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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Vermeidung von Fumarsäureablagerungen
bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid
(MSA), bei dem MSA aus einem Rohproduktgemisch in ein organisches
Lösungsmittel
oder Wasser als Absorptionsmittel absorbiert wird, sodann MSA von
dem Absorptionsmittel abgetrennt wird und das so zurückgewonnene
Absorptionsmittel oder ein Teilstrom desselben katalytisch hydriert
und ganz oder teilweise in die Absorptionsstufe (a) zurückgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Verbesserung der großtechnischen
Herstellung von Maleinsäureanhydrid.
Maleinsäureanhydrid
ist ein wertvoller Ausgangsstoff, ein Grundstoff für Polymere
oder dient über
die Hydrierung von MSA über
die Zwischenstufe Bernsteinsäureanhydrid
(BSA) zur Herstellung von gamma-Butyrolacton
(GBL), Butandiol (BDO) und Tetrahydrofuran (THF)
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Maleinsäureanhydrid
kann durch Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen wie Butan oder
Benzol gewonnen werden. Aus dem Maleinsäureanhydrid-haltigen Abgas
der Partialoxidation wird das begehrte Produkt üblicherweise in einem Lösungsmittel absorbiert.
Dabei werden neben MSA weitere im Oxidationsabgas enthaltene Komponenten
absorbiert, wie zum Beispiel Wasser. Wasser reagiert mit dem Maleinsäureanhydrid
zu Maleinsäure,
die wiederum zu Fumarsäure
isomerisiert. Fumarsäure
ist eine in Wasser oder organischen Lösemitteln sehr schlecht lösliche Disäure, die
Ablagerungen bildet und dadurch Anlagenteile wie zum Beispiel Kolonnen,
Wärmetauscher,
Pumpen, Rohre und dergleichen verstopfen kann.
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Um
solche durch Fumarsäure
verursachten Verstopfungen zu vermeiden, gibt es im Stand der Technik
bereits Vorschläge.
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So
ist in WO 96/29323 beschrieben, das Fumarsäure enthaltende Absoprtionsmittel
mit einem wässrigen
Extraktionsmittel zu waschen, um so Ablagerungen zu vermeiden. Nachteilig
an diesem Verfahren ist der hohe Aufwand, der notwendig ist, um das
Waschwasser in eine großtechnische
Anlage zur Herstellung von Ca-Dicarbonsäuren oder deren Derivaten einzumischen
und die Phasen wieder zu trennen. Zudem macht der unvermeidliche
Verlust von wertvollem Produkt und Lösemittel den Prozess unwirtschaftlich.
Ferner wird durch den zusätzlichen Wassereintrag
in den Prozess die Fumarsäurebildung
noch verstärkt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, Fumarsäureablagerungen
auf Anlagenteilen und dadurch verursachte Ver stopfungen, Ausbau-
und Reinigungsarbeiten sowie Abschaltungen bei dem Verfahren zur
Herstellung von Ca-Dicarbonsäuren und/oder
deren Derivaten zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Vermeidung von Fumarsäureablagerungen bei der Herstellung
von Maleinsäureanhydrid
mit den folgenden Schritten:
- a) Absorption
von Maleinsäureanhydrid
aus einem Rohproduktgemisch in ein organisches Lösungsmittel oder Wasser als
Absorptionsmittel
- b) Abtrennen des Maleinsäureanhydrids
von dem Absorptionsmittel, wobei das so zurückgewonnene Absorptionsmittel
ganz oder teilweise katalytisch hydriert und ganz oder teilweise
in die Absorptionsstufe (a) zurückgeführt wird.
Bevorzugt wird ein Teilstrom hydriert und ganz in die Absorptionsstufe
(a) zurückgeführt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
vermeidet die vorstehend genannten Nachteile, indem man in dem Absorptionsmittel
enthaltene Fumarsäure
an einem Hydrierkatalysator mit Wasserstoff zu Bernsteinsäure hydriert. Überraschenderweise
werden selbst in Gegenwart von fester Fumarsäure, hohe Selektivitäten bei
geringen Drücken
und geringen aufzuwendenden Katalysatormengen erreicht. Selbst bereits
in Rohrleitungen oder sonstigen Anlagenteilen gebildete Fumarsäureablagerungen
werden wieder abgelöst.
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Das
erfindungsgemäße Hydrierverfahren kann
eine vorgeschaltete Stufe umfassen, die das Herstellen von MSA durch
partielle Oxidation eines geeigneten Kohlenwasserstoffs umfasst.
Geeignete Kohlenwasserstoffströme
sind Benzol, Ca-Olefine (z.B. n-Butene, Ca-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, 6th Edition, Electronic
Release, Maleic and Fumaric Acids – Maleic Anhydride beschrieben.
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Der
so erhaltene Reaktionsaustrag, das Rohproduktgemisch, wird dann
in Wasser oder vorzugsweise in einem geeigneten organischen Lösungsmittel
als Absorptionsmittel oder deren Gemisch aufgenommen, wobei das
organische Lösungsmittel
bei Atmosphärendruck
bevorzugt einen um mindestens 30°C
höheren
Siedepunkt als MSA hat.
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Der
Maleinsäureanhydrid
enthaltende Gasstrom aus der Partialoxidation kann in vielfältiger Weise
bei Drucken (absolut) von 0,8 bis 10 bar und Temperaturen von 50 – 300°C in ein
oder mehreren Absorptionsstufen mit dem Lösungsmittel (Absorptionsmittel)
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 Packungs kolonne. In allen drei Varianten können die
dem Fachmann bekannten Apparate zur Gasabsorption eingesetzt werden.
Bei der Wahl des einzusetzenden Lösungsmittels (Absorptionsmittel)
ist darauf zu achten, insbesondere bei der MSA-Gewinnung, dass dieses nicht
mit dem Edukt, dem eingesetzten MSA, reagiert. Geeignete Absorptionsmittel
sind: Trikresylphosphat, Dibutylmaleat, Butylmaleat, hochmolekulare
Wachse, aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht
zwischen 150 und 400 und einem Siedepunkt oberhalb 140°C, wie beispielsweise Dibenzylbenzol;
Alkylphthalate und Dialkylphthalate mit C1-C18-Alkylgruppen, beispielsweise Dimethylphthalat,
Diethylphthalat, Dibutylphthalat, Di-n-Propyl-und Di-iso-Propylphthalat,
Undecylphthalat, Diundecylphthalat, Methylphthalat, Ethylphthalat,
Butylphthalat, n-Propyl- oder iso-Propylphthalat; Di-C1-C4-Alkylester anderer aromatischer und aliphatischer
Dicarbonsäuren,
beispielsweise Dimethyl-2,3-Naphthalin-Dicarbonsäure, Dimethyl-1,4-Cyclohexan-Dicarbonsäure; C1-C4-Alkylester anderer aromatischer
und aliphatischer Dicarbonsäuren,
beispielsweise Methyl-2,3-Naphthalin-Dicarbonsäure, Methyl-1,4-Cyclohexan-DicarbonsäureMethylester langkettiger
Fettsäuren
mit beispielsweise 14 bis 30 Kohlenstoffatomen, hochsiedende Ether,
beispielsweise Dimethylether von Polyethylenglykol, beispielsweise
Tetraethylenglykoldimethylether.
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Der
Einsatz von Phthalaten ist bevorzugt.
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Die
nach der Behandlung mit dem Absorptionsmittel resultierende Lösung hat
im Allgemeinen einen MSA-Gehalt von etwa 5 bis 400 Gramm pro Liter.
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Der
nach der Behandlung mit dem Absorptionsmittel verbleibende Abgasstrom
enthält
neben Wasser hauptsächlich
die Nebenprodukte der vorangegangenen Partialoxidation, wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid,
nicht umgesetzte Butane, Essig- und Acrylsäure. Der Abgasstrom ist praktisch
frei von MSA.
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Anschließend wird
das gelöste
MSA aus dem Absorptionsmittel ausgetrieben bzw. abgetrennt. Dies
kann mit Wasserstoff bei oder maximal 10% oberhalb des Druckes einer
sich anschließenden
Hydrierung des MSA zu THF, BDO, oder GBL bevorzugt bei 100 bis 250°C und Drücken (absolut) von
0,8 bis 30 bar erfolgen. 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. Um Verluste an Lösungsmittel
zu verhindern, können
sich oberhalb der Zufuhr des Roh-MSA-Stromes Rektifiziereinbauten
befinden.
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Alternativ
zur bevorzugten Wasserstoffstrippung kann das im Absorptionsmittel
gelöste
MSA in einer Destillationseinheit bei Drucken von im Allgemeinen
0,01 bis 5 bar und Temperaturen von 65 bis 300°C abgetrennt werden. Die Destillation
kann dabei in einer Stufe oder mehreren Stufen, beispielsweise in
Trennapparaturen mit einer Stufe oder mehreren Stufen, wie zum Beispiel
Kolonnen mit mehreren Trennstufen, beispielsweise Rektifikationskolonnen,
Füllkörperkolonnen,
Glockenbödenkolonnen oder
Packungskolonnen durchgeführt
werden.
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Das
zurückgewonnene,
vom Sumpf der Destillationseinheit oder der Strippkolonne abgezogene, nahezu
MSA-freie Absorptionsmittel wird nun der erfindungsgemäßen Hydrierung
zugeführt
und bevorzugt bei Temperaturen zwischen 20 und 300°C, besonders
bevorzugt 60 bis 270°C
und insbesondere bevorzugt 100 bis 250°C und bei Drücken (absolute Werte) von bevorzugt
0,1 bis 300 bar, besonders bevorzugt bei 0,5 bis 50 bar, insbesondere
bevorzugt bei 0,8 bis 20 bar, an einem Hydrierkatalysator hydriert.
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Der
Gehalt des in Stufe b) zurückgewonnenen
Absorptionsmittel an Fumarsäure
(Gesamtmenge an homogen gelöst
und suspendiert vorliegender Fumarsäure) beträgt vor der erfindungsgemäßen Hydrierstufe üblicherweise
0,01 bis 5 Gew.-%. Zumeist weist das zurückgewonnene Absorptionsmittel
einen Gehalt zwischen 0,02 und 2 Gew.-% Fumarsäure auf. Die molare Menge Wasserstoff
für die
erfindungsgemäße Hydrierstufe
wird im Allgemeinen so gewählt, dass
mindestens ein Mol Wasserstoff pro Mol Fumarsäure vorhanden ist. Ein Überschuss
Wasserstoff ist jedoch unkritisch. Dabei kann der Wasserstoff gelöst sein,
zusätzlich
kann gasförmiger
Wasserstoff zugegen sein. Nach der erfindungsgemäßen Hydrierstufe liegt der
Fumarsäuregehalt
im Regelfall unter 0,1 Gew.%, bevorzugt unter 0,05 Gew.-%. Der Fumarsäuregehalt
sollte nur so hoch sein, dass bei gegebener Temperatur eine homogene
Lösung
vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann diskontinuierlich, semi-kontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Die kontinuierliche Durchführung
ist bevorzugt.
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Die
Hydrierung erfolgt in der Flüssigphase
an heterogenen Katalysatoren, die fest angeordnet oder suspendiert
sein können,
wobei fest angeordnete Katalysatoren (Festbettkatalysatoren) bevorzugt
sind.
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Bevorzugt
enthalten die einsetzbaren Katalysatoren mindestens ein Metall aus
der 7., der 8., der 9., der 10. oder der 11. Gruppe des Periodensystems der
Elemente oder deren Verbindungen wie zum Beispiel Oxide. Weiter
bevorzugt enthalten die erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren
mindestens ein Element, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt,
Cu und Au. Insbesondere bevorzugt enthalten die erfindungsgemäß einsetzbaren
Katalysatoren mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Ni, Pd, Pt, Ru und Cu. Weiterhin insbesondere bevorzugt enthalten
die erfindungsgemäß einsetzbaren
Katalysatoren Pd, Pt, Ru oder Ni.
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Geeignet
ist insbesondere mindestens ein heterogener Katalysator, wobei mindestens
eines der obenstehend genannten Metalle (Aktivmetalle) als Metall
als solches, als Raney-Katalysator und/oder aufgebracht auf einen üblichen
Träger
eingesetzt werden kann. Werden zwei oder mehr Aktivmetalle eingesetzt,
so können
diese separat oder als Legierung vorliegen. Hierbei ist es möglich, mindestens
ein Metall als solches und mindestens ein anderes Metall als Raney-Katalysator
oder mindestens ein Metall als solches und mindestens ein anderes
Metall, aufgebracht auf mindestens einen Träger, oder mindestens ein Metall
als Raney-Katalysator und mindestens ein anderes Metall, aufgebracht
auf mindestens einen Träger,
oder mindestens ein Metall als solches und mindestens ein anderes
Metall als Raney-Katalysator und mindestens ein anderes Metall,
aufgebracht auf mindestens einen Träger, einzusetzen.
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Die
eingesetzten Katalysatoren können
beispielsweise auch so genannte Fällungskatalysatoren sein. Solche
Katalysatoren können
hergestellt werden, indem man ihre katalytisch aktiven Komponenten
aus deren Salzlösungen,
insbesondere aus den Lösungen
von deren Nitraten und/oder Acetaten, beispielsweise durch Zugabe
von Lösungen
von Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallhydroxid- und/oder Carbonat-Lösungen,
beispielsweise schwerlöslichen Hydroxiden,
Oxidhydraten, basischen Salzen oder Carbonaten ausfällt, die
erhaltenen Niederschläge anschließend trocknet
und diese dann durch Calcinierung bei im allgemeinen 300 bis 700°C, insbesondere
400 bis 600°C
in die entsprechenden Oxide, Mischoxide und/oder gemischt-valentigen
Oxide umwandelt, die durch eine Behandlung mit Wasserstoff oder
mit Wasserstoff enthaltenden Gasen im Bereich von im Allgemeinen
50 bis 700°C,
insbesondere 100 bis 400°C
zu den betreffenden Metallen und/oder oxidischen Verbindungen niederer
Oxidationsstufe reduziert und in die eigentliche katalytisch aktive
Form überführt werden.
Dabei wird in der Regel so lange reduziert, bis kein Wasser mehr
gebildet wird. Bei der Herstellung von Fällungskatalysatoren, die ein
Trägermaterial
enthalten, kann die Fällung
der katalytisch aktiven Komponenten in Gegenwart des betreffenden
Trägermaterials
erfolgen. Die katalytisch aktiven Komponenten können vorteilhaft gleichzeitig
mit dem Trägermaterial
aus den betreffenden Salzlösungen
gefällt
werden.
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Bevorzugt
werden Hydrierkatalysatoren eingesetzt, welche die die Hydrierung
katalysierenden Metalle oder Metallverbindungen auf einem Trägermaterial
abgeschieden enthalten.
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Außer den
oben genannten Fällungskatalysatoren,
die außer
den katalytisch aktiven Komponenten noch zusätzlich ein Trägermaterial
enthalten, eignen sich für
das erfindungsgemäße Verfahren
im Allgemeinen solche Trägermaterialien,
bei denen die katalytisch-hydrierend wirkende Komponente beispielsweise
durch Imprägnierung
auf ein Trägermaterial
aufgebracht worden ist.
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Die
Art des Aufbringens des katalytisch aktiven Metalls auf den Träger ist
in der Regel nicht kritisch und kann auf verschiedenerlei Art und
Weise bewerkstelligt werden. Die katalytisch aktiven Metalle können auf
diesen Trägermaterialien
beispielsweise durch Tränkung
mit Lösungen
oder Suspensionen der Salze oder Oxide der betreffenden Elemente, Trocknung
und anschließende
Reduktion der Metallverbindungen zu den betreffenden Metallen oder
Verbindungen niederer Oxidationsstufe mittels eines Reduktionsmittels,
vorzugsweise mit Wasserstoff oder komplexen Hydriden, aufgebracht
werden. Eine andere Möglichkeit
zur Aufbringung der katalytisch aktiven Metalle auf diese Träger besteht
darin, die Träger mit
Lösungen
thermisch leicht zersetzbarer Salze, beispielsweise mit Nitraten
oder thermisch leicht zersetzbaren Komplexverbindungen, beispielsweise Carbonyl-
oder Hydrido-Komplexen der katalytisch aktiven Metalle, zu imprägnieren
und den so getränkten
Träger
zur thermischen Zersetzung der adsorbierten Metallverbindungen auf
Temperaturen im Bereich von 300 bis 600°C zu erhitzen. Diese thermische
Zersetzung wird vorzugsweise unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen.
Geeignete Schutzgase sind beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid,
Wasserstoff oder die Edelgase. Weiterhin können die katalytisch aktiven
Metalle auf dem Katalysatorträger
durch Aufdampfen oder durch Flammspritzen abgeschieden werden. Der
Gehalt dieser Trägerkatalysatoren
an den katalytisch aktiven Metallen ist prinzipiell für das Gelingen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht kritisch. Im Allgemeinen führen
höhere
Gehalte an katalytisch aktiven Metallen dieser Trägerkatalysatoren
zu höheren Raum-Zeit-Umsätzen als
niedrigere Gehalte. Im Allgemeinen werden Trägerkatalysatoren verwendet, deren
Gehalt an katalytisch aktiven Metallen im Bereich von 0,01 bis 90
Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 40 Gew.-% bezogen auf
das Gesamtgewicht des Katalysators, liegt. Da sich diese Gehaltsangaben
auf den gesamten Katalysator inklusive Trägermaterial beziehen, die unterschiedlichen Trägermaterialien
jedoch sehr unterschiedliche spezifische Gewichte und spezifische
Oberflächen
haben, ist es auch denkbar, dass diese Angaben auch unter- oder überschritten
werden können,
ohne dass sich dies nachteilig auf das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens
auswirkt. Selbstverständlich können auch
mehrere der katalytisch aktiven Metalle auf dem jeweiligen Trägermaterial
aufgebracht sein. Weiterhin können
die katalytisch aktiven Metalle beispielsweise nach dem Verfahren
von DE-A 25 19 817, EP-A 1 477 219 oder EP-A 0 285 420 auf den Träger aufgebracht
werden. In den Katalysatoren gemäß den vorgenannten
Schriften liegen die katalytisch aktiven Metalle als Legierungen
vor, die durch thermische Behandlung und/oder Reduktion der z.B. durch
Tränkung
des Trägermaterials
mit einem Salz oder Komplex der zuvor genannten Metalle, erzeugt werden.
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Aufgrund
der Toxizität
chromhaltiger Katalysatoren werden bevorzugt chromfreie Katalysatoren eingesetzt.
Selbstverständlich
eignen sich technisch auch entsprechende, dem Fachmann bekannte chromhaltige
Katalysatoren für
einen Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wodurch sich
jedoch nicht die gewünschten
Vorteile, die insbesondere umwelt- und arbeitstechnischer Natur
sind, ergeben.
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Sowohl
die Aktivierung der Fällungskatalysatoren
als auch der Trägerkatalysatoren
kann auch in situ zu Beginn der Reaktion durch den anwesenden Wasserstoff
erfolgen. Bevorzugt werden diese Katalysatoren vor ihrer Verwendung
separat aktiviert.
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Als
Trägermaterialien
sowohl für
Fällungskatalysatoren
als auch für
Trägerkatalysatoren
können können die
Oxide des Aluminiums und Titans, Zirkoniumdioxid, Siliciumdioxid,
Tonerden wie beispielsweise Montmorillonite, Bentonite, Silikate
wie beispielsweise Magnesium- oder Aluminiumsilikate, Zeolithe wie
beispielsweise der Strukturtypen ZSM-5 oder ZSM-10, oder Aktivkohle
verwendet werden. Bevorzugte Trägermaterialien
sind Aluminiumoxide, Titandioxide, Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid
und Aktivkohle. Selbstverständlich
können
auch Mischungen verschiedener Trägermaterialien
als Träger
für im
erfindungsgemäßen Verfahren
verwendbare Katalysatoren dienen. Geeignet sind auch metallische Träger, auf
denen das hydrieraktive Metall abgeschieden wurde, beispielsweise
Cu auf dem z.B. Pd, Pt oder Ru aus den entsprechenden in Wasser
gelösten
Metallsalzen abgeschieden wurde.
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Insbesondere
bevorzugte erfindungsgemäße Katalysatoren
sind Trägerkatalysatoren,
die Ni, Pt und/oder Pd enthalten, wobei insbesondere bevorzugte
Träger
Aktivkohle, Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Siliziumdioxid oder
deren Gemische sind.
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Ein
erfindungsgemäß einsetzbarer
heterogener Katalysator kann als Suspensionskatalysator und/oder
als Festbettkatalysator in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Hydrierstufe
wird bevorzugt in einem oder mehreren separaten Reaktoren durchgeführt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der separate Hydrierreaktor für die Hydrierstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Abgas-Wasserstoff
aus der MSA-Hydrierung zu BSA, GBL, THF und/oder BDO gespeist.
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Die
erfindungsgemäße Hydrierung
kann jedoch auch innerhalb der Strippkolonne zur Abtrennung des
MSAs vom Absorptionsmittel erfolgen. In dieser besonderen Ausführungsform
weist die Strippkolonne bevorzugt im unteren Teil, wo die MSA-Konzentration
bereits unter 1 Gew.% beträgt,
einen Festbettkatalysator, z.B. als katalytische Packung, auf.
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Wird
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Hydrierstufe mit mindestens einem Suspensionskatalysator durchgeführt, so
wird bevorzugt in mindestens einem Rührreaktor, mindestens einer
Blasensäule
und/oder einer gepackten Blasensäule
oder in einer Kombination aus zwei oder mehr gleichen oder unterschiedlichen
Reaktoren hydriert.
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Der
Begriff "unterschiedliche
Reaktoren" bezeichnet
sowohl unterschiedliche Reaktortypen als auch Reaktoren der gleichen
Art, die sich beispielsweise durch ihre Geometrie wie beispielsweise
ihr Volumen und/oder ihren Querschnitt und/oder durch die Hydrierbedingungen
in den Reaktoren unterscheiden.
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Wird
beispielsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Hydrierung
mit mindestens einem Festbettkatalysator durchgeführt, so wird
bevorzugt mindestens ein Rohrreaktor wie beispielsweise mindestens
ein Schachtreaktor und/oder mindestens ein Rohrbündelreaktor verwendet, wobei ein
einzelner Reaktor in Sumpf- oder Rieselfahrweise betrieben werden
kann. Bei Verwendung von zwei oder mehr Reaktoren kann mindestens
einer in Sumpffahrweise und mindestens einer in Rieselfahrweise
betrieben werden.
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Wird
als Katalysator in der Hydrierstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein heterogener Katalysator als Suspensionskatalysator eingesetzt,
so wird dieser nach der Hydrierung bevorzugt durch mindestens einen
Filtrationsschritt abgetrennt. Der derart abgetrennte Katalysator
kann in die Hydrierstufe rückgeführt werden.
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Die
bei der Hydrierung freiwerdende Wärme wird im Regelfall nicht
abgeführt.
Sollte dies jedoch notwendig sein, so kann bei dem erfindungsgemäß verwendeten
Reaktor intern beispielsweise über Kühlschlangen
und/oder extern beispielsweise über mindestens
einen Wärmetauscher
abgeführt
werden.
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Wird
die Hydrierung an mindestens einem suspendierten Katalysator durchgeführt, liegt
die Verweilzeit im Allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 10 h, beispielsweise
im Bereich von 0,5 bis 5 h, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 h
und besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 h. Dabei ist es
unerheblich, ob erfindungsgemäß ein Hauptreaktor
und ein Nachreaktor oder zusätzlich
weitere Reaktoren eingesetzt werden. Für sämtliche dieser Ausführungsformen liegt
die Gesamtverweilzeit in den oben angegebenen Bereichen.
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Wird
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
die erfindungemäße Hydrierstufe
in kontinuierlicher Fahrweise an mindestens einem Festbettkatalysator
durchgeführt,
so liegt die Katalysatorbelastung (kg Feed/Liter Katalysator × h) im
Allgemeinen im Bereich von 0,05 bis 1000, bevorzugt im Bereich von
0,1 bis 500 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 100.
Dabei ist es unerheblich, ob erfindungsgemäß ein Hauptreaktor und ein
Nachreaktor oder zusätzlich
weitere Reaktoren eingesetzt werden. Für sämtliche dieser Ausführungsformen liegt
die Gesamtbelastung in den oben angegebenen Bereichen. Unter Feed
ist das Fumarsäure-haltige zurückgewonnene
Absorptionsmittel zu verstehen.
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Weitere
im Feed vorhandene Komponenten sind v.a. solche, die in der Absorptionsstufe
ebenfalls vom Lösemittel
absorbiert werden. Beispielhaft seien Maleinsäure, MSA, alkylsubstituierte
Maleinsäurederivate,
Acyrylsäure,
Methacrylsäure
und Essigsäure
erwähnt.
Darüber
hinaus sind Hydriderprodukte des erfindungsgemäßen Verfahren wie Bernsteinsäure und
Bernsteinsäureanhydrid
vorhanden. Hierzu kommen weitere Verbindungen, die sich aus dem Lösemittel
bilden können,
wobei diese von der Natur des Lösemittels
abhängen.
Werden beispielsweise Phthalate verwendet, so sind neben Phthalsäureanhydrid
und seinen Monoestern ebenfalls die Ester der vorstehend genannten
Säuren
möglich.
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Zur
Entfernung von hochsiedenden Komponenten, wie zum Beispiel Bernsteinsäure, kann
in einer besonderen Ausführungsform
ein Teilstrom des zurückgewonnenen
Absorptionsmittels nach der Hydrierstufe und vor der Rückführung in
die Absorptionsstufe a) einer Destillation unterworfen werden.
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Weiterhin
kann die durch die erfindungsgemäße Hydrierung
entstandene Bernsteinsäure
als solche oder als Bernsteinsäureanhydrid
aus dem Absorptionsmittel durch dem Fachmann bekannte Maßnahmen,
beispielsweise durch Partialkondensation, Kondensation, Destillation
und Strippung, analog der vorgenannten MSA-Strippung, entfernt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nun in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.
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Beispiele:
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Vergleichsbeispiel 1
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1a) Versuchsapparatur
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Die
verwendete Apparatur bestand aus einer Zufuhr für die MSA-Schmelze, einer Wasser-Zufuhr vor
der Umlaufpumpe, einer Destillationskolonne mit Sumpfbeheizung und
Rücklaufteiler
zur Abtrennung des Maleinsäureanhydrids
(MSA) zwischen zwei Wärmetauschern
sowie einer Druckhaltung. Die Temperatur in allen Anlagenteilen
lag aufgrund von Begleitheizungen bei mindestens 70°C.
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Ein
Umlaufstrom von 3 l/h Dibutylphthalat wurde bei 1,2 bar vor der
Destillationskolonne auf 200°C
aufgewärmt
und nach der Druckhaltung in die Destillationskolonne gefahren.
Bei einem Kolonnendruck von 0,2 bar absolut betrug die Sumpftemperatur
230°C. Nach
Abkühlung
des über
einen Sumpfablauf entnommenen Umlaufstroms auf 90°C wurden ca.
0,3 kg MSA/h in Form einer Schmelze sowie ca. 15 g Wasser/h in den
Kreislauf eindosiert. MSA und der Großteil des Wassers wurden über den
Kopf der Kolonne bei einem Rücklaufverhältnis von
1 abdestilliert (Destillat). Das Destillat be stand aus überwiegend
MSA sowie geringen Mengen Wasser und Maleinsäure. Die Apparatur wurde über einen
Zeitraum von 4 Tagen weiterbetrieben. Bei einer täglichen
Probennahme ergab eine Sichtprobe und eine gaschromatographische
Analyse, dass sich suspendierter Feststoff in Form von Fumarsäure in der
Anlage gebildet hatte. Nach 4 Tagen verstopfte die Druckhaltung
und die Anlage stellte sich ab. Nach Entleeren des Kreislaufs fanden
sich in den Rohrleitungen und den Wärmetauschern Fumarsäureablagerungen.
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Beispiel 2:
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2a) Versuchsapparatur
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Die
verwendete Apparatur 2a) unterscheidet sich von der Versuchsapparatur
1a) aus dem Vergleichsbeispiel 1 durch einen nach dem Sumpfablauf der
Kolonne und vor dem der Kolonne nachgeschalteten Wärmetauscher
eingebauten 10 ml ölbeheizten bzw.
gekühlten
Rohrreaktor, der mit 3 mm Strängen eines
Katalysators bestehend aus 5 Gew.-% Palladium auf Aktivkohle gefüllt ist
und in Rieselfahrweise durchströmt
wurde.
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Bei
sonst gleichen Versuchsbedingungen und Mengenverhältnissen
wurde im Unterschied zu Vergleichsbeispiel 1 in den Reaktor bei
einer Temperatur von ca. 180°C
ein Wasserstoffstrom von ca. 0,5 Liter/h eindosiert. Die Anlage
wurde 10 Tage betrieben. In dieser Zeit kam es zu keiner Verstopfung.
Die täglichen
Proben zeigten bei Sichtprobe und gaschromatographischer Analyse
keine Feststoffe. Im Destillat fanden sich neben MSA auch Bernsteinsäureanhydrid,
Maleinsäure
und Bernsteinsäure.
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Erfindungsgemäße Beispiele 3 bis 5:
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Das
erfindungsgemäße Beispiel
2 wurde wiederholt, wobei in Beispiel 3 statt Pd auf Aktivkohle 0,15
Gew.-% Palladium auf Aluminiumoxid, in Beispiel 4 10 Gew.-% Ni auf
Aktivkohle und in Beispiel 5 0,15 Gew.-% Platin auf Aluminiumoxid
eingesetzt wurde. In allen Beispielen wurde der selbe Effekt wie im
erfindungsgemäßen Beispiel
2 erhalten.
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Beispiel 6:
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Das
erfindungsgemäßes Beispiel
2 wurde wiederholt, jedoch wurden die ersten 3 Tage kein Wasserstoff
in den Reaktor zugeführt.
Proben aus dem Kreislauf wiesen nach 2 Tagen einen Feststoffgehalt
an Fumarsäure
auf. Nach dem 3. Tag wurde wie im erfindungsgemäßen Beispiel 2 Wasserstoff
in einer Menge von ca. 0,5 Liter/h eindosiert. Bei einer erneuten
Probennahme am nächsten
Tag konnte keine Fumarsäure
durch Sichtprobe oder gaschromatographische Analyse mehr nachgewiesen
werden.
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Dieses
Beispiel zeigt, dass unter den erfindungsgemäßen Bedingungen, einmal gebildete
Fumarsäure,
die sich bereits abgelagert hat, ebenfalls hydriert werden kann.
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Vergleichsbeispiel 7:
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7a) Versuchsapparatur
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Die
verwendete Druckapparatur besteht aus einer Zufuhr für die MSA-Schmelze
und einer Wasser-Zufuhr vor einer Umlaufpumpe und einer mit Wasserstoff
betriebenen Strippkolonne (Stripper) zur Abtrennung des MSA's zwischen zwei Wärmetauschern
sowie einer Druckhaltung. Die Temperatur in allen Anlagenteilen
lag aufgrund von Begleitheizungen bei mindestens 70°C.
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Ein
Umlaufstrom von 1,5l/h Dibutylphthalat wurde bei 200°C über eine
Druckhaltung (ca. 10 bar absolut) in den Stripper eingebracht. In
den Sumpf des mit 5 mm Raschigringen gefüllte Strippers wurde bei 9
bar (absolut) 1,5 Nm3/h Wasserstoff bei
einer Temperatur von ca. 150°C
eingeblasen. Nach Abkühlung
des über
einen Sumpfablauf aus dem Stripper entnommenen Umlaufstroms auf
90°C wurden
0,1 kg MSA/h in Form einer Schmelze sowie ca. 5 g Wasser/h in den
Kreislauf eindosiert. Das Kopfprodukt des Strippers (Wasserstoff,
MSA und kleine Mengen Dibutylphthalat) wurden an einem Cu/Aluminiumoxidkatalysator
bei 230–260°C und 9 bar
in einem Rohrreaktor in an sich bekannter Weise zu THF hydriert.
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Nach
6 Tagen Betriebszeit fiel die Anlage aufgrund einer Verstopfung
im Wärmetauscher
nach dem Sumpfablauf des Strippers aus. Nach Entleeren des Kreislaufs
fanden sich in den Rohrleitungen und den Wärmetauschern Fumarsäureablagerungen.
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Beispiel 8:
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8a) Versuchsapparatur
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Die
verwendete Druckapparatur 8a) unterscheidet sich von der Versuchsapparatur
7a) aus dem Vergleichsbeispiel 7 dadurch, dass im unteren Bereich
des Strippers die Raschigringe durch 50 ml 0,15 Gew.-Palladium auf
Aluminiumoxid ersetzt wurden.
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Bei
sonst gleichen Versuchsbedingungen und Mengenverhältnissen
wie in Vergleichsbeispiel 7 wurde die Anlage 10 Tage betrieben.
In dieser Zeit kam es zu keiner Verstopfung. Die täglichen
Proben zeigten keine Feststoffe. Die nachfolgende Hydrierung zu
THF wurde durch die Hydrierung der Fumarsäure im Umlauf des Dibutylphthalats
nicht beeinträchtigt,
d.h. Bernsteinsäure
bzw. Bernsteinsäureanhydrid
schadeten nicht.