DE102007058991A1 - The use of low-chloride, low-carbonate silica sand as retention material for solid acid catalysts, especially in solid-bed reactors for condensation reactions, preferably for production of Bisphenol A - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von chlorid- und carbonatarmen Quarz als Rückhaltemedium für Katalysatoren auf Basis fester Säuren in Festbettreaktoren. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Anwendung in der Herstellung von Bis(4-hydroxyaryl)alkanen, besonders bevorzugt für die Herstellung von Bisphenol A.The The present invention relates to the use of low in chloride and carbon atoms Quartz as a retention medium for catalysts Base of solid acids in fixed bed reactors. The present Invention is particularly suitable for use in the production of bis (4-hydroxyaryl) alkanes, more preferably for the production of bisphenol A.
Verfahren
zur Synthese von Bisphenol A (BPA) mittels Ionentauscherkatalyse
sind z. B. in
Bei
der Aufwärtsströmung wie in
Wird
der Festbettreaktor in Abwärtsströmung des Reaktionsmediums
betrieben, baut sich Differenzdruck über das Katalysatorbett
auf. Dieser ist unter anderem abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit
des Reaktionsmediums, der Korngröße des Katalysators
und des Vernetzungsgrades des Ionenenaustauschers (vgl.
Diese Art der Katalysatorrückhaltung hat den Nachteil, dass es während des Betriebes zu einer kompletten oder partiellen Verstopfung des Siebbodens durch Katalysatorabrieb oder Katalysatorbruchstücke kommen kann. Solche Verstopfungen können entweder den kompletten Stillstand des Betriebes nach sich ziehen oder eine Erhöhung des Druckverlustes und gegebenenfalls zusätzlich eine ungleich verteilte Strömung im Reaktor verursachen. All diese Effekte sind nachteilig für den Betrieb, da sie z. B. den Durchsatz durch den Reaktor und somit die Produktionsmenge limitieren.These Type of catalyst retention has the disadvantage that it during operation to a complete or partial Clogging of the sieve bottom by catalyst abrasion or catalyst fragments can come. Such blockages can either complete the Standstill of the operation or an increase the pressure loss and possibly additionally unevenly distributed Cause flow in the reactor. All these effects are disadvantageous for the operation, since they are for. B. the throughput through the reactor and thus limit the production volume.
In
In
Die vorangehend beschriebenen Kies-/Sandschichten als Rückhalteeinrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie, insbesondere sauren Medien gegenüber, nicht vollkommen inert sind und deshalb mittelfristig durch den Durchsatz dieser Medien ausgewaschen werden, was zur Instabilität solcher Schichten führen kann. Insbesondere können dabei auch für die nachfolgenden Anlagenteile korrosive Bestandteile ausgewaschen werden.The Previously described gravel / sand layers as retaining devices have the disadvantage, however, that they, especially acidic media, are not completely inert and therefore in the medium term by the Throughput of these media are washed out, causing instability can lead to such layers. In particular, you can also corrosive components for the following system components be washed out.
Es bestand demnach weiterhin Bedarf nach geeigneten Rückhalteeinrichtungen für feste, saure Katalysatoren in Festbettreaktoren, die bevorzugt in Abwärtsströmung betrieben werden, die die vorangehend genannten Nachteile nicht zeigen.It Therefore, there was still a need for suitable restraint devices for solid, acid catalysts in fixed bed reactors, the preferably be operated in downflow, which do not show the aforementioned disadvantages.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach darin, eine geeignete technische Lösung für die Katalysatorrückhaltung in mit saurem Katalysator gefüllten Festbettreaktoren zu finden, ohne dass Korrosion in geschalteten Anlagenteilen durch die Rückhalteeinrichtung verursacht wird. Weiterhin bestand der Wunsch nach langfristiger Stabilität solcher Katalysatorrückhaltungen.The Object of the present invention was therefore to provide a suitable technical solution for catalyst retention in fixed-bed reactors filled with acidic catalyst without causing corrosion in connected system parts the restraint is caused. Continue to exist the desire for long-term stability of such catalyst retention.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Verwendung von chlorid- und carbonatarmen Quarzsand als Rückhaltemedium für saure Katalysatoren, bevorzugt saure Ionenaustauscher, in einem bevorzugt von oben nach unten durchströmten Festbettreaktor besonders geeignet ist. Das ist insbesondere der Fall bei der Verwendung von saurem Medium.It has now surprisingly been found that the use of low-chloride and low-carbonate quartz sand as a retention medium for acidic catalysts, preferably acidic ion exchangers, in one preferably from top to bottom flowed through fixed bed reactor is particularly suitable. This is especially the case with the use of acidic medium.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung von chlorid- und carbonatarmen Quarzsand als Rückhaltemedium für Katalysatoren auf Basis fester Säuren – im Folgenden auch kurz als saure Katalysatoren bezeichnet – in Festbettreaktoren.object The present invention therefore provides the use of chloride and low carbon quartz sand as a retention medium for Catalysts based on solid acids - below also referred to as acid catalysts for short - in fixed bed reactors.
Unter den entsprechenden Reaktionsbedingungen in mit saurem Katalysator gefüllten Festbettreaktoren können durch das Reaktionsmedium in herkömmlichem Sand bzw. Kies enthaltene Chloridionen aus dem Sand- bzw. Kiesbett herauslöst werden und in den folgenden Anlagenteilen zu Korrosion führen. Weiterhin können unter den entsprechenden Reaktionsbedingungen in mit saurem Katalysator gefüllten Festbettreaktoren durch das Reaktionsmedium in herkömmlichem Sand bzw. Kies enthaltene Carbonationen aus dem Sand- bzw. Kiesbett herauslöst werden, was zur Zersetzung des Bettes, Katalysatordurchbruch und Störung des Betriebes führen kann. Diese Nachteile werden durch die Verwendung von chlorid- und carbonatarmen Quarzsand signifikant reduziert bzw. vollständig vermieden. Dadurch wird sowohl die Lebensdauer und damit Einsatzdauer der nachgeschalteten Anlagenteile als auch die Lebensdauer des Sandbettes als Rückhalteeinrichtung und damit der Zyklus zwischen den zur Erneuerung dieses Sandbettes erforderlichen Stillständen des Reaktors erheblich verlängert.Under the corresponding reaction conditions in with acidic catalyst filled fixed bed reactors can pass through the reaction medium in conventional sand or gravel contained chloride ions be dissolved out of the sand or gravel bed and in the following parts of the system lead to corrosion. Farther can under the appropriate reaction conditions in by acid catalyst filled fixed bed reactors the reaction medium contained in conventional sand or gravel carbonate ions be dissolved out of the sand or gravel bed, resulting in Bed decomposition, catalyst breakthrough and disturbance of the operation can lead. These disadvantages are caused by the use of low-chloride and low-carbonate quartz sand significantly reduced or completely avoided. This will both the service life and thus the service life of the downstream system components as well as the life of the sand bed as a retention device and thus the cycle between the renewal of this sand bed necessary shutdowns of the reactor considerably extended.
Katalysatoren auf Basis fester Säuren sind im Rahmen der Erfindung solche mit einen pKA-Wert von kleiner 4, bevorzugt kleiner 2, besonders bevorzugt kleiner 1. Beispiele solcher sauren Katalysatoren sind im Rahmen der Erfindung bevorzugt saure Ionenaustauscherharze, Alumosilikate in H-Form, unter den entsprechenden Reaktionsbedingungen feste Lewissäuren oder andere Heteropolysäuren. Besonders bevorzugt sind saure Ionenaustauscherharze.For the purposes of the invention, catalysts based on solid acids are those having a pK a value of less than 4, preferably less than 2, particularly preferably less than 1. Examples of such acidic catalysts are preferably acidic ion exchange resins, aluminosilicates in H form, in the context of the invention the corresponding reaction conditions, solid Lewis acids or other heteropolyacids. Particularly preferred are acidic ion exchange resins.
Saure Ionenaustauscherharze können beispielsweise Polykondensate, z. B. erhältlich aus Phenol und Formaldehyd, oder Polymerisate, z. B. erhältlich durch Copolymerisation aus Styrol, Acrylaten oder Methacrylaten und Divinylbenzol, sein. Es können aber auch andere entsprechend funktionalisierte Makromoleküle, beispielsweise solche natürlichen Ursprungs wie Cellulosen, Dextrane und Agarosen verwendet werden. Als saure Gruppen können solche Ionenaustauscherharze funktionelle saure Gruppen, wie beispielsweise phenolische Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen und/oder Sulfonsäuregruppen aufweisen. Die sauren Gruppen können entweder über die Copolykondensation bzw. Copolymerisation mit derartige Gruppen tragenden Monomeren oder eine im Anschluss an die Polykondensation bzw. Polymerisation erfolgende Funktionalisierung in die Polykondensate bzw. Polymerisate eingebracht werden. Je nach Art und Kombination der funktionellen Gruppen können die Ionentauscher in ihrer Acidität variieren. Beispielsweise enthalten stark saure Ionenaustauscher gewöhnlich Sulfonsäuregruppen, während schwach saure Ionenaustauscher häufig die weniger saure Carboxylgruppen tragen. Jedoch sind zwischen stark und schwach sauren Ionenaustauschern auch beliebige Mischformen bekannt. Beispiele für saure Gruppen enthaltende Ionenaustauscher sind vernetzte, sulfonierte Polymerisate aus Styrol und Divinylbenzol wie sie z. B. unter dem Handelnamen Lewatit® vertrieben werden.Acid ion exchange resins may include, for example, polycondensates, e.g. B. available from phenol and formaldehyde, or polymers, eg. B. obtainable by copolymerization of styrene, acrylates or methacrylates and divinylbenzene. However, it is also possible to use other correspondingly functionalized macromolecules, for example those of natural origin, such as celluloses, dextrans and agaroses. As acidic groups, such ion exchange resins may have functional acidic groups such as, for example, phenolic hydroxyl groups, carboxyl groups and / or sulfonic acid groups. The acidic groups can be introduced into the polycondensates or polymers either via the copolycondensation or copolymerization with monomers carrying such groups or after the polycondensation or polymerization has taken place. Depending on the type and combination of functional groups, the ion exchangers may vary in their acidity. For example, strongly acidic ion exchangers usually contain sulfonic acid groups, while weakly acidic ion exchangers often carry the less acidic carboxyl groups. However, any mixed forms are known between strong and weakly acidic ion exchangers. Examples of acidic group-containing ion exchangers are crosslinked, sulfonated polymers of styrene and divinylbenzene as described, for. B. under the trade name Lewatit ® are sold.
Beispiele
für Festbettreaktoren sind dem Fachmann bekannt und z.
B. in
Im Rahmen der Erfindung ist unter Quarzsand solcher mit einer mittleren Korngröße von 0,3 bis 80 mm, bevorzugt von 0,5 bis 70 mm zu verstehen. Auch sind von Quarzsand im Rahmen der Erfindung Mischungen oder Schichtschüttungen aus mehreren Quarzsanden mit unterschiedlichen mittleren Korngrößen von 0,3 bis 80 mm, bevorzugt von 0,5 bis 70 mm zu verstehen.in the Frame of the invention is under quartz sand such with a middle Grain size from 0.3 to 80 mm, preferably from 0.5 to understand 70 mm. Also, quartz sand are within the scope of the invention Mixtures or bedding of several quartz sands with different mean particle sizes of 0.3 to 80 mm, preferably from 0.5 to 70 mm to understand.
Erfindungsgemäß zu verwendende Quarzsande sind kommerziell erhältlich oder können beispielsweise aus herkömmlichem chlorid- und carbonatreicherem Quarzsand durch ein- bis mehrstündiges Kochen mit starken Mineralsäuren, wie z. B. konzentrierter Salzsäure, anschließendem ein- bis mehrmaligem Waschen mit heißem Wasser und nachfolgendem Trocknen oberhalb des Siedepunktes von Wasser erhalten werden. Das Kochen mit starken Mineaaralsäuren kann dabei bevorzugt zwischen 1 und 10 Stunden erfolgen. Anschließend kann bevorzugt ein bis 4 mal mit heißem Wasser, vorzugsweise mit solchem zwischen 30 und 80°C gewaschen werden, wobei besonders bevorzugt beim letzten Waschvorgang entionisiertes Wasser verwendet wird. Die Trocknung kann oberhalb von 100°C bei Normaldruck oder bei niedrigeren Temperaturen unter vermindertem Druck erfolgen.According to the invention using quartz sands are commercially available or For example, they can be made from conventional chloride and carbonate-rich quartz sand by one to several hours Boil with strong mineral acids, such as. B. concentrated Hydrochloric acid, followed by one to several times Wash with hot water and then dry above of the boiling point of water. Cooking with strong Mineraic acids can preferably be between 1 and 10 Hours. Subsequently, preferably one to 4 sometimes with hot water, preferably with such between 30 and 80 ° C are washed, with particular preference deionized water is used during the last wash. The drying can be above 100 ° C at atmospheric pressure or at lower temperatures under reduced pressure.
Der erfindungsgemäß verwendete chlorid- und carbonatarme Quarzsand weist bevorzugt einen Chloridgehalt von weniger als 1000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 200 Gew.-ppm, besonders bevorzugt weniger als 50 Gew.-ppm und einen Carbonatgehalt von weniger als 5000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 2000 Gew.-ppm, besonders bevorzugt weniger als 1000 Gew.-ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Quarzsandes, auf.Of the low-chloride and low-carbonate used in the invention Quartz sand preferably has a chloride content of less than 1000 Ppm by weight, preferably less than 200 ppm by weight, more preferably less than 50 ppm by weight and less than 5000 ppm by weight, preferably less than 2000 ppm by weight, more preferably less than 1000 ppm by weight, based in each case on the total weight of the quartz sand, on.
Der erfindungsgemäß verwendete chlorid- und carbonatarme Quarzsand kann zusätzlich einen Sulfatgehalt von weniger als 3000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 1000 Gew.-ppm, besonders bevorzugt von weniger als 300 Gew.-ppm, einen Eisengehalt von weniger als 10000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 5000 Gew.-ppm„ einen Kaliumgehalt von weniger als 3000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 1000 Gew.-ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 Gew.-ppm, einen Calciumgehalt von weniger als 3000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 1000 Gew.-ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 Gew.-ppm und/oder einen Magnesiumgehalt von weniger als 3000 Gew.-ppm, bevorzugt weniger als 1000 Gew.-ppm, besonders bevorzugt weniger als 500 Gew.-ppm aufweisen.The chloride used in the invention and low-carbonate quartz sand may additionally have a sulphate content of less than 3000 ppm by weight, preferably less than 1000 ppm by weight, more preferably less than 300 ppm by weight, an iron content of less than 10000 ppm by weight, preferably less than 5000 ppm by weight "has a potassium content of less than 3000 ppm by weight, preferably less than 1000 ppm by weight, more preferably less than 500 ppm by weight, a calcium content of less than 3000 ppm by weight, preferably less than 1000 ppm by weight, more preferably less than 500 ppm by weight and / or a magnesium content of less than 3000 ppm by weight, preferably less than 1000 ppm by weight, more preferably less than 500 ppm by weight.
Bevorzugt ist das die Festbettreaktoren durchströmende Reaktionsmedium ein saures Medium. Unter saurem Medium ist im Rahmen der Erfindung ein solches mit einem pH-Wert von weniger als 7 zu verstehen. Dabei handelt es sich bei der Säure, die den pH-Wert einstellt, bevorzugt um den sauren Katalysator. Der sich einstellende pH-Wert ist konzentrationsabhängig. Die Konzentration an Säure liegt bevorzugt bei 0,01 bis 2 ppm, besonders bevorzugt bei 0,1 bis 1 ppm. Bei dem Reaktionsmedium kann es sich in bevorzugten Ausführungsformen um wässrig- alkoholische Lösungen oder Lösungen aromatischer Alkohole handeln. Sofern im Rahmen der Erfindung im Festbettreaktor Kondensationsreaktionen, besonders bevorzugt für die Herstellung von Bis(4-hydroxyaryl)alkanen durchgeführt werden, handelt es sich bei dem Reaktionsmedium bevorzugt um Lösungen in denen Reaktionspartner und Produkte gelöst sind. Vorzugsweise handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung von 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A) um eine phenolische Lösung in denen Reaktionspartner und Produkte gelöst sind.Prefers is the reaction medium flowing through the fixed bed reactors an acidic medium. Under acidic medium is within the scope of the invention one with a pH of less than 7 to understand. there is the acid that adjusts the pH, preferably around the acidic catalyst. The resulting pH is concentration-dependent. The concentration of acid is preferably at 0.01 to 2 ppm, more preferably at 0.1 to 1 ppm. The reaction medium may be in preferred embodiments aqueous-alcoholic solutions or solutions act aromatic alcohols. If within the scope of the invention Fixed bed reactor condensation reactions, particularly preferred for the preparation of bis (4-hydroxyaryl) alkanes carried out are, it is the reaction medium is preferably solutions in which reactants and products are dissolved. Preferably it is in a preferred embodiment for Preparation of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A) um a phenolic solution in which reactants and products are solved.
In
den Festbettreaktor (
Die erfindungsgemäße Verwendung des chlorid- und carbonatarmen Quarzsandes als Rückhaltemedium erfolgt bevorzugt in Festbettreaktoren für Kondensationsreaktionen, besonders bevorzugt für die Herstellung von Bis(4-hydroxyaryl)alkanen, ganz besonders bevorzugt für die Herstellung von 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A).The use according to the invention of the low-chloride and low-carbonate Quartz sand as a retention medium is preferably carried out in fixed bed reactors for Condensation reactions, particularly preferred for the preparation of bis (4-hydroxyaryl) alkanes, very particularly preferably the preparation of 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A).
Geeignete
Bis(4-hydroxyaryl)alkane, welche unter Verwendung des chlorid- und
carbonatarmen Quarzsandes als Rückhaltemedium erhältlich
sind, sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (I), worin
RA für
einen linearen oder verzweigten C1-C18-Alkylenrest, bevorzugt C1-C6-Alkylenrest, oder einen C5-C18-Cycloalkylenrest, bevorzugt einen C5-C12-Cycloalkylenrest
steht,
R unabhängig voneinander für einen
linearen oder verzweigten C1-C18-Alkylrest,
bevorzugt C1-C6-Alkylrest,
einen C5-C18-Cycloalkylrest,
bevorzugt einen C5-C12-Cycloalkylrest,
einen C6-C24-Arylrest,
bevorzugt einen C6-C12-Arylrest,
oder einen Halogenrest stehen und
x und y unabhängig
voneinander für 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 4, bevorzugt
unabhängig voneinander für 0, 1 oder 2 stehen.Suitable bis (4-hydroxyaryl) alkanes, which are obtainable as a retention medium using the low-chloride and low-carbonate quartz sand, are, for example, those of the general formula (I) wherein
R A is a linear or branched C 1 -C 18 -alkylene radical, preferably C 1 -C 6 -alkylene radical, or a C 5 -C 18 -cycloalkylene radical, preferably a C 5 -C 12 -cycloalkylene radical,
R independently of one another are a linear or branched C 1 -C 18 -alkyl radical, preferably C 1 -C 6 -alkyl radical, a C 5 -C 18 -cycloalkyl radical, preferably a C 5 -C 12 -cycloalkyl radical, a C 6 -C 24 -Arylrest, preferably a C 6 -C 12 aryl radical, or a halogen radical and stand
x and y are independently 0 or an integer from 1 to 4, preferably independently 0, 1 or 2.
Bevorzugte Bis(4-hydroxyaryl)alkane sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)propan (Bisphenol A (BPA)), 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,4-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan und 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol TMC).preferred Bis (4-hydroxyaryl) alkanes are 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A (BPA)), 2,4-bis- (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -propane, bis- (3,5-dimethyl-4 -hydroxyphenyl) -methane, 2,2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 2,4-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane (Bisphenol TMC).
Besonders bevorzugte Bis(4-hydroxyaryl)alkane sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A (BPA)), 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan und 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (Bisphenol TMC).Especially Preferred bis (4-hydroxyaryl) alkanes are 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (Bisphenol A (BPA)), 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane (Bisphenol TMC).
Ganz besonders bevorzugt ist 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A).All Particularly preferred is 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A).
Bis(4-hydroxyaryl)alkane sind nach dem Fachmann bekannten Verfahren erhältlich durch Umsetzung von aromatischen mono-Hydroxyverbindungen, die in p-Position nicht substituiert sind, mit Ketonen, die wenigstens eine aliphatische Gruppe an der Carbonylfunktion aufweisen, in einer Kondensationsreaktion. Dabei wird vorzugsweise als Zwischenprodukt ein Addukt des Bis(4-hydroxyaryl)alkans und der als Edukt eingesetzten aromatischen mono-Hydroxyverbindungerhalten erhalten, welche anschließend in das gewünschte Bis(4-hydroxyaryl)alkan und aromatische mono-Hydroxyverbindung getrennt wird.Bis (4-hydroxyaryl) alkanes are obtainable by methods known to those skilled in the art by Um Substitution of aromatic mono-hydroxy compounds which are not substituted in the p-position, with ketones having at least one aliphatic group on the carbonyl function, in a condensation reaction. An adduct of bis (4-hydroxyaryl) alkane and the aromatic monohydroxy compound used as starting material is preferably obtained as intermediate, which is subsequently separated into the desired bis (4-hydroxyaryl) alkane and aromatic monohydroxy compound.
Geeignete
aromatische mono-Hydroxyverbindungen sind beispielsweise solche
der allgemeinen Formel (II), die in p-Position nicht substituiert
sind und worin,
R unabhängig voneinander für
einen linearen oder verzweigten C1-C18-Allylrest, bevorzugt C1-C6-Alkylrest, einen C5-C18-Cycloalkylrest, bevorzugt einen C5-C12-Cycloalkylrest,
einen C6-C24-Arylrest,
bevorzugt einen C6-C12-Arylrest,
oder einen Halogenrest stehen und
x oder y für 0 oder
eine ganze Zahl von 1 bis 4, bevorzugt für 0, 1 oder 2
stehen.Suitable aromatic monohydroxy compounds are, for example, those of the general formula (II) which are unsubstituted in the p-position and in which
R independently of one another are a linear or branched C 1 -C 18 -allyl radical, preferably C 1 -C 6 -alkyl radical, a C 5 -C 18 -cycloalkyl radical, preferably a C 5 -C 12 -cycloalkyl radical, a C 6 -C 24 -Arylrest, preferably a C 6 -C 12 aryl radical, or a halogen radical and stand
x or y are 0 or an integer from 1 to 4, preferably 0, 1 or 2.
Beispiele für geeignete aromatische mono-Hydroxyverbindungen der allgemeinen Formel (II) sind beispielsweise Phenol, o-und m-Kresol, 2,6-Dimethylphenol, o-tert.-Butylphenol, 2-Methyl-6-tert.-butylphenol, o-Cyclohexylphenol, o-Phenyl-Phenol, o-Isopropylphenol, 2-Methyl-6-cyclopentylphenol, o-und m-Chlorphenol oder 2,3,6-Trimethylphenol. Bevorzugt sind Phenol, o-und m-Kresol, 2,6-Dimethylphenol, o-tert.-Butylphenol und o-Phenyl-Phenol, ganz besonders bevorzugt ist Phenol.Examples for suitable aromatic mono-hydroxy compounds of general formula (II) are, for example, phenol, o- and m-cresol, 2,6-dimethylphenol, o-tert-butylphenol, 2-methyl-6-tert-butylphenol, o-cyclohexylphenol, o-phenyl-phenol, o-isopropylphenol, 2-methyl-6-cyclopentylphenol, o and m-chlorophenol or 2,3,6-trimethylphenol. Preference is given to phenol, o- and m-cresol, 2,6-dimethylphenol, o-tert-butylphenol and o-phenyl-phenol, most preferred is phenol.
Geeignete
Ketone sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (III), worin
R1 für
einen linearen oder verzweigten C1-C18-Alkylrest, bevorzugt C1-C6-Alkylrest, steht und
R2 für
einen linearen oder verzweigten C1-C18-Alkylrest, bevorzugt C1-C6-Alkylrest, oder einen C6-C24-Arylrest, bevorzugt einen C6-C12-Arylrest, steht oder
R1 und
R2 zusammen für einen linearen
oder verzweigten C4-C18-Alkylenrest,
bevorzugt C4-C12-Alkylenrest
stehen.Suitable ketones are, for example, those of the general formula (III), wherein
R 1 is a linear or branched C 1 -C 18 -alkyl radical, preferably C 1 -C 6 -alkyl radical, and
R 2 is a linear or branched C 1 -C 18 -alkyl radical, preferably C 1 -C 6 -alkyl radical, or a C 6 -C 24 -aryl radical, preferably a C 6 -C 12 -aryl radical, or
R 1 and R 2 together represent a linear or branched C 4 -C 18 -alkylene radical, preferably C 4 -C 12 -alkylene radical.
Beispiele für geeignete Ketone der allgemeinen Formel (III) sind Aceton, Methylethylketon, Methylpropylketon, Methylisopropylketon, Diethylketon, Acetophenon, Cyclohexanon, Cyclopentanon, Methyl-, Dimethyl- und Trimethylcyclohexanonen, die auch geminale Methylgruppen aufweisen können, z. B. 3,3-Dimethyl-5-methylcyclohexanon (Hydroisophoron). Bevorzugte Ketone sind Aceton, Acetophenon, Cyclohexanon und dessen Methylgruppen tragende Homologe, besonders bevorzugt ist Aceton.Examples are suitable ketones of the general formula (III) Acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isopropyl ketone, Diethyl ketone, acetophenone, cyclohexanone, cyclopentanone, methyl, Dimethyl and trimethylcyclohexanones, which are also geminal methyl groups may have, for. For example, 3,3-dimethyl-5-methylcyclohexanone (Hydroisophoron). Preferred ketones are acetone, acetophenone, cyclohexanone and its homologues carrying methyl groups, particularly preferred is acetone.
C1-C6-Alkyl steht beispielsweise für Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, neo-Pentyl, 1-Ethylpropyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, n-Hexyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl oder 1-Ethyl-2-methylpropyl, C1-C18-Alkyl darüber hinaus beispielsweise für darüber hinaus beispielsweise für n-Heptyl und n-Octyl, Pinakyl, Adamantyl, die isomeren Menthyle, n-Nonyl, n-Decyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl oder Stearyl.C 1 -C 6 -alkyl is, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3 Methylbutyl, neo-pentyl, 1-ethylpropyl, cyclohexyl, cyclopentyl, n-hexyl, 1,1-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4- Methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl, 1,3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1,1, 2-trimethylpropyl, 1,2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl or 1-ethyl-2-methylpropyl, C 1 -C 18 alkyl moreover, for example, furthermore beyond, for example for n-heptyl and n-octyl, pinacyl, adamantyl, the isomeric menthyl, n-nonyl, n-decyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl or stearyl.
C1-C6-Alkylen bzw. C1-C18-Alkylen steht beispielsweise für die den vorangehenden Alkylgruppen entsprechenden Alkylengruppen.C 1 -C 6 -alkylene or C 1 -C 18 -alkylene, for example, represents the alkylene groups corresponding to the preceding alkyl groups.
C5-C12-Cycloalkyl steht beispielsweise für Cylopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl oder Cyclododecyl.C 5 -C 12 -cycloalkyl is, for example, cylopentyl, cyclohexyl, cyclooctyl or cyclododecyl.
Beispiele für C6-C24-Aryl oder C6-C12-Aryl sind Phenyl, o-, p-, m-Tolyl, Naphthyl, Phenanthrenyl, Anthracenyl oder Fluorenyl.Examples of C 6 -C 24 -aryl or C 6 -C 12 -aryl are phenyl, o-, p-, m-tolyl, naphthyl, phenanthrenyl, anthracenyl or fluorenyl.
Halogen kann für Fluor, Chlor, Brom oder Iod, bevorzugt für Fluor oder Chlor, besonders bevorzugt für Chlor stehen.halogen may be preferred for fluorine, chlorine, bromine or iodine Fluorine or chlorine, particularly preferably chlorine.
Dass
die Herstellung von Bisphenol A in saure Ionentauscherharze als
Katalysator enthaltenden Festbettreaktoren durchgeführt
werden kann, bei dem das Ionentauscherbett in Intervallen mit Phenol gespült
wird, ist aus
Gegenstand einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Bis(4-hydroxyaryl)alkanen durch Umsetzung von aromatischen mono-Hydroxyverbindungen, die in p-Position nicht substituiert sind, mit Ketonen, die wenigstens eine aliphatische Gruppe an der Carbonylfunktion aufweisen, in einer Kondensationsreaktion, besonders bevorzugt Bisphenol A aus Phenol und Aceton, in saure Ionentauscherharze als Katalysator enthaltenden und von oben nach unten durchströmten Festbettreaktoren, dadurch gekennzeichnet, dass chlorid- und carbonatarmer Quarzsand als Rückhaltemedium für den sauren Ionentauscher eingesetzt wird.object a particularly preferred embodiment of the present invention The invention therefore further relates to a process for the preparation of bis (4-hydroxyaryl) alkanes by reaction of aromatic mono-hydroxy compounds in the p-position are not substituted with ketones containing at least one aliphatic Having group on the carbonyl function, in a condensation reaction, especially prefers bisphenol A from phenol and acetone to acidic ion exchange resins as a catalyst-containing and from top to bottom flow-through fixed bed reactors, characterized in that low-chloride and low-carbon quartz sand as a retention medium for the acidic ion exchanger is used.
Das Intervall zur Spülung mit Phenol wird dabei bevorzugt so gewählt, dass zwischen zwei Spülvorgängen 30 bis 3500 m3, besonders bevorzugt 90 bis 600 m3 Eduktstrom pro m3 Katalysatorharz durch den Reaktor geleitet werden. Das Ionentauscherbett kann von oben, von unten oder abwechselnd nacheinander von oben und unten mit Phenol gespült werden. Bevorzugte Praxis ist es, von unten oder abwechselnd nacheinander von unten und von oben zu spülen. Bezogen auf die Menge an Ionentauscherharz beträgt die für den Spülvorgang einzusetzende Menge Phenol das 0,1 bis 20fache, bevorzugt das 0,3 bis 5fache des Katalysatorvolumens. Die Temperatur des eingesetzten Phenols sollte 40 bis 150°C, bevorzugt 45 bis 120°C betragen. Beim Spülvorgang kann der Reaktor einmal oder auch mehrmals nacheinander gespült werden. Nach dem Spülvorgang kann die in den Reaktor eingespeiste Menge an Edukten wieder um bis zu 35% gesteigert werden, was eine entsprechende Erhöhung der Produktivität mit sich bringt.The interval for rinsing with phenol is preferably chosen so that 30 to 3500 m 3 , particularly preferably 90 to 600 m 3 Eduktstrom per m 3 of catalyst resin are passed through the reactor between two rinses. The ion exchange bed can be flushed with phenol from above, from below or alternately successively from above and below. The preferred practice is to rinse from below or alternately successively from below and from above. Based on the amount of ion exchange resin, the amount of phenol to be used for the rinse is 0.1 to 20 times, preferably 0.3 to 5 times, the catalyst volume. The temperature of the phenol used should be 40 to 150 ° C, preferably 45 to 120 ° C. During the rinsing process, the reactor can be rinsed once or even several times in succession. After the rinsing process, the amount of reactants fed into the reactor can again be increased by up to 35%, which entails a corresponding increase in productivity.
Die erfindungsgemäße Verwendung wird im folgenden beispielhaft anhand der Kondensation von Phenol und Aceton zu Bisphenol A beschrieben, wobei die Anwendung der erfindungsgemäßen Verwendung nicht auf diese Reaktion beschränkt ist. Das folgende Beispiel dient lediglich der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und ist nicht als Beschränkung aufzufassen.The use according to the invention is in the following exemplified by the condensation of phenol and acetone to bisphenol A, wherein the application of the invention Use is not limited to this reaction. The The following example is merely illustrative of the invention and is not to be considered as limiting.
BeispieleExamples
Beispiel 1:Example 1:
Es wurde ein Festbettreaktor mit einem Durchmesser von 5,70 m und einem Reaktorvolumen 150 m3 mit dem Ionenaustauscherharz Lewatit® K1221 (Lanxess AG) als saurem Katalysator befüllt, wobei das Volumen der Katalysatorfüllung 108 m3 und die Katalysatorbetthöhe 4,25 m betrug. Für die Rückhaltung des Festbettkatalysators wurde ein Quarzsandbett verwendet, das von unten nach oben folgende Schichtung mit den angegebenen Korngrößen aufwies:
- Schicht 1: 25–63 mm Korndurchmesser
- Schicht 2: 16–32 mm Korndurchmesser
- Schicht 3: 8–12 mm Korndurchmesser
- Schicht 4: 3–6 mm Korndurchmesser
- Schicht 5: 1–2 mm Korndurchmesser
- Schicht 6: 0,5–1,2 mm Korndurchmesser
- Layer 1: 25-63 mm grain diameter
- Layer 2: 16-32 mm grain diameter
- Layer 3: 8-12 mm grain diameter
- Layer 4: 3-6 mm grain diameter
- Layer 5: 1-2 mm grain diameter
- Layer 6: 0.5-1.2 mm grain diameter
Der verwendete Quarzsand wies einen Chloridgehalt von weniger als 40 Gew.-ppm, einen Carbonatgehalt von weniger als 1000 Gew.-ppm, einen Sulfatgehalt von weniger als 200 Gew.-ppm, einen Eisengehalt von weniger als 4400 Gew.-ppm, einen Kaliumgehalt von weniger als 250 Gew.-ppm, einen Calciumgehalt von weniger als 400 Gew.-ppm und einen Magnesiumgehalt von weniger als 400 Gew.-ppm auf.Of the used quartz sand had a chloride content of less than 40 Ppm by weight, a carbonate content of less than 1000 ppm by weight, a Sulphate content of less than 200 ppm by weight, an iron content of less than 4400 ppm by weight, a potassium content of less than 250 Ppm by weight, a calcium content of less than 400 ppm by weight and a magnesium content of less than 400 ppm by weight.
Auch nach 15jährigem Betrieb des Festbettreaktors mit dem erfindungsgemäß verwendeten Quarzsandbett wurde kein Durchschlag des Katalysators, keine Verstopfung des Bettes, kein Druckanstieg sowie keine Korrosionserscheinungen in den nachfolgenden Anlagenteilen festgestellt. Ein Austausch des erfindungsgemäß verwendeten Quarzsandbettes war daher nicht erforderlich, wohingegen der Katalysator während dieser Zeit mehrfach gewechselt wurde.Also after 15 years of operation of the fixed bed reactor with the quartz sand bed used in the invention was no breakdown of the catalyst, no clogging of the bed, no pressure increase and no signs of corrosion in the following Plant parts detected. An exchange of the invention used Quarzsandbettes was therefore not required, whereas the catalyst was changed several times during this time.
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