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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Alkoholen oder
von Gemischen mehrerer Alkohole in hoher Ausbeute und mit geringer
Schwefelsäurefarbzahl
durch destillative Auftrennung von Rohalkoholgemischen unter Einschluss
einer Hydrierung.
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Alkohole
können
z. B. durch katalytische Hydrierung von gesättigten oder ungesättigten
Carbonylverbindungen hergestellt werden. Große Mengen von Alkoholen werden
als Lösemittel
und als Zwischenprodukte für
die Herstellung vieler organischer Verbindungen verwendet. Wichtige
Folgeprodukte von primären
Alkoholen sind Weichmacher und Detergenzien.
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Bei
der Synthese der Alkohole entstehen Nebenprodukte, die abgetrennt
werden müssen.
C8- bis C1 2-Alkohole werden üblicherweise
durch Aldolkondensation von zwei Molekülen Aldehyd der halben Kettenlänge, beispielsweise
die Umsetzung von n-Butyraldehyd zu 2-Ethylhex-2-enal, und anschließende Hydrierung der
ungesättigten
Aldehyde gewonnen. Als Nebenprodukte bilden sich durch Hydrierung
der nicht kondensierten Einsatzaldehyde die entsprechenden Alkohole
sowie die Hydrierprodukte der trimeren und tetrameren Aldolprodukte
(Addition- und Kondensationsprodukte).
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Bei
der Herstellung von C5- bis C25-
Alkoholen durch Hydroformylierung der entsprechenden Olefine und
anschließende
Hydrierung entstehen Alkoholgemische, die Leichtsieder, wie beispielsweise
Einsatzolefine und daraus entstandene Paraffine, und Schwersieder,
wie beispielsweise Acetale, Enolether, hydrierte Aldolprodukte,
enthalten.
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Bei
technischen Synthesen fallen also Rohalkoholgemische an, aus denen
die Zielalkohole abgetrennt werden müssen. Die herkömmliche
Art, solche Produktgemische aufzutrennen, ist die fraktionierende
Destillation.
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In
EP 0 185 477 wird die Auftrennung
von Rohalkoholgemischen in Leichtsieder, Zielprodukt und Schwersieder
durch Destillation in zwei hintereinandergeschalteten Kolonnen,
wobei das Sumpfprodukt der ersten Kolonne der Zulauf der zweiten
Kolonne ist, beschrieben. Dabei wird in der ersten Kolonne der Leichtsieder
und in der zweiten Kolonne über
99% des Zielproduktes jeweils als Kopfprodukt abgetrennt. Als Sumpfprodukt
der zweiten Kolonne bleibt der Schwersieder zurück, der in einem zusätzlichen
Anlageteil zu Wertprodukten aufgearbeitet wird.
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In
JP Hei 02-164837 wird die destillative Aufarbeitung von Rohalkoholen
in drei hintereinandergeschalteten Kolonnen offengelegt, wobei die
Sumpfprodukte der ersten beiden Kolonnen jeweils der Zulauf der nächsten Kolonne
sind. Dabei wird in der ersten Kolonne der Leichtsieder, in der
zweiten Kolonne das Zielprodukt und in der dritten Kolonne ein Gemisch
aus Zielprodukt und anderen Stoffen jeweils als Kopfprodukt abgetrennt.
Das Kopfprodukt der dritten Kolonne wird in den Zulauf der ersten
Kolonne rückgeführt.
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JP
Hei 06-122638 beschreibt ein Verfahren für die destillative Auftrennung
von Rohalkoholgemischen in zwei hintereinandergeschalteten Kolonnen.
In der ersten Kolonne wird die Hauptmenge des Schwersieders als
Sumpfprodukt abgetrennt. Das Kopfprodukt ist Zulauf der zweiten
Kolonne. In dieser fällt
der Leichtsieder als Kopfprodukt an. Das Zielprodukt wird im unteren
Teil der zweiten Kolonne als Nebenstrom abgezogen. Das Sumpfprodukt
der zweiten Kolonne, bestehend aus Schwersieder und Zielprodukt
wird in den Zulauf der ersten Kolonne rückgeführt.
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In
DE 199 14 260 A1 wird
ein weiteres Verfahren zur Auftrennung von Rohalkoholgemischen in
zwei hintereinandergeschalteten Kolonnen offengelegt. In der ersten
Kolonne wird der Leichtsieder als Kopfprodukt abgetrennt und das
Zielprodukt als Nebenstrom im unteren Teil der Kolonne abgezogen.
Das Sumpfprodukt, bestehend aus Zielprodukt und Schwersieder, ist
Zulauf der zweiten Kolonne. In der zweiten Kolonne wird ein Gemisch
aus Zielprodukt und Schwersieder als Kopfprodukt abgetrennt und
in die erste Kolonne rückgeführt. Als
Sumpfprodukt der zweiten Kolonne fällt Schwersieder an.
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Für Alkohole
für bestimmte
Verwendungszwecke, beispielsweise zur Herstellung von Weichmachern, wird
sowohl eine hohe gaschromatographische Reinheit als auch eine geringe Schwefelsäurefarbzahl
gefordert. Unter Schwefelsäurefarbzahl
versteht man dabei eine Verfärbung,
die durch Einwirken der Schwefelsäure auf den Zielalkohol unter
bestimmten Bedingungen („American
Society for Testing and Materials (ASTM, Designation E852-94 a,
Standard Test Methods for C4 – C13 Plasticizer Grade Alcohols, Section 21 – 26)) verursacht
wird.
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Die
obengenannten Verfahren können
bei hoher Ausbeute, also geringen Alkoholverlusten durch die abgetrennten
Leicht- und Schwersiederfraktionen kein Zielprodukt mit geringer
Schwefelsäurefarbzahl
garantieren.
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In
EP 0 185 477 herrscht, um
eine möglichst
hohe Ausbeute an Zielprodukt zu erhalten, in derjenigen Kolonne,
in der das Zielprodukt vom Schwersieder abgetrennt wird, auch im
Vakuum eine relativ hohe Sumpftemperatur. Dabei können Zersetzungsprodukte
des Schwersieders entstehen, die direkt ins Zielprodukt gelangen.
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Bei
JP Hei 06-122638, JP Hei 02-164837 und
DE 199 14 260 können bei der Abtrennung der
Schwersieder durch deren thermischen Spaltung Schwefelsäurefarbzahl-bewirkende
Stoffe entstehen. Wenn diese die gleiche Siedelage wie das Zielprodukt
haben, sind sie verfahrensbedingt im abgetrennten Zielprodukt enthalten
und verursachen dort eine Schwefelsäurefarbzahl.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik bestand daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem die Zielalkohole
sowohl in hoher Ausbeute als auch mit geringer Schwefelsäurefarbzahl
gewonnen werden können.
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Bei
der Gewinnung von reinen Alkoholen aus Reaktionsgemischen durch
Destillation gemäß dem Stand
der Technik, sind eine möglichst
hohe Ausbeute an Reinalkohol und eine geringe Schwefelsäurefarbzahl des
Reinalkohols gegenläufige
Ziele. Soll eine möglichst
hohe Menge an Zielalkohol aus einem Gemisch destillativ abgetrennt
werden, müssen
geringe Mengen an Nebenprodukten im Reinalkohol, die eine Schwefelsäurefarbzahl
bewirken können,
toleriert werden. Ist dagegen die Herstellung eines Reinalkohols
mit einer geringe Schwefelsäurefarbzahl
das Ziel, verbleibt üblicherweise
ein nicht unerheblicher Teil des Zielalkohols in den Nebenprodukten.
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Es
wurde nun überraschenderweise
gefunden, dass die Zielalkohole mit einer Schwefelsäurefarbzahl kleiner
als 25 in hoher Ausbeute aus einem Rohalkoholgemisch gewonnen werden
können,
wenn die nach der Abtrennung des Zielproduktes erhaltene restliche
Fraktion, die auch noch Teile des Zielprodukts aufweist, vor der
Rückführung in
die Aufarbeitung des Rohalkoholgemisches bzw. in die Abtrennung
des Zielproduktes zumindest teilweise hydriert wird. Durch die Hydrierung
können
Schwefelsäurefarbzahl-bewirkende
Stoffe mit gleicher Siedelage wie das Zielprodukt dadurch entfernt
werden, dass sie zu Stoffen, die keine Schwefelsäurefarbzahl bewirken, oder
zu Stoffen, die eine andere Siedelage als das Zielprodukt aufweisen,
umgesetzt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass Schwefelsäurefarbzahl-bewirkende
Stoffe im Zulauf derjenigen Kolonne, in der das reine Zielprodukt
abgetrennt wird, nicht vorhanden sind bzw. bei der Abtrennung nicht
in der Fraktion, die im wesentlichen das Zielprodukt aufweist, vorhanden
ist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Abtrennung
einer Alkohole mit 5 bis 25 C-Atomen aufweisenden Fraktion mit einer
Schwefelsäurefarbzahl
von kleiner 25 aus einem Alkohol bzw. ein Alkholgemisch aufweisenden
Gemisch, bei dem das Gemisch in zumindest zwei Kolonnen in zumindest
vier Fraktionen: eine im Verhältnis
zum Zielprodukt leichtsiedende Fraktion, eine Fraktion die im wesentlichen
das Zielprodukt, also Alkohole mit 5 bis 25 C-Atomen aufweist und
die eine Schwefelsäurefarbzahl
von kleiner 25 aufweist, eine Fraktion, welche das Zielprodukt sowie
im Verhältnis
zum Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweist, und die zumindest
teilweise in die Destillation zurückgeführt wird, sowie eine im Verhältnis zum
Zielprodukt schwersiedende Fraktion, aufgetrennt wird, welches dadurch
gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Teil der rückgeführten Fraktion
vor der Abtrennung des Zielproduktes zumindest einmal hydriert wird.
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Ebenso
ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Verwendung der nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Alkohole zur Herstellung von Weichmachern oder Detergenzien.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ist eine Abtrennung von Alkoholen in hoher Ausbeute und mit einer
Schwefelsäurefarbzahl
kleiner als 25 aus Alkoholgemischen möglich. Bei den bislang üblichen
Verfahren wurde entweder Alkohol mit einer Schwefelsäurefarbzahl
von kleiner 25 erhalten, wobei die Ausbeute relativ gering war,
oder, wenn die Ausbeute durch Rückführung von
Nebenfraktionen, die noch Alkohol aufweisen, in die Abtrennung erhöht wurde,
Alkohol mit einer Schwefelsäurefarbzahl
von über
25 erhalten. Durch die erfindungsgemäße zumindest einmalige Hydrierung
der rückgeführten Fraktion,
können
die Schwefelsäurefarbzahl-bewirkenden
Stoffe, die bei der (destillativen) Aufarbeitung der Nebenfraktion
entstehen bzw. angereichert werden, zumindest teilweise "entfernt" werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Abtrennung von Alkohol oder Alkoholgemischen mit geringer Farbzahl
weist gegenüber
bekannten Verfahren folgende Vorteile auf: hohe Ausbeute an Zielprodukt(en)
bei Einhaltung einer Schwefelsäurefarbzahl
von kleiner 25; Möglichkeit
der Aufarbeitung auch von Rohalkoholgemischen von geringer Qualität, also
z. B. von Gemischen mit einem Alkoholgehalt von unter 80% und/oder
einer Schwefelsäurefarbzahl
von über
50.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend beschrieben, ohne dass das Verfahren auf diese Ausführungsformen
beschränkt
sein soll.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Abtrennung einer Alkohole mit 5 bis 25 C-Atomen aufweisenden Fraktion
mit einer Schwefelsäurefarbzahl
von kleiner 25 aus einem Alkohol bzw. Alkoholgemisch aufweisenden
Gemisch, bei dem das Gemisch in zumindest zwei Kolonnen in zumindest
vier Fraktionen: eine im Verhältnis
zum Zielprodukt leichtsiedende Fraktion, eine Fraktion (Zielfraktion)
die im Wesentlichen das Zielprodukt, also Alkohole mit 5 bis 25
C-Atomen aufweist und die eine Schwefelsäurefarbzahl von kleiner 25
aufweist, eine Fraktion, welche das Zielprodukt sowie im Verhältnis zum
Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweist, und die zumindest
teilweise in die Destillation zurückgeführt wird, sowie eine im Verhältnis zum Zielprodukt
schwersiedende Fraktion, aufgetrennt wird, zeichnet sich dadurch
aus, dass zumindest ein Teil der rückgeführten Fraktion vor der Abtrennung
des Zielproduktes zumindest einmal hydriert wird. Es kann vorteilhaft
sein, wenn aus der Fraktion, welche das Zielprodukt sowie im Verhältnis zum
Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweist, vor der Hydrierung
eine im Verhältnis
zum Zielprodukt schwersiedende Fraktion, abgetrennt wird, welche
vorzugsweise weniger als 0,1 % des Anteils des Zielproduktes aus
der das Zielprodukt sowie im Verhältnis zum Zielprodukt schwersiedende
Verbindungen aufweisenden Fraktion aufweist. Unter Zielprodukt werden
in der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Alkohole oder Gemische
davon verstanden. Unter Zielfraktion wird eine die Zielprodukte
aufweisende Fraktion verstanden, die eine Farbzahl von kleiner 25,
vorzugsweise kleiner 20 und ganz besonders bevorzugt kleinergleich
15 aufweist. Diese Fraktion bzw. dieses Gemisch kann einen oder
mehrere Alkohole aufweisen. Vorzugsweise weist diese Fraktion mehr
als 95 Gew.-%, vorzugsweise von 95 bis 99,9 Gew.-% und besonders
bevorzugt von 97,5 bis 99,5 Gew.-% an Alkohol(en) auf. Die Alkohole
in dem Zielprodukt weisen vorzugsweise eine einheitliche Zahl an
Kohlenstoffatomen auf. Die Alkohole können nur ein Isomeres aufweisen
oder aber ein Isomerengemisch sein. Vorzugsweise sind die Alkohole
ein Isomerengemisch.
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Die
Fraktion, welche das Zielprodukt sowie im Verhältnis zum Zielprodukt schwersiedende
Verbindungen aufweist, weist auch nach einer gegebenenfalls erfolgten
Abtrennung einer Schwersiederfraktion Stoffe auf, von denen mindestens
einer eine Schwefelsäurefarbzahl(-erhöhung) bewirkt.
Diese Stoffe können Schwersieder
sein, aber auch Leichtsieder, die durch Spaltung des Schwersieders,
z. B. bei der Abtrennung der Schwersieder, entstanden sind, wie
beispielsweise Aldehyde und Olefine. Insbesondere bei der Abtrennung
von Schwersiedern aus der das Zielprodukt sowie im Verhältnis zum
Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweisenden Fraktion werden
die in dieser Fraktion vorhandenen Stoffe großen thermischen Belastungen
ausgesetzt, welche zur Entstehung der die Schwefelsäurefarbzahl-bewirkenden
Stoffe führt.
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Die
Hydrierung kann in einer separaten Hydriereinheit durchgeführt werden.
Ebenso ist es möglich, dass
die rückgeführte Fraktion
zur Hydrierung in eine Hydriereinheit (Rohaldehydhydriereinheit) überführt wird, in
welcher ein Aldehyde aufweisendes Gemisch zu einem Alkohol aufweisenden
Gemisch, welches als Ausgangsgemisch für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet wird, hydriert wird, und dort gemeinsam mit diesem Gemisch
hydriert wird. Es kann vorteilhaft sein, wenn die rückgeführte Fraktion
sowohl in einer separaten Hydriereinheit als auch in der Rohaldehyd-Hydriereinheit
hydriert wird.
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Die
Hydrierung zumindest eines Teils der rückgeführten Fraktion kann auch so
erfolgen, dass der Zulauf zu der Kolonne, in welcher die Fraktion,
die im wesentlichen das Zielprodukt aufweist, gewonnen wird, hydriert
wird. Wiederum kann es vorteilhaft sein, wenn die rückgeführte Fraktion
zur Hydrierung in eine Hydriereinheit (Rohaldehydhydriereinheit) überführt wird,
in welcher ein Aldehyde aufweisendes Gemisch zum Alkohol aufweisenden
Gemisch, welches als Ausgangsgemisch für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet wird, hydriert wird, und dort gemeinsam mit diesem Gemisch
hydriert wird und anschließend
der Zulauf zu derjenigen Kolonne hydriert wird, in welcher die Fraktion,
die im Wesentlichen das Zielprodukt aufweist, gewonnen wird.
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Die
Hydrierung nur in der Rohaldehydhydrierstufe hat den Vorteil eines
geringen Investments, da diese Hydriereinheit sowieso schon vorhanden
ist. Nachteilig kann aber sein, dass nicht alle Schwefelsäurefarbzahl-bewirkenden
Stoffe mit der gleichen Siedelage wie das Zielprodukt durch Hydrierung "entfernt" werden.
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Eine
eigene Hydrierstufe erfordert zwar ein zusätzliches Investment; sie bietet
jedoch die Möglichkeit schärfere Hydrierbedingungen
als bei der Aldehydhydrierung anzuwenden und andere Katalysatoren
einzusetzen. Dadurch ist es möglich,
auch andere Stoffe, insbesondere Schwefelsäurefarbzahl-bewirkende, zu
hydrieren, die bei den Bedingungen der Aldehydhydrierung unverändert bleiben.
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Bei
der üblichen
Aldehydhydrierung werden z. B. gesättigte und α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen
zu den entsprechenden gesättigten
Alkohole hydriert. Die Beschreibung solcher Prozesse, wie z. B.
des Octol-Prozesses, kann z. B.
DE
199 06 518 ,
DE 198
42 369 oder
DE 100
62 448 entnommen werden. Unkonjugierte olefinische Doppelbindungen
dagegen werden nur teilweise hydriert. Beim Vorliegen solcher Bedingungen
wäre es
vorteilhaft, wenn die olefinischen Doppelbindungen zuerst an Pd-Katalysatoren
in einer separaten Hydriereinheit zu hydrieren und anschließend die
carbonylischen Doppelbindungen an den üblichen Katalysatoren für die Hydrierung
von Aldehyden oder in umgekehrter Reihenfolge.
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Eine
zusätzliche
(separate) Hydriereinheit kann aus einem Reaktor oder mehreren hintereinandergeschalteten
Reaktoren bestehen. Die Reaktoren können mit dem gleichen oder
unterschiedlichen Katalysatoren befüllt sein. Ebenfalls ist es
möglich,
dass ein Reaktor mehr als einen Katalysator enthält.
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Die
Nachhydrierung wird in der Gasphase oder der Flüssigphase, bevorzugt in der
Flüssigphase durchgeführt. Die
Nachhydrierung in einer separaten Hydriereinheit wird im Temperaturbereich
von 110 bis 220°C
und in einem Druckbereich von 20 bis 100 bar durchgeführt.
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Wie
bereits beschrieben erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Auftrennung
des Alkohol aufweisenden Gemisches in zumindest vier Fraktionen
unter Verwendung von zumindest zwei Kolonnen. Typischerweise werden
zur Auftrennung eines Gemisches in vier Fraktionen drei Kolonnen
eingesetzt (eine solche Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist beispielsweise in 1 dargestellt).
In einer ersten Kolonnen (Leichtsiederkolonne) werden bei dieser
einfachsten Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zunächst
Stoffe (Leichtsiederfraktion), die leichter sieden als das Zielprodukt,
von dem Ausgangsgemisch abgetrennt. Der verbleibende Reste wird
in einer zweiten Kolonne (Reinalkoholkolonne) in eine das Zielprodukt
aufweisende Kopffraktion (Zielfraktion) und eine Sumpffraktion aufgetrennt,
die Schwersieder und geringe Mengen an Alkoholen (Zielprodukt) aufweist.
Die Sumpffraktion wird in einer dritten Kolonne (Schwersiederkolonne)
in eine schwerer als das Zielprodukt (die Alkohole) siedende Fraktion
und eine das Zielprodukt aufweisende Fraktion getrennt, welche in
die Auftrennung zurückgeführt wird
und zumindest einmal hydriert wird. Die Hydrierung kann wie bereits
beschrieben an den unterschiedlichsten Stellen des Verfahrens erfolgen. Die
vorgenannte Beschreibung der einfachsten Ausführung gibt nur die wesentlichen
Schritte wieder. Es versteht sich von selbst, dass zwischen den
Kolonnen weitere Kolonnen vorhanden sein können, in denen Teilströme aus den
erhaltenen Strömen
abgetrennt werden können.
Solche Teilströme
können
z. B. auch Rückläufe von
Kopf- und/oder Sumpffraktion sein, die in die jeweiligen Kolonnen
zurückgeführt werden.
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Die
abgetrennte Leichtsiederfraktion kann z. B. in einer weiteren Kolonne
fraktioniert werden. Wenn beispielsweise das rohe Alkoholgemisch
durch Hydroformylierung von Olefinen und anschließende Hydrierung hergestellt
worden ist, kann die Leichtsiederfraktion Olefine und ggf. Aldehyde
enthalten. Diese Stoffe können gegebenenfalls
abgetrennt werden. Die abgetrennten Olefine können in die Hydroformylierungsstufe
und die Aldehyde in die Hydrierungsstufe rückgeführt werden.
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Die
Auftrennung der Leichtsieder kann auch in der ersten Kolonne integriert
sein. Beispielswiese kann eine Leichtsiederfraktion, die Aldehyde
enthält,
im oberen Teil der ersten Leichtsiederkolonne flüssig oder dampfförmig als
Seitenstrom gewonnen werden. Auf ähnliche Weise kann auch eine
gegebenenfalls in den Leichsiedern vorhandene Olefin-reiche Fraktion
abgetrennt werden.
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In
einer speziellen Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Alkohol aufweisende Gemisch in einer ersten Kolonne (Kombinationskolonne)
in eine im Verhältnis
zum Zielprodukt leichtsiedende Fraktion, die am Kopf der Kolonne
abgenommen wird, in eine im wesentlichen das Zielprodukt aufweisende Fraktion,
die über
einen Seitenabzug flüssig
oder gasförmig,
vorzugsweise gasförmig,
abgenommen wird, und eine Fraktion, welche das Zielprodukt sowie
im Verhältnis
zum Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweist, aufgespalten.
Bei dieser Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Kolonne mit Seitenabzug an Stelle der Kombination von
Leichtsiederkolonne und Reinalkoholkolonne eingesetzt. Der Seitenstrom
wird vorzugsweise im unteren Teil der Kolonne abgenommen. Die das
Zielprodukt sowie im Verhältnis zum
Zielprodukt schwersiedende Verbindungen aufweisende Fraktion, wird
darin in einer zweiten Kolonne, in eine im Verhältnis zum Zielprodukt schwersiedende
Fraktion als Sumpfprodukt und eine das Zielprodukt sowie leichter
als die Verbindungen im Sumpfprodukt siedende Verbindungen aufweisende
Fraktion getrennt wird, die rückgeführt wird.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in der ersten Kolonne (Kombinationskolonne) außerdem eine
Leichtsiederfraktion in einem zusätzlichen Seitenstrom abgenommen
wird, die Aldehyde aufweist und in eine Rohaldehyd-Hydriereinheit
zurückgeführt wird.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Verfahren
abgetrennten Schwersieder sowie der nicht zurückgeführte Anteil der Leichtsieder
kann thermisch verwertet werden, als Einsatzmaterial zur Erzeugung
von Synthesegas dienen oder teilweise zu Aldehyden und Alkoholen
gespalten werden, die an geeigneter Stelle in den Prozess, beispielsweise
in die Hydrierung, rückgeführt werden
können.
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Die
Erfindung kann, wie bereits erwähnt,
zur Herstellung von Alkoholen oder von Gemischen zweier oder mehrerer
Alkohole in hoher Ausbeute mit geringer Schwefelsäurefarbzahl
aus rohen technischen Alkoholgemischen genutzt werden.
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Geeignete
Alkohol aufweisende Gemische als Einsatzstoffe sind beispielsweise
solche Produktgemische, die durch Aldolreaktionen oder Coaldolreaktionen
(Addition- oder Kondensationreaktion) und anschließende Hydrierung
gewonnen werden können.
Beispiele für
solche Einsatzstoffe sind rohes 2-Ethylhexanol, hergestellt durch
Aldolkondensation von Butyraldehyd und anschließende Hydrierung, rohes 2-Propylheptanol,
hergestellt durch Aldolkondensation von Valeraldehyd und anschließende Hydrierung,
und rohes Decanolgemisch, hergestellt durch Aldolkondensation eines
C5-Aldehydgemisches und anschließende Hydrierung.
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Eine
weitere Gruppe von Einsatzstoffen umfasst die Rohalkoholgemische,
die durch Hydroformylierung von Olefinen und anschließende Hydrierung
gewonnen werden können.
Diese Rohgemische weisen einen oder mehrere primäre Alkohole) auf. Ausgangsstoff
für die
Herstellung dieser Rohalkoholgemische können Olefine oder Gemische
von Olefinen, insbesondere Monoolefine mit 4 bis 24, bevorzugt mit
4 bis 16 Kohlenstoffatomen mit end- oder innenständigen C-C-Doppelbindungen,
wie z. B. 1-Buten, 2-Buten, Isobuten, 1- oder 2-Penten, 2-Methylbuten-1,
2-Methylbuten-2, 3-Methylbuten-1, 1-,2- oder 3-Hexen, das bei der
Dimerisierung von Propen anfallende C6-Olefingemisch
(Dipropen), Heptene, 2- oder 3-Methyl-1-hexen, Octene, 2-Methylheptene,
3-Methylheptene, 5-Methylhepten-2, 6-Methylhepten-2, 2-Ethylhexen-1,
das bei der Dimerisierung von Butenen anfallende Gemisch der isomeren
C8-Olefine (Dibuten), Nonene, 2- oder 3-Methyloctene, das
bei der Trimerisierung von Propen anfallende C9-Olefingemisch
(Tripropen), Decene, 2-Ethyl-1-octen,
Dodecene, das bei der Tetramerisierung von Propen oder der Trimerisierung
von Butenen anfallende C12-Olefingemisch
(Tetrapropen oder Tributen), Tetradecene, Hexadecene, das bei der
Tetramerisierung von Butenen anfallende C16-Olefingemisch
(Tetrabuten) sowie durch Cooligomerisierung von Olefinen mit unterschiedlicher Anzahl
von Kohlenstoffatomen (bevorzugt 2 bis 4) hergestellte Olefingemische,
gegebenenfalls nach destillativer Trennung in Fraktionen mit gleicher
oder ähnlicher
Kettenlänge,
sein. Ebenfalls können
Olefine oder Olefingemische, die durch Fischer-Tropsch-Synthese
erzeugt worden sind sowie Olefine, die durch Oligomerisierung von
Ethen erhalten wurden oder Olefine, die über Methathesereaktionen zugänglich sind,
eingesetzt werden. Bevorzugte Edukte sind C8-,
C9-, C12- oder C16-Olefingemische.
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Beispiele
für durch
Hydroformylierung von Olefinen und anschließende Hydrierung hergestellte
Gemische sind rohes Isononanol oder rohes Tridecanol, hergestellt
aus Oligomeren von n-Butenen, insbesondere solchen aus dem Octol-Prozess
(Z. B.: Hydrocarbon Process., Int. Ed. (1986) 65 (2. Sect. 1), Seite
31-33 oder J. Schulze, M. Homann, C4-Hydrocarbons
and Derivates, Springer Verlag, Berlin 1989, Seite 69 bis 70). Diese Rohalkoholgemische
werden besonders bevorzugt als Alkohol aufweisendes Gemisch im erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
bevorzugt Alkohol aufweisende Gemische eingesetzt werden, die einen
Gehalt an Zielprodukt von mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr
als 60 Gew.-% aufweisen. Besonders bevorzugt als Alkohol aufweisende
Gemische können
Rohalkoholgemische eingesetzt werden, die durch Aldolreaktion und
anschließende
Hydrierung hergestellt worden sind, und die bevorzugt von 70 bis
98 Gewichtsteile Zielalkohole, von 0,5 bis 10 Gewichtsteile höhersiedende
Bestandteile, bei denen es sich insbesondere um Hydrierungsprodukte
von höheren
Addition- oder Kondensationsprodukten der zu Beginn der Synthese
eingesetzten Carbonylverbindung(en) handeln kann, und 1 bis 15 Gewichtsteile
Leichtsieder, die insbesondere aus dem Hydrierprodukt der zu Beginn
der Synthese eingesetzten Carbonylverbindung(en) bestehen kann,
aufweisen. Technisch wichtige Rohalkoholmischungen sind beispielsweise
diejenigen, die 2-Ethylhexanol oder 2-Propylheptanol oder Dodecanol
enthalten.
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Ebenfalls
können
Rohalkoholgemische, die durch Hydroformylierung von Olefinen und
anschließende Hydrierung
hergestellt worden sind, eingesetzt werden, die vorzugsweise von
70 bis 99 Gewichtsteile Zielalkohole, von 1 bis 20 Gewichtsteile
Leichtsieder und von 0,5 bis 10 Gewichtsteile Schwersieder aufweisen.
Die Leichtsieder können
insbesondere Ausgangsolefine, aus durch Hydrierung der Olefine entstandene
Paraffine, und gegebenenfalls Methanol und Wasser aufweisen. Die
Schwersieder können
z. B. im Wesentlichen Ester, Ether, Säuren, Acetale und hydrierte
Kondensationsprodukte aufweisen. Die Menge an Nebenprodukten und ihre
Art hängt
hauptsächlich
von dem Ausgangsolefin bzw. Olefingemisch und dem Hydroformylierungsverfahren
ab.
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Die
Herstellung der Rohalkohole, sei es durch Aldolreaktion und anschließende Hydrierung
oder Hydroformylierung und anschließende Hydrierung, sind bekannte
Verfahren (J. Falbe, "New
Syntheses with Carbon Monoxide",
Springer Verlag (1980), Berlin, Heidelberg, New York).
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
insbesondere Alkohol aufweisende Gemische von Alkoholen mit 8 bis
17 C-Atomen, bevorzugt Alkohol aufweisende Gemische von Alkoholen
mit 9 C-Atomen aufgearbeitet werden.
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Die
Auslegung der Kolonnen (Anzahl der theoretischen Trennstufen in
den Verstärker-
und Abtriebsteilen, Art der Böden
etc.) und die Destillationsbedingungen (Drücke, Temperaturen, Rücklaufverhältnisse,
hydraulischen Belastungen, etc.) hängen von der Zusammensetzung
der aufzutrennenden Alkohol aufweisenden Gemische, insbesondere
vom Zielprodukt ab.
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Bevorzugt
wird aber in derjenigen Kolonne, in der die Zielfraktion abgetrennt
wird, die Sumpftemperatur so tief sein, dass keine thermische Zersetzung
der Schwersieder zu Schwefelsäurefarbzahl-bewirkenden Stoffen
mit der gleichen Siedelage wie der des Zielproduktes erfolgen kann.
Wenn der Zulauf dieser Kolonne, in der die Zielfraktion abgetrennt
wird, nicht hydriert wird, ist es auch vorteilhaft, die Sumpftemperaturen)
in der (den) vorgeschalteten Kolonne(n) nach der Hydrierung unter
200°C, bevorzugt
unter 195°C
zu halten Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, höhere Alkohole im Vakuum zu
destillieren, so dass eine Sumpftemperatur von vorzugsweise 195°C nicht überschritten
wird.
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Bei
der Aufarbeitung von einem oder mehreren rohen C9-Alkohol(en)
als Alkohol aufweisendes Gemisch, beispielsweise hergestellt durch
Hydroformylierung eines C8-Olefins oder
eines Gemisches von C8-Olefinen und anschließende Hydrierung
der Hydroformylierungsprodukte, kann es vorteilhaft sein, die oben
genannten Kolonnen, insbesondere die in der die im wesentlichen
das Zielprodukt aufweisende Zielfraktion (als Kopfprodukt) abgetrennt
wird, mit einer Sumpftemperatur von kleiner 200°C, vorzugsweise von kleiner
195°C zu
betreiben. Bei der Aufarbeitung in einer Anlage nach 1 können beispielsweise Kolonnen
mit folgenden Trennstufenzahlen verwendet werden:
Kolonne 2 :
60 – 100
Kolonne 5:
20 – 30
Kolonne 8:
20 – 30
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Dabei
wird Kolonne 2 bei einem Kopfdruck von 500 bis 600 mbar,
Kolonne 5 bei einem Kopfdruck von 200 bis 300 mbar und
Kolonne 8 bei einem Kopfdruck von 5 bis 20 mbar betrieben.
Die Sumpftemperaturen betragen in allen drei Kolonnen von 180 bis
195°C.
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Die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Alkohole können
als Lösemittel
oder zur Synthese vieler organischer Verbindungen eingesetzt werden.
Ebenso können
die erfindungsgemäße hergestellten
Alkohole z. B. zur Herstellung von Weichmachern und Detergenzien
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird an Hand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert ohne
darauf beschränkt
zu sein. In diesen Blockschemata (1 bis 5) werden verschiedene Aus führungsvarianten
der Erfindung dargestellt, ohne damit weitere Varianten der Erfindung
auszuschließen.
In den Blockschaltbildern sind gewöhnliche Bauteile wie Pumpen,
Verdichter, Ventile, Wärmetauscher
und Verdampfer nicht dargestellt, jedoch sind diese selbstverständliche
Bauteile einer Anlage. Bei den Hydrierreaktoren sind Wasserstoff-
und Abgasleitungen nicht gezeichnet.
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In
der Variante gemäß 1 wird Rohalkohol (1)
zusammen mit einer nachhydrierten Alkoholfraktion (12)
in eine erste Kolonne (2) eingespeist. Der Leichtsieder
(3) wird als Kopfprodukt abgetrennt. Das Sumpfprodukt (4)
wird in der zweiten Kolonne (5) in Reinalkohol (Zielprodukt)
(6) und in ein Sumpfprodukt (7) getrennt, das
in einer dritten Kolonne (8) in eine Kopffraktion (10),
die überwiegend
Zielalkohole enthält,
und eine nahezu an Zielprodukt freie Sumpffraktion (9)
mit dem Schwersieder aufgespalten wird. Das Kopfprodukt (10) wird
nach Hydrierung im Reaktor (11) als Strom (12)
in die Kolonne (2) rückgeführt.
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Eine
zweite Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 skizziert. Dabei wird Rohalkohol
(13) wird in einer ersten Kolonne (14) in Leichtsieder
(15) und ein Sumpfprodukt (16) getrennt, das in
der zweiten Kolonne (17) in Reinalkohol (18) und
ein Sumpfprodukt (19) aufgespaltet wird. Aus dem Strom (19)
wird in der dritten Kolonne (20) der Schwersieder (21)
abgetrennt. Das Kopfprodukt (22), das einen weiteren Anteil
des Zielproduktes enthält,
wird zusammen mit Rohaldehyd (23) im Reaktor (24)
hydriert.
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3 zeigt eine dritte Variante
des erfindungsgemäßen Verfahren.
Rohalkohol (25) wird zusammen mit Strom (26) in
der Kolonne (27) in drei Fraktionen getrennt. Als Kopfprodukt
fällt der
Leichtsieder (28) an. Die Hauptmenge des Zielproduktes
wird als Nebenstrom (29) gasförmig abgezogen. Das Sumpfprodukt
(30) wird in der Kolonne (31) in eine alkoholhaltiges
Kopfprodukt (32) und in ein Sumpfprodukt (33)
mit dem Schwersieder getrennt. Das Kopfprodukt (32) wird
nach Hydrierung im Reaktor (45) in die Kolonne (31)
rückgeführt.
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Eine
weitere Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in 4 dargestellt.
Bei dieser Variante wird Rohalkohol (34) in der Kolonne
(35) in drei Fraktionen getrennt. Als Kopfprodukt fällt der
Leichtsieder (36) an. Die Hauptmenge des Zielproduktes
wird als Nebenstrom (37) gasförmig abgezogen. Das Sumpfprodukt
(38) wird in der Kolonne (39) in eine alkoholhaltiges
Kopfprodukt (40) und in ein Sumpfprodukt (41)
mit dem Schwersieder getrennt. Das Kopfprodukt (40) wird
zusammen mit dem Rohaldehyd (42) im Reaktor (43) zum
Rohalkohol (34) hydriert.
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Eine
weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in 5 skizziert. Sie unterscheidet sich
von der Variante gemäß 2 dadurch, dass aus der
Leichtsiederkolonne (14) zusätzlich ein Seitenstrom (44),
der Aldehyde enthält,
abgezogen und in den Hydrierreaktor (24) rückgeführt wird.
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne die Anwendungsbreite
einzuschränken, die
sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt.
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Bei
allen Destillationsversuchen wurde der gleiche Einsatzstoff verwendet.
Dies war ein Roh-C9-Alkoholgemisch, das durch Hydroformylierung
eines Octengemisches, erhalten nach dem Octol-Prozess aus linearen
Butenen, und anschließende
Hydrierung der Hydroformylierungsprodukte hergestellt wurde. Dieses
Gemisch bestand aus 8 Massen-% Leichtsieder, aus 88 Massen-% C9-Alkoholen und 4 Massen-% Hochsieder.
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Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)
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Das
Roh-C9-Alkoholgemisch wurde in zwei hintereinandergeschalteten
Kolonnen aufgetrennt. In der ersten Kolonne wurde der Leichtsieder
als Kopfprodukt abgetrennt. Das Sumpfprodukt der ersten Kolonne wurde
in der zweiten Kolonne in ein C9-Alkoholgemisch
und ein Sumpfprodukt, das Hochsieder und C9-Alkohole
enthielt, getrennt. Die erste Kolonne hatte 100 Trennstufen und
die zweite 30 Trennstufen. Die erste Kolonne wurde bei einem Druck
von 530 bis 570 mbar und einer Sumpftemperatur von 190 bis 195°C betrieben. Die
zweite Kolonne wurde bei einem Druck von 250 mbar und einer Sumpftemperatur
von 185°C
betrieben. Die Massenströme
und deren Zusammensetzung wurden in Tabelle 1 zusammengefasst.
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Die
Destillationsausbeute an C9-Alkohol betrug
99,2%. Die Schwefelsäurefarbzahl
lag bei 15.
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Beispiel 2 (nicht erfindungsgemäß)
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Die
destillative Auftrennung des C9-Alkoholgemisches
erfolgte in einer Anlage nach 1 mit
dem Unterschied, dass der Hydrierreaktor (11) umfahren
wurde. Es wurden die gleichen Stromnummer wie in 1 verwendet. Die erste Kolonne hatte
100, die zweite 30 und die dritte 30 Trennstufen. Die erste Kolonne
wurde bei einem Druck von 530 bis 570 mbar und einer Sumpftemperatur
von 190 bis 195°C,
die zweite bei einem Druck von 250 mbar und einer Sumpftemperatur
von 185°C
und die dritte bei einem Druck von 10 mbar und einer Sumpftemperatur
von 190°C
betrieben.
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Um
genügend
Material für
folgende Beispiele zu erhalten, wurde das Destillat der dritten
Kolonne zunächst
nicht in die erste Kolonne zurückgeführt, sondern
gesammelt. Die dabei erhaltenen Massenströme und deren Zusammensetzung
wurden in Tabelle 2a zusammengestellt.
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Das
Destillat der dritten Kolonne hatte eine Schwefelsäurefarbzahl
von 580.
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Nach
Umstellung der Fahrweise, nämlich
Rückführung des
Destillats der dritten Kolonne in die erste Kolonne, ergaben sich
geringfügig
andere Massenströme
und Zusammensetzungen. Diese Werte wurden in der Tabelle 2b zusammengefasst.
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Bei
Rückführung des
Destillates der dritten Kolonne betrug die Destillationsausbeute
an C9-Alkoholen 99,8%. Die Farbzahl verschlechterte
sich im Vergleich zu Beispiel 1 von 15 auf 35.
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Beispiel 3: Hydrierung
an einem Kupferkatalysator
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580
g Destillat der dritten Kolonne aus Beispiel 2, bestehend aus 99,7
Massen-% C9-Alkoholen und 0,3 Massen-% Hochsieder,
mit einer Schwefelsäurefarbzahl
von 580 wurde in einer Kreislaufapparatur bei 180°C , einem
Druck von 25 bar absolut und einer Abgasmenge von 1N1/h 5 Stunden
lang an 100 g Kupferkatalysator Typ Cu 330 der Fa. Engelhard in
der Flüssigphase
hydriert. Die Konzentration an C9-Alkoholen blieb
während
der Hydrierung konstant. Die Schwefelsäurefarbzahl sank in den ersten
drei Stunden auf 160 und blieb anschließend konstant.
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Beispiel 4: Hydrierung
an einem Kupfer/Chrom/Nickel-Trägerkatalysator
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580
g Destillat der dritten Kolonne aus Beispiel 2, bestehend aus 99,7
Massen-% C9-Alkoholen und 0,3 Massen-% Hochsieder,
mit einer Schwefelsäurefarbzahl
von 580 wurde in einer Kreislaufapparatur bei 180°C , einem
Druck von 25 bar absolut und einer Abgasmenge von 1N1/h 5 Stunden
lang an 100 g Katalysator mit Kupfer, Chrom und Nickel auf Aluminiumoxid-Träger (H 14154,
Fa. Degussa, Düsseldorf)
in der Flüssigphase
hydriert. Die Konzentration an C9-Alkoholen
blieb während
der Hydrierung konstant. Die Schwefelsäurefarbzahl nahm während der
Hydrierung ab. Nach 3 Stunden lag sie bei 130 und nach 5 Stunden
bei 82.
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Beispiel 5
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Die
destillative Auftrennung des C9-Alkoholgemisches
erfolgte in einer Anlage nach 1 mit
dem Unterschied, dass eine kontinuierliche Hydrierung des Destillates
der dritten Kolonne nicht durchgeführt wurde, statt dessen wurde
eine entsprechende Menge des Hydrieraustrages mit der Farbzahl von
160 aus Beispiel 3 in die erste Kolonne eingespeist. Es wurden die
gleichen Stromnummer wie in 1 verwendet.
Die erste Kolonne hatte 100, die zweite 30 und die dritte 30 Trennstufen.
Die erste Kolonne wurde bei einem Druck von 530 bis 570 mbar und
einer Sumpftemperatur von 190 bis 195°C, die zweite bei einem Druck
von 250 mbar und einer Sumpftemperatur von 185°C und die dritte bei einem Druck
von 10 mbar und einer Sumpftemperatur von 190°C betrieben.
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Die
Massenströme
und deren Zusammensetzung wurden in Tabelle 3 zusammengefasst.
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Bei
Rückführunug des
hydrierten Destillat der dritten Kolonne betrug die Destillationsausbeute
an C9-Alkoholen 99,8 %. Die Schwefelsäurefarbzahl
lag wie bei Beispiel 1 bei 15.
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Durch
diese Beispiele wird gezeigt, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei hoher Destillationsausbeute ein Produkt mit geringer Schwefelsäurefarbzahl
gewonnen werden kann.
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Die
Bestimmung der Schwefelsäurefarbzahlen
erfolgte nach einer Standardvorschrift der „American Society for Testing
and Materials (ASTM, Designation E852-94 a, Standard Test Methods
for C4 – C13 Plasticizer Grade Alcohols, Section 21 – 26).