order to adjust the hydrogen / educt molar ratios used according to the invention, a part, advantageously the main amount, of the hydrogen is circulated. For this purpose, one generally uses the cycle gas compressor known to those skilled in the art. The amount of hydrogen chemically consumed by the hydrogenation is supplemented. In a preferred embodiment, a portion of the recycle gas is discharged to remove inert compounds, such as n-butane. The recirculated hydrogen may also be used, optionally after preheating, to evaporate the educt stream.
Der Druck, bei dem die erfindungsgemäße Hydrierung durchgeführt wird, liegt bei Wer- ten von 1 bis 100 bar, vorzugsweise 2 bis 60 bar, insbesondere 5 bis 15 bar.The pressure at which the hydrogenation according to the invention is carried out is at values of 1 to 100 bar, preferably 2 to 60 bar, in particular 5 to 15 bar.
Gemeinsam mit dem Wasserstoff-Kreisgas werden alle Produkte im Kreis geführt, die beim Kühlen des aus dem Hydrierreaktor austretenden Gasstroms nicht oder nicht vollständig auskondensieren. Dies sind vor allem THF, Wasser und Nebenprodukte wie Methan und Butan. Die Kühltemperatur beträgt 0 bis 60°C, vorzugsweise 20 bis 45°C. Der THF-Gehalt des Kreisgases beträgt 0,1 bis 5 Vol.-%, insbesondere 1 bis 3 Vol.-%.Together with the hydrogen cycle gas, all products are circulated, which do not or not completely condense on cooling of the gas stream leaving the hydrogenation reactor. These are mainly THF, water and by-products such as methane and butane. The cooling temperature is 0 to 60 ° C, preferably 20 to 45 ° C. The THF content of the circulating gas is 0.1 to 5% by volume, in particular 1 to 3% by volume.
Aus der Literatur ist bekannt, dass THF und GBL mit Wasserstoff in Gegenwart von Kupfer-Katalysatoren zu n-Butanol hydriert werden. Dabei zeichnet sich das erfin- dungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass trotz der hohen THF-Anteile im Kreisgas, die generell leicht weiter zu n-Butanol hydriert werden, GBL- und THF-Ausbeuten von über 90%, teilweise auch über 95%, erzielt werden. Als Reaktortypen kommen alle, für heterogen katalysierte Reaktionen mit einem gasförmigen Edukt- und Produktstrom geeigneten Apparate in Betracht. Bevorzugt sind Rohrreaktoren, Schachtreaktoren, Plattenreaktoren oder Reaktoren mit innerer Wärmeabfuhr, beispielsweise Rohrbündelreaktoren. Besonders bevorzugt eingesetzt werden Rohrbündelreaktoren. Es können mehrere Reaktoren parallel oder hintereinander geschaltet eingesetzt werden. Prinzipiell kann zwischen die Katalysatorbetten eine Zwischeneinspeisung erfolgen. Möglich ist auch eine Zwischenkühlung zwischen oder in den Katalysatorbetten. Bei Einsatz von Festbettreaktoren ist eine Verdünnung des Katalysators durch Inertmaterial möglich.From the literature it is known that THF and GBL are hydrogenated with hydrogen in the presence of copper catalysts to n-butanol. The process according to the invention is characterized in that GBL and THF yields of more than 90%, in some cases even more than 95%, are achieved in spite of the high proportions of THF in the recycle gas, which are generally hydrogenated further to n-butanol become. As reactor types come all, for heterogeneously catalyzed reactions with a gaseous Edukt- and product stream suitable apparatus into consideration. Preference is given to tubular reactors, shaft reactors, plate reactors or reactors with internal heat removal, for example tube-bundle reactors. Particular preference is given to using tube bundle reactors. Several reactors can be used in parallel or in series. In principle, an intermediate feed can take place between the catalyst beds. Also possible is an intermediate cooling between or in the catalyst beds. When using fixed bed reactors, a dilution of the catalyst by inert material is possible.
Der aus dem Reaktor austretende Gasstrom wird auf 10 bis 60°C gekühlt. Dabei werden die Reaktionsprodukte auskondensiert und in einen Abscheider geleitet. Der nichtkondensierte Gasstrom wird vom Abscheider abgezogen und dem Kreisgasverdichter zugeführt. Eine kleine Kreisgasmenge wird ausgeschleust. Die auskondensierten Re- aktionsprodukte werden dem System kontinuierlich entnommen und der Aufarbeitung zugeführt. Als Nebenprodukte findet man in der auskondensierten Flüssigkeitsphase hauptsächlich n-Butanol neben geringen Mengen an Propanol.The gas stream leaving the reactor is cooled to 10 to 60 ° C. The reaction products are condensed out and passed into a separator. The non-condensed gas stream is withdrawn from the separator and fed to the cycle gas compressor. A small amount of circulating gas is discharged. The condensed reaction products are continuously removed from the system and fed to the workup. As by-products are found in the condensed liquid phase mainly n-butanol in addition to small amounts of propanol.
Aus dem Hydrieraustrag werden dann das Azeotrop aus Wasser und gegebenenfalls alkylsubstituiertem THF, GBL und gegebenenfalls Nebenprodukt, durch fraktionierende Destillation voneinander getrennt. Das wasserhaltige THF wird auf an sich bekannte Weise entwässert und destillativ zu spezifikationsgerechtem THF aufgearbeitet.From the hydrogenation then the azeotrope of water and optionally alkyl-substituted THF, GBL and optionally by-product, separated by fractional distillation. The water-containing THF is dehydrated in a manner known per se and worked up by distillation to specification-compliant THF.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zu hydrierende Edukte unterschiedlicher Reinheit in die Hydrierreaktion eingesetzt werden können. Selbstverständlich kann ein Edukt hoher Reinheit, insbesondere MSA, in die Hydrierreaktion eingesetzt werden. Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator sowie die sonstigen erfindungsgemäß gewählten Reaktionsbedingungen ermöglichen aber auch den Einsatz von Edukten, insbesondere MSA, das mit den üblichen, bei der Oxidation von Benzol, Butenen oder n-Butan anfallenden Verbindungen sowie eventuell weiteren Komponenten verunreinigt ist. Somit kann das erfindungsgemäße Hydrierverfahren in einer weiteren Ausführungsform eine vorgeschaltete Stufe umfassen, die das Herstellen des zu hydrierenden Edukts durch partielle Oxidation eines geeigneten Kohlenwasserstoffs sowie das Abtrennen des zu hydrierenden Edukts aus dem damit erhaltenen Produktstrom umfasst.The process according to the invention is characterized in that starting materials of different purity to be hydrogenated can be used in the hydrogenation reaction. Of course, a starting material of high purity, in particular MSA, can be used in the hydrogenation reaction. However, the catalyst used according to the invention and the other reaction conditions selected according to the invention also allow the use of educts, in particular MSA, which is contaminated with the customary compounds obtained in the oxidation of benzene, butenes or n-butane and possibly other components. Thus, in another embodiment, the hydrogenation process according to the invention may comprise an upstream stage which comprises preparing the starting material to be hydrogenated by partial oxidation of a suitable hydrocarbon and separating the starting material to be hydrogenated from the product stream thus obtained.
Insbesondere ist dieses zu hydrierende Edukt MSA. Dabei wird bevorzugt MSA eingesetzt, welches aus der Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen stammt. Geeignete Kohlenwasserstoffströme sind Benzol, C -Olefine (z.B. n-Butene, C4-Raffinatströme) oder n-Butan. Besonders bevorzugt eingesetzt wird n-Butan, da es einen preiswerten, wirtschaftlichen Einsatzstoff darstellt. Verfahren zur Partialoxidation von n-Butan sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6,h Edition, Electronic Release, Maleic and Fu aric Acids - Maleic Anhydride beschrieben.In particular, this educt to be hydrogenated is MSA. MSA is preferably used, which originates from the partial oxidation of hydrocarbons. Suitable hydrocarbon streams are benzene, C-olefins (eg, n-butenes, C 4 raffinate streams) or n-butane. Particular preference is given to the use of n-butane, since it represents a low-cost, economical starting material. Methods for the partial oxidation of n-butane are for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 , h Edition, Electronic Release, Maleic and Furfural Acids - Maleic Anhydrides.
Der so erhaltene Reaktionsaustrag wird dann in einem geeigneten organischen Lö- sungsmittel oder -Gemisch aufgenommen, das bei Atmosphärendruck einen um mindestens 30°C höheren Siedepunkt als MSA hat.The resulting reaction effluent is then taken up in a suitable organic solvent or mixture which has a boiling point higher than MSA at atmospheric pressure by at least 30 ° C.
Dieses Lösungsmittel (Absorptionsmittel) wird auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 und 160°C, bevorzugt zwischen 30 und 80°C, gebracht. Der Maleinsäurean- hydrid enthaltende Gasstrom aus der Partialoxidation kann in vielfältiger Weise mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht werden: (i) Einleiten des Gasstroms in das Lösungsmittel (z.B. über Gaseinleitungsdüsen oder Begasungsringe), (ii) Einsprühen des Lösungsmittels in den Gasstrom und (iii) Gegenstromkontakt zwischen dem nach oben strömenden Gasstrom und dem nach unten strömenden Lösungsmittel in einer Boden- oder Packungskolonne. In allen drei Varianten können die dem Fachmann bekannten Apparate zur Gasabsorption eingesetzt werden. Bei der Wahl des einzusetzenden Lösungsmittels ist darauf zu achten, dass dies nicht mit dem Edukt, beispielsweise dem vorzugsweise eingesetzten MSA, reagiert. Geeignete Lösungsmittel sind: Trikresyl- phosphat, Dibutylmaleat, hochmolekulare Wachse, aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht zwischen 150 und 400 und einem Siedepunkt oberhalb 140°C, wie beispielsweise Dibenzylbenzol; Dialkylphthalate mit Cι-C8-Alkylgruppen, beispielsweise Dimethylphthalat, Diethylphthalat, Dibutylphthalat, Di-n-Propyl-und Di- iso-Propyl-phthalat; Di-d-C -Alkylester anderer aromatischer und aliphatischer Dicar- bonsäuren, beispielsweise Dimethyl-2,3-Naphthalin-Dicarbonsäure, Dimethyl-1 ,4- Cyclohexan-Dicarbonsäure, Methylester langkettiger Fettsäuren mit beispielsweise 14 bis 30 Kohlenstoffatomen, hochsiedende Ether, beispielsweise Dimethylether von Po- lyethylenglykol, beispielsweise Tetraethylenglykoldimethylether.This solvent (absorbent) is brought to a temperature in the range between 20 and 160 ° C, preferably between 30 and 80 ° C. The maleic anhydride-containing gas stream from the partial oxidation can be brought into contact in many ways with the solvent: (i) introducing the gas stream into the solvent (eg via gas inlet nozzles or gassing rings), (ii) spraying the solvent into the gas stream and (iii ) Countercurrent contact between the upwardly flowing gas stream and the downwardly flowing solvent in a bottom or packed column. In all three variants, the apparatus known to those skilled in the gas absorption can be used. When choosing the solvent to be used, care must be taken that this does not react with the educt, for example the preferably used MSA. Suitable solvents are: tricresyl phosphate, dibutyl maleate, high molecular weight waxes, aromatic hydrocarbons having a molecular weight between 150 and 400 and a boiling point above 140 ° C, such as dibenzylbenzene; Dialkyl phthalates with -CC 8 alkyl groups, for example dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, di-n-propyl and di-iso-propyl phthalate; Di-dC-alkyl esters of other aromatic and aliphatic dicarboxylic acids, for example dimethyl-2,3-naphthalene-dicarboxylic acid, dimethyl-1,4-cyclohexane-dicarboxylic acid, methyl esters of long-chain fatty acids having, for example, 14 to 30 carbon atoms, high-boiling ethers, for example dimethyl ether of Polyethylene glycol, for example tetraethylene glycol dimethyl ether.
Der Einsatz von Phthalaten ist bevorzugt.The use of phthalates is preferred.
Die nach der Behandlung mit dem Absorptionsmittel resultierende Lösung hat generell einen MSA-Gehalt von etwa 5 bis 400 Gramm pro Liter.The resulting after treatment with the absorbent solution generally has an MSA content of about 5 to 400 grams per liter.
Der nach der Behandlung mit dem Absorptionsmittel verbleibende Abgasstrom enthält hauptsächlich die Nebenprodukte der vorangegangenen Partialoxidation, wie Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, nicht umgesetzte Butane, Essig- und Acrylsäure. Der Abgasstrom ist praktisch frei von MSA.The waste gas stream remaining after treatment with the absorbent mainly contains the by-products of the preceding partial oxidation, such as water, carbon monoxide, carbon dioxide, unreacted butanes, acetic and acrylic acids. The exhaust stream is virtually free of MSA.
Anschließend wird das gelöste MSA aus dem Absorptionsmittel ausgetrieben. Dies erfolgt mit Wasserstoff bei oder maximal 10% oberhalb des Druckes der anschließenden Hydrierung oder alternativ im Vakuum mit anschließender Kondensation von verbleibendem MSA. In der Strippkolonne wird ein Temperaturprofil beobachtet, das sich aus den Siedepunkten von MSA am Kopf und dem nahezu MSA-freien Absorptionsmittel am Sumpf der Kolonne bei dem jeweiligen Kolonnendruck und der eingestellten Verdünnung mit Trägergas (im ersten Fall mit Wasserstoff) ergibt. Im Fall der Di- rektstrippung mit Wasserstoff wird bei einer Kopftemperatur von 130°C und einem Druck von 5 bar gearbeitet.Subsequently, the dissolved MSA is expelled from the absorbent. This is done with hydrogen at or at most 10% above the pressure of the subsequent hydrogenation or alternatively in vacuo with subsequent condensation of remaining MSA. In the stripping column, a temperature profile is observed from the boiling points of MSA at the top and the almost MSA-free absorbent at the bottom of the column at the respective column pressure and the dilution with carrier gas (in the first case with hydrogen) results. In the case of direct stripping with hydrogen, work is carried out at a head temperature of 130 ° C. and a pressure of 5 bar.
Um Verluste an Lösungsmittel zu verhindern, können sich oberhalb der Zufuhr des Roh-MSA-Stromes Rektifiziereinbauten befinden. Das vom Sumpf abgezogene, nahezu MSA-freie Absorptionsmittel wird wieder der Absorptionszone zugeführt. Im Fall der Direktstrippung mit Wasserstoff wird vom Kopf der Kolonne ein nahezu gesättigter Gasstrom von MSA in Wasserstoff mit einer Temperatur von 180°C und einem Druck von 5 bar abgezogen. Das H2/MSA-Verhältnis liegt bei etwa 20 bis 650. Im anderen Fall wird das kondensierte MSA in einen Verdampfer gepumpt und dort in den Kreisgasstrom verdampft.In order to prevent losses of solvent, rectification installations may be located above the feed of the crude MSA stream. The almost MSA-free absorbent withdrawn from the bottom is returned to the absorption zone. In the case of direct stripping with hydrogen, a nearly saturated gas stream of MSA in hydrogen at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 5 bar is withdrawn from the top of the column. The H 2 / MSA ratio is about 20 to 650. In the other case, the condensed MSA is pumped into an evaporator and vaporized there in the recycle gas stream.
Der MSA-Wasserstoff-Strom enthält noch Nebenprodukte, die bei der partiellen Oxidation von n-Butan, Butenen oder Benzol mit Sauerstoff enthaltenden Gasen entstehen, sowie nicht abgetrenntes Absorptionsmittel. Hierbei handelt es sich vor allem um Essigsäure und Acrylsäure als Nebenprodukte, Wasser, Maleinsäure sowie die vorzugs- weise als Absorptionsmittel verwendeten Dialkylphthalate. Das MSA enthält Essigsäure in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0, 1 bis 0,8 Gew.-% und Acrylsäure in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf MSA. In der Hydrierstufe werden Essigsäure und Acrylsäure ganz oder teilweise zu Ethanol bzw. Propanol hydriert. Der Maleinsäure-Gehalt beträgt 0,01 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf MSA.The MSA hydrogen stream still contains by-products which are formed in the partial oxidation of n-butane, butenes or benzene with oxygen-containing gases, as well as non-separated absorbent. These are, in particular, acetic acid and acrylic acid as by-products, water, maleic acid and the dialkyl phthalates which are preferably used as absorbents. The MSA contains acetic acid in amounts of 0.01 to 1 wt .-%, preferably 0, 1 to 0.8 wt .-% and acrylic acid in amounts of 0.01 to 1 wt .-%, preferably 0.1 to 0 , 8 wt .-%, based on MSA. In the hydrogenation stage, all or part of acetic acid and acrylic acid are hydrogenated to give ethanol or propanol. The maleic acid content is 0.01 to 1 wt .-%, in particular 0.05 to 0.3 wt .-%, based on MSA.
Werden Dialkylphthalate als Absorptionsmittel eingesetzt, hängt deren Gehalt im MSA stark vom richtigen Betrieb der Strippkolonne, insbesondere vom Verstärkungsteil ab. Phthalatgehalte von bis 1 ,0 Gew.-% , insbesondere bis 0,5 Gew.-% sollten bei geeig- neter Betriebsweise nicht überschritten werden, da sonst der Verbrauch an Absorptionsmittel zu hoch wird.If dialkyl phthalates are used as absorbents, their content in the MSA depends strongly on the correct operation of the stripping column, in particular on the reinforcing part. Phthalate contents of up to 1, 0 wt .-%, in particular up to 0.5 wt .-% should not be exceeded with appropriate operation, otherwise the consumption of absorbent is too high.
Der so erhaltene Wasserstoff/Maleinsäureanhydrid-Strom wird nun der Hydrierzone zugeführt und wie oben beschrieben hydriert. Die Katalysatoraktivität und -Standzeit ist dabei verglichen mit dem Einsatz von stark, beispielsweise durch Destillation, vorgereinigtem MSA praktisch unverändert. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt GBL und THF-Ausbeuten, die bei Werten von etwa 94%, günstigenfalls etwa 98%, liegen. Es wird dabei auch eine hohe Produktselektivität erzielt. BeispieleThe thus obtained hydrogen / maleic anhydride stream is now fed to the hydrogenation zone and hydrogenated as described above. The catalyst activity and -Standzeit is virtually unchanged compared to the use of strong, for example by distillation, prepurified MSA. The process of the present invention allows GBL and THF yields to be at values of about 94%, preferably about 98%. It also achieves a high product selectivity. Examples
Beispiel 1 :Example 1 :
Herstellung einer erfindungsgemäßen SprühpulversProduction of a Spray Powder According to the Invention
In einem beheizbaren und mit Rührwerk ausgestatteten Fälltopf werden 1,51 Wasser vorgelegt und auf 80°C erwärmt. In dieses Fällgefäß werden im Verlauf einer Stunde eine Metallsalzlösung bestehend aus 877g Cu(NO3)2*2,5H2O und 1472g AI(NO3)3 *9H2O in 2000 ml Wasser und gleichzeitig eine 20 Gew.-% Sodalösung unter Rühren zudosiert. Die Sodadosierung wird so gewählt, dass sich im Fällgefäß ein pH- Wert von 6 einstellt. Nach vollständiger Zugabe der Metallsalzlösung wird weiter Sodalösung zudosiert, bis im Fällgefäß ein pH-Wert von 8 erreicht ist und weitere 15 min bei diesem pH-Wert gerührt. Der Gesamtverbrauch an Sodalösung liegt bei 5,5 kg. Die gebildete Suspension wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen, bis das ablaufende Waschwasser kein Nitrat (< 25 ppm) mehr enthält. Der Filterkuchen wird mit Wasser auf geschlämmt. Die entstehende Maische wird bei 120 bis 135°C versprüht.1.51 of water are placed in a heated pot equipped with stirrer and heated to 80.degree. In this Fällgefäß a metal salt solution consisting of 877g Cu (NO 3 ) 2 * 2.5H 2 O and 1472g Al (NO 3 ) 3 * 9H 2 O in 2000 ml of water and at the same time a 20 wt .-% soda solution in the course of one hour added with stirring. The sodomization is chosen so that a pH value of 6 is established in the precipitation vessel. After the complete addition of the metal salt solution, soda solution is further metered in until a pH of 8 is reached in the precipitating vessel and stirring is continued for a further 15 min at this pH. The total consumption of soda solution is 5.5 kg. The resulting suspension is filtered off and washed with water until the effluent wash water no longer contains nitrate (<25 ppm). The filter cake is slurried with water. The resulting mash is sprayed at 120 to 135 ° C.
Beispiel 2:Example 2:
Herstellung kleiner FormkörperProduction of small moldings
a) Tabletten (1 ,5 x 2 mm) Formkörpervolumen : 3,5 mm3 Das Sprühpulver aus Beispiel 1 wird anschließend bei 600°C calciniert. Der so hergestellte Katalysator enthält 61 Gew.-% CuO und 39 Gew.-% AI2O3. Dieser wird intensiv mit 3 % Graphit vermischt und zu Tabletten der Größe 1 ,5 x 2 mm verpresst. Diese Tabletten enthielten 59 Gew.-% CuO, 38 Gew.-% AI2O3 und 3 Gew.-% Kohlenstoff.a) Tablets (1, 5 × 2 mm) Shaped Volume: 3.5 mm 3 The spray powder from Example 1 is then calcined at 600 ° C. The catalyst thus prepared contains 61% by weight of CuO and 39% by weight of Al 2 O 3 . This is intensively mixed with 3% graphite and pressed into tablets of size 1, 5 x 2 mm. These tablets contained 59% by weight of CuO, 38% by weight of Al 2 O 3 and 3% by weight of carbon.
b) Extrudate Formkörpervolumen: 3,5 - 5,3 mm3 Böhmit wird mit Ameisensäure angeätzt, mit Sprühpulver aus Beispiel 1 vermischt und nach Zugabe von Wasser in einem Extruder zu Strängen der Länge 3 mm mit einem Durchmesser von 1 ,5 mm extrudiert. Die Stränge werden anschließend getrocknet und bei 600 °C calciniert. Die Extrudate enthalten 50 Gew.-% CuO und 50 Gew.-% AI2O3. Beispiel 3:b) extrudate molding material volume: 3.5-5.3 mm 3 boehmite is etched with formic acid, mixed with spray powder from Example 1 and extruded after addition of water in an extruder to strands of length 3 mm with a diameter of 1, 5 mm. The strands are then dried and calcined at 600 ° C. The extrudates contain 50% by weight of CuO and 50% by weight of Al 2 O 3 . Example 3:
Durchführung der Reaktion mit dem erfindungsgemäßen Katalysator aus Beispiel 2a)Carrying out the reaction with the catalyst according to the invention from Example 2a)
a) Katalysator-Aktivierunga) Catalyst activation
Vor dem Reaktionsbeginn wird der Katalysator in der drucklosen Hydrierapparatur einer Wasserstoffbehandlung unterzogen. Hierzu wird der Reaktor auf 200°C temperiert und der Katalysator die in Tabelle 1 angegebene Zeit mit dem jeweils angegebenen Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bei Atmosphärendruck aktiviert.Before the start of the reaction, the catalyst is subjected to a hydrogen treatment in the pressureless hydrogenation apparatus. For this purpose, the reactor is heated to 200 ° C and the catalyst activated the time indicated in Table 1 with the particular mixture of hydrogen and nitrogen at atmospheric pressure indicated.
Tabelle 1Table 1
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Anschließend wird der 15 h bei 250 °C mit 200 Nl/h Wasserstoff umspült.The mixture is then bathed for 15 h at 250 ° C with 200 Nl / h of hydrogen.
b) Versuchsanlage Die zur Hydrierung verwendete Druckapparatur besteht aus einem Verdampfer, einem Reaktor, einem Kühler, einer Wasserstoffzufuhr, einer Abgasleitung und einem Kompressor. Der Druck in der Apparatur wird konstant gehalten.b) Pilot plant The pressure apparatus used for the hydrogenation consists of an evaporator, a reactor, a cooler, a hydrogen supply, an exhaust gas line and a compressor. The pressure in the apparatus is kept constant.
Das aufgeschmolzene MSA wird von oben durch ein Einsteckrohr auf den vorgeheiz- ten (195°C) Verdampfer gepumpt und verdampft. Auf den Verdampfer gelangt von unten eine vorgeheizte Mischung aus frischem Wasserstoff und Kreisgas. Beispiel Wasserstoff und MSA gelangen in den mit Katalysator gefüllten temperierten Reaktor (Durchmesser 20 mm). Nach der Hydrierung verlässt das entstandene Gemisch aus GBL und THF zusammen mit Wasser, anderen Reaktionsprodukten und Wasserstoff den Reaktor und wird im Kühler niedergeschlagen. Ein Teil des Kreisgases wird ausgeschleust, bevor der Rest, mit Frischwasserstoff vermischt, wieder in den Verdampfer eintritt.The melted MSA is pumped from above through a plug-in tube onto the preheated (195 ° C.) evaporator and evaporated. From the bottom, a preheated mixture of fresh hydrogen and recycle gas enters the evaporator. Example hydrogen and MSA get into the tempered reactor filled with catalyst (diameter 20 mm). After hydrogenation, the resulting mixture of GBL and THF leaves the reactor with water, other reaction products and hydrogen and is precipitated in the condenser. A portion of the recycle gas is discharged before the remainder, mixed with fresh hydrogen, re-enters the evaporator.
In dieser Versuchsanlage wird der Reaktor mit 1800 ml des Katalysators aus Beispiel 2a (Gesamtmasse 1575 g) gefüllt und entsprechend 3a) aktiviert.In this pilot plant, the reactor is filled with 1800 ml of the catalyst from Example 2a (total mass 1575 g) and activated according to 3a).
Der kondensierte flüssige Reaktionsaustrag, das Abgas und das Kreisgas werden gaschromatographisch quantitativ analysiert. Das Wasserstoff: MSA - Verhältnis beträgt 80:1 Die Betriebsparameter und Versuchsergebnisse sind Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2The condensed liquid reaction product, the exhaust gas and the recycle gas are quantitatively analyzed by gas chromatography. The hydrogen: MSA ratio is 80: 1 The operating parameters and test results are shown in Table 2. Table 2
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Beispiel 4: Durchführung der Reaktion mit dem erfindungsgemäßen Katalysator aus Beispiel 2b) a) Katalysator-Aktivierung Vor dem Reaktionsbeginn wird der Katalysator in der drucklosen Hydrierapparatur einer Wasserstoffbehandlung unterzogen. Hierzu wird der Reaktor auf 200°C temperiert und der Katalysator die in Tabelle 3 angegebene Zeit mit dem jeweils angegebenen Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bei Atmosphärendruck aktiviert.
Figure imgf000016_0001
EXAMPLE 4 Performance of the Reaction with the Inventive Catalyst from Example 2b) a) Catalyst Activation Before the start of the reaction, the catalyst is subjected to a hydrogen treatment in the pressureless hydrogenation apparatus. For this purpose, the reactor is heated to 200 ° C and the catalyst activated the time indicated in Table 3 with the particular mixture of hydrogen and nitrogen at atmospheric pressure indicated.
Tabelle 3Table 3
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Anschließend wird der 15 h bei 250°C mit 200 Nl/h Wasserstoff umspült. b) Versuchsanlage Die zur Hydrierung verwendete Druckapparatur besteht aus einem Verdampfer, einem Reaktor, einem Kühler, einer Wasserstoffzufuhr, einer Abgasleitung und einem Kompressor. Der Druck in der Apparatur wird konstant gehalten.
Figure imgf000016_0002
The mixture is then bathed for 15 h at 250 ° C with 200 Nl / h of hydrogen. b) Pilot plant The pressure apparatus used for the hydrogenation consists of an evaporator, a reactor, a cooler, a hydrogen supply, an exhaust gas line and a compressor. The pressure in the apparatus is kept constant.
Das aufgeschmolzene MSA wird von oben durch ein Einsteckrohr auf den vorgeheizten (195°C) Verdampfer gepumpt und verdampft. Auf den Verdampfer gelangt von unten eine vorgeheizte Mischung aus frischem Wasserstoff und Kreisgas. Beispiel Wasserstoff und MSA gelangen in den mit Katalysator gefüllten temperierten Reaktor (Durchmesser 34 mm). Nach der Hydrierung verlässt das entstandene Gemisch aus GBL und THF zusammen mit Wasser, anderen Reaktionsprodukten und Wasserstoff den Reaktor und wird im Kühler niedergeschlagen. Ein Teil des Kreisgases wird ausgeschleust, bevor der Rest, mit Frischwasserstoff vermischt, wieder in den Verdampfer eintritt.The melted MSA is pumped from above through a plug-in tube onto the preheated (195 ° C) evaporator and evaporated. From the bottom, a preheated mixture of fresh hydrogen and recycle gas enters the evaporator. Example hydrogen and MSA get into the tempered reactor filled with catalyst (Diameter 34 mm). After hydrogenation, the resulting mixture of GBL and THF leaves the reactor with water, other reaction products and hydrogen and is precipitated in the condenser. A portion of the recycle gas is discharged before the remainder, mixed with fresh hydrogen, re-enters the evaporator.
In dieser Versuchsanlage wird der Reaktor mit 1200 ml des Katalysators aus Beispiel 2b gefüllt und entsprechend 4a) aktiviert. Das Wasserstoff zu MSA- Verhältnis beträgt 80:1. Der kondensierte flüssige Reaktionsaustrag, das Abgas und das Kreisgas werden gaschromatographisch quantitativ analysiert.In this pilot plant, the reactor is filled with 1200 ml of the catalyst from Example 2b and activated according to 4a). The hydrogen to MSA ratio is 80: 1. The condensed liquid reaction product, the exhaust gas and the recycle gas are quantitatively analyzed by gas chromatography.
Die Betriebsparameter und Versuchsergebnisse sind Tabelle 4 zu entnehmen. Tabelle 4The operating parameters and test results are shown in Table 4. Table 4
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Vergleichsbeispiel 1 : Herstellung des Vergleichskatalysators
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Comparative Example 1: Preparation of the Comparison Catalyst
Das Sprühpulver aus Beispiel 1 wird anschließend bei 600°C calciniert. Der so hergestellte Katalysator enthält 61 Gew.-% CuO und 39 Gew.-% AI2O3. Dieser wird intensiv mit 3 % Graphit vermischt und zu Tabletten der Größe 3 x 3 mm verpresst. Diese Tabletten enthielten 59 Gew.-% CuO, 38 Gew.-% AI2O3 und 3 Gew.-% Kohlenstoff. Dieser Katalysator hat ein Volumen von 21 ,2 mm3.The spray powder from Example 1 is then calcined at 600 ° C. The catalyst thus prepared contains 61% by weight of CuO and 39% by weight of Al 2 O 3 . This is intensively mixed with 3% graphite and pressed into tablets of size 3 × 3 mm. These tablets contained 59% by weight of CuO, 38% by weight of Al 2 O 3 and 3% by weight of carbon. This catalyst has a volume of 21, 2 mm 3 .
Vergleichsbeispiel 2: Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, das 150 ml des Katalysators aus Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt wurden. Die Ergebnisse des katalytischen Tests ist in Tabelle 6 angegeben.Comparative Example 2 Example 3 was repeated with the difference that 150 ml of the catalyst from Comparative Example 1 were used. The results of the catalytic test are shown in Table 6.
Tabelle 5Table 5
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Claims

Patentansprüche Claims
1. Chromfreier Katalysator für die Hydrierung von C4-Dicarbonsäuren und/oder deren Derivaten, vorzugsweise Maleinsäureanhydrid in der Gasphase, in Form von Katalysatorformkörpern, die eine Mischung aus 5 bis 95 Gew.-% Cu-Oxid und 5 bis 95 Gew.-% eines Oxids mit sauren Zentren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des einzelnen Formkörpers kleiner als 20 mm3 ist.1. Chromium-free catalyst for the hydrogenation of C 4 dicarboxylic acids and / or their derivatives, preferably maleic anhydride in the gas phase, in the form of shaped catalyst bodies which are a mixture of 5 to 95% by weight of Cu oxide and 5 to 95% by weight. % of an oxide with acidic centers, characterized in that the volume of the individual shaped body is less than 20 mm 3 .
2. Katalysator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des einzelnen Formkörpers < 10 mm3, bevorzugt < 6 mm3 ist.2. Catalyst according to claim 1, characterized in that the volume of the individual shaped body is <10 mm 3 , preferably <6 mm 3 .
3. Katalysator nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der CuO < 80 Gew.-%, vorzugsweise < 70 Gew.-%, insbesondere 10 bis 65 Gew.-% CuO und > 20 Gew.-%, vorzugsweise > 30 Gew.-%, insbesondere 35 bis 90 Gew.-% eines Oxids mit sauren Zentren enthalten sind.3. Catalyst according to claim 1 to 2, characterized in that the CuO <80 wt .-%, preferably <70 wt .-%, in particular 10 to 65 wt .-% CuO and> 20 wt .-%, preferably> 30 % By weight, in particular 35 to 90% by weight, of an oxide with acidic centers are contained.
4. Katalysator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxid mit sauren Zentren Al2O3 ist.4. Catalyst according to claim 1 to 3, characterized in that the oxide with acid centers is Al 2 O 3 .
5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere Metalle oder eine Verbindung davon, vorzugsweise ein Oxid, aus der Gruppe bestehend aus den Elementen der Gruppen 1 bis 14 des Periodensystems der Elemente in dem Katalysator vorhanden sind, vorzugsweise eine Substanz aus der Gruppe bestehend aus ZrO2, TiO2, CaO, Na2O, Mn2O3, BaO, SiO2 und MgO.5. Catalyst according to one of claims 1 to 4, characterized in that one or more further metals or a compound thereof, preferably an oxide, from the group consisting of the elements of groups 1 to 14 of the periodic table of the elements are present in the catalyst , preferably a substance from the group consisting of ZrO 2 , TiO 2 , CaO, Na 2 O, Mn 2 O 3 , BaO, SiO 2 and MgO.
6. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper als Strang vorliegt.6. Catalyst according to one of claims 1 to 5, characterized in that the shaped body is in the form of a strand.
7. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator vor oder nach dem Einbau in den Reaktor und vor dem Einsatz in die Hydrierreaktion durch Reduktion aktiviert wird, vorzugsweise durch Behandlung mit Wasserstoff oder einem Wasserstoff/Inertgas-Gemisch.7. Catalyst according to one of claims 1 to 6, characterized in that the catalyst is activated by reduction before or after installation in the reactor and before use in the hydrogenation reaction, preferably by treatment with hydrogen or a hydrogen / inert gas mixture.
8. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die BET-Oberfläche der Kupferkatalysatoren beträgt im oxidischen Zustand 10 bis 400 m2/g, vorzugsweise 15 bis 200 m2/g, insbesondere 20 bis 150 m2/g. Die Kupferoberfläche (N2O-Zersetzung) des reduzierten Katalysators beträgt im Einbauzustand > 0,2 m2/g, vorzugsweise > 1 m2/g, insbesondere > 2 m2/g.8. Catalyst according to one of claims 1 to 7, characterized in that the BET surface area of the copper catalysts in the oxidic state is 10 to 400 m 2 / g, preferably 15 to 200 m 2 / g, in particular 20 to 150 m 2 / g. The copper surface (N 2 O decomposition) of the reduced catalyst in the installed state is> 0.2 m 2 / g, preferably> 1 m 2 / g, in particular> 2 m 2 / g.
9. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator-Formkörper ein Porenvolumen von ≥ 0,01 ml/g für Porendurch- messer > 50 nm, vorzugsweise ≥ 0,025 ml/g für Porendurchmesser > 100 nm, insbesondere ≥ 0,05 ml/g für Porendurchmesser > 200 nm aufweist.9. Catalyst according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shaped catalyst body has a pore volume of ≥ 0.01 ml / g for pore diameter knife> 50 nm, preferably ≥ 0.025 ml / g for pore diameter> 100 nm, in particular ≥ 0.05 ml / g for pore diameter> 200 nm.
10. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Katalysator-Formkörper das Verhältnis von Makroporen mit einem Durchmesser > 50 nm zum Gesamtporenvolumen für Poren mit einem Durchmesser > 4 nm bei Werten > 10 %, bevorzugt > 20 %, insbesondere > 30 %, liegt.10. Catalyst according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the shaped catalyst body the ratio of macropores with a diameter> 50 nm to the total pore volume for pores with a diameter> 4 nm at values> 10%, preferably> 20% , in particular> 30%.
11. Verfahren mit einem Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Maleinsäureanhydrid als Edukt in die Reaktion eingesetzt wird.11. The method with a catalyst according to any one of claims 1 to 10, characterized in that maleic anhydride is used as a starting material in the reaction.
12. Verfahren zur Herstellung von Gemischen von gegebenenfalls alkylsubstituiertem GBL und THF im Verhältnis 0:1 bis 9:1 durch Hydrierung von C4-Dicarbon- säuren und/oder deren Derivaten in Gegenwart eines Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , bei dem man das Verhältnis der Produkte THF und GBL zueinander nur durch Variation der Temperaturen im Reaktor einstellt.12. A process for the preparation of mixtures of optionally alkyl-substituted GBL and THF in the ratio 0: 1 to 9: 1 by hydrogenation of C 4 -dicarboxylic acids and / or their derivatives in the presence of a catalyst according to one of claims 1 to 10, in which the ratio of the products THF and GBL to one another can only be set by varying the temperatures in the reactor.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktor - Eingangstemperatur bei Werten von 200°C bis 300°C, vorzugsweise 235 bis 270°C und ca. 5 bis 15°C, vorzugsweise ca. 10 bis 15°C, unterhalb der ersten Hot-Spot-Temperatur liegt.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the reactor inlet temperature at values of 200 ° C to 300 ° C, preferably 235 to 270 ° C and about 5 to 15 ° C, preferably about 10 to 15 ° C, is below the first hot spot temperature.
14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.14. The method according to claim 1 to 13, characterized in that the method is carried out continuously.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass die Katalysatorbelastung im Bereich von 0,02 bis 2 kg Edukt/IKatalysator • Stunde, insbesondere 0,05 bis 1 kg Edukt /l Katalysator Stunde.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the catalyst loading in the range of 0.02 to 2 kg of starting material / I catalyst • hour, in particular 0.05 to 1 kg of starting material / l catalyst hour.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis Wasserstoff/Edukt bei Werten von 20 bis 650, vorzugsweise 20 bis 200, insbesondere 40 bis 150, meistbevorzugt 50 bis 100 liegt.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the molar ratio of hydrogen / starting material is from 20 to 650, preferably 20 to 200, in particular 40 to 150, most preferably 50 to 100.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydrierstufe bei Drücken von 1 bis 100 bar, vorzugsweise 2 bis 60 bar, insbesondere 5 bis 15 bar, durchgeführt wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the first hydrogenation stage is carried out at pressures of 1 to 100 bar, preferably 2 to 60 bar, in particular 5 to 15 bar.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Maleinsäureanhydrid aus dem Absorptionsmittel im Vakuum oder bei Drücken, die dem Druck der Hydrierung entsprechen oder maximal 10 % oberhalb dieses Druckes liegen, ausgetrieben wird. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the maleic anhydride is expelled from the absorbent in vacuo or at pressures which correspond to the pressure of the hydrogenation or are at most 10% above this pressure.
PCT/EP2004/013810 2003-12-09 2004-12-04 Improved catalyst for hydrogenating maleic anhydride to form y-butyrolactone and tetrahydrofuran WO2005058492A1 (en)

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