DD219184A1 - METHOD FOR THE CATALYTIC HYDROGENATION OF BUT-2-IN1,4-DIOL - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Hydrierung von But-2-in-1,4-diol zu Butan-1,4-diol nach einem Zweistufenverfahren. In einem Ruehrreaktor mit einem suspendierten Nickel-Traegerkatalysator wird zunaechst die Reaktion bis zu einem Umsatz von 90 bis 98 % des But-2-in-1,4-diols gefuehrt. Den Katalysator trennt man kontinuierlich in einem Sedimentationsgefaess ab und fuehrt ihn als Kreislaufstrom in den Ruehrreaktor zurueck. Der Gaseintrag erfolgt durch einen Hohlruehrer. Die zweite Reaktionsstufe laeuft in einem Festbettreaktor ab.The invention relates to a process for the catalytic hydrogenation of but-2-yne-1,4-diol to butane-1,4-diol by a two-stage process. In a stirred reactor with a suspended nickel-tracer catalyst, the reaction is first carried out to a conversion of 90 to 98% of but-2-yne-1,4-diol. The catalyst is separated off continuously in a sedimentation vessel and returned to the stirred reactor as a recycle stream. The gas is introduced through a hollow stirrer. The second reaction stage is carried out in a fixed bed reactor.
Description
Verfahren zur katalytischen Hydrierung von But-2-in-l,4-fdiolProcess for the catalytic hydrogenation of but-2-yn-1,4-diol
Die Erfindung betrifft ein katalytisches Hydrierungsverfahren zur Herstellung von Butän-l,4-diol aus But-2-in-l,4-diol nach einem zweistufigen Verfahren, bei dem in der ersten Stufe die Hydrierung in einem Rührreaktor mit einem suspendierten Nickel-Trägerkatalysator und die 2. Stufe in einem Festbettreaktor bei erhöhtem Druck durchgeführt wird.The invention relates to a catalytic hydrogenation process for preparing butane-l, 4-diol from but-2-yn-1,4-diol by a two-stage process, wherein in the first stage, the hydrogenation in a stirred reactor with a supported supported nickel catalyst and the 2nd stage is carried out in a fixed bed reactor at elevated pressure.
Butän-l,4-diol wird industriell durch katalytische Hydrierung von But-2-in-l,4-diol hergestellt. Die zum Einsatz gelangende But-2-in-l,4-diollösung erhält man durch katalytische Reaktion von wäßrigem Formaldehyd und Ethin.Butane-1,4-diol is industrially produced by catalytic hydrogenation of but-2-yn-1,4-diol. The used but-2-in-l, 4-diol solution is obtained by catalytic reaction of aqueous formaldehyde and ethyne.
Für die katalytische Hydrierung von But-2-in-l,4-diolFor the catalytic hydrogenation of but-2-yn-1,4-diol
H2 H2 H 2 H 2
HOCH2CsCCH2OH HOCH2CH»CHCHgOH H0( CHg)4OHHIGH 2 CsCCH 2 OH HIGH 2 CH »CHCHgOH H0 (CHg) 4 OH
sind zahlreiche Verfahren bekannt, die ein- oder zweistufig ablaufen. Die einstufige Hydrierung und auch die erste Stufe der zweistufigen Hydrierung können sowohl in einem Rührreaktor mit suspendiertem Katalysator als auch in einem Festbettreaktor durchgeführt werden. Als Katalysator werden Raney-Nickel (auch modifiziert mit Mo, Cu, Mn, Al, Co, Cr), Nickel-Trägerkatalysatoren (die gleichen Modifikationen,Many methods are known, which run in one or two stages. The one-stage hydrogenation and also the first stage of the two-stage hydrogenation can be carried out both in a stirred reactor with suspended catalyst and in a fixed bed reactor. Raney nickel (also modified with Mo, Cu, Mn, Al, Co, Cr), nickel-supported catalysts (the same modifications,
η γη γ
Träger: Al-Oxid und Kieselgel) oder Edelmetallkatalysatoren (Pt, Pd) eingesetzt. Die_erste Stufe, die Hydrierung zum But-2-en-i,4-diol, läuft im Temperaturintervall von 15 - 180 0C (vorzugsweise bei 50 - 60 C) und im Druckbereich (für Rührautoklaven) von 0,1 - 4 MPa ab. Die zweite Stufe wird bei einem Druck von 1-50 MPa durchgeführt. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Veränderungen an Prozeß und Katalysator vorgenommen, um die Selektivität des Prozesses zu verbessern. Die Ausbeute an Butan-l,4-diol liegt in der Regel bei Verwendung von Nickelkatalysatoren bei 80 - 90 % (US-PS 2 967 893, US-PS 3 449 445).Support: Al oxide and silica gel) or noble metal catalysts (Pt, Pd) used. The first stage, the hydrogenation to but-2-en-i, 4-diol, in the temperature range of 15-180 0 C (preferably at 50- 60 C) and in the pressure range (for stirred autoclave) from 0.1 to 4 MPa , The second stage is carried out at a pressure of 1-50 MPa. In the past, many process and catalyst changes have been made to improve process selectivity. The yield of butane-l, 4-diol is usually when using nickel catalysts at 80 - 90 % (US-PS 2,967,893, US-PS 3,449,445).
Hauptsächliche Nebenprodukte der Hydrierung sind ^--Hydro-. xibutyraldehyd, der im wesentlichen während der ersten Hydrierstufe durch gleichzeitige Hydrierung und Umlagerung aus But-2-in-i,4-diol entsteht, ein Acetal aus^-Hydroxibutyraldehyd und Butan-l,4-diol und n-Butanol. Der Aldehyd und sein Acetal können Nebenreaktionen unter Bildung nichtflüchtiger Rückstände unterliegen. Sie bilden ebenso wie das nicht völlig umgesetzte But-2-en-l,4-diol, wenn sie in wesentlichen Mengen im Butandiol vorliegen, ein Produkt von/ nur geringer Qualität. Daher wird die zweite Hydrierungsstufe in der Regel bei höheren Temperaturen und/oder Drücken durchgeführt, um den Hauptteil der Nebenprodukte zum Butan-1,4-diol zu reduzieren. Unter ungünstigen Reaktionsbedingungen können die genannten Nebenprodukte jedoch auch zu Verbindungen weiterreagieren, die nicht zu Butan-l,4-diol umgewandelt werden können und die auch destillativ nur relativ schwer abzutrennen sind.Main by-products of hydrogenation are ^ - hydro-. Xibutyraldehyde, which is formed during the first hydrogenation step by simultaneous hydrogenation and rearrangement of but-2-yn-i, 4-diol, an acetal of ^ -hydroxibutyraldehyde and butane-l, 4-diol and n-butanol. The aldehyde and its acetal may undergo side reactions to form nonvolatile residues. Like the unreacted but-2-en-1,4-diol, when present in substantial quantities in the butanediol they form a low quality product. Therefore, the second hydrogenation step is typically conducted at higher temperatures and / or pressures to reduce the majority of by-products to butane-1,4-diol. However, under unfavorable reaction conditions, the by-products mentioned can also react further to compounds which can not be converted to butane-1,4-diol and which are also relatively difficult to separate by distillation.
Die in Patenten und anderen Veröffentlichungen beschriebenen Verfahren zur Butindiol-Hydrierung mit suspendiertem Katalysator werden diskontinuierlich durchgeführt, da die kontinuierliche Abtrennung des Katalysators bekannterweise große Schwierigkeiten bereitet. Allerdings ist die Kopplung mit einem nachgeschalteten Festbettreaktor nur über größere Zwischenlagertanks möglich, um eine kontinuierliche Zufüh-The butynediol hydrogenation-suspended catalyst processes described in patents and other publications are carried out batchwise because the continuous separation of the catalyst is known to cause great difficulties. However, the coupling with a downstream fixed bed reactor is only possible via larger storage tanks in order to ensure a continuous supply of
rung für die zweite Stufe zu gewährleisten (US-PS 3 449 445, DE OS 2 926 641). Nachteile bei der Realisierung der ersten Stufe ebenfalls in einem Festbettreaktor ergeben sich dagegen bei der Wärmeabführung auf Grund der großen Exothermie und der größeren Reaktionsgeschwindigkeit (DE OS 2 145 297, DE OS 2 004 611) und durch die geringe Katalysatorausnutzung, ebenfalls durch die größere Reaktionsgeschwindigkeit bedingt.tion for the second stage (US Pat. No. 3,449,445, DE OS 2,926,641). Disadvantages in the realization of the first stage also in a fixed bed reactor, however, arise in heat removal due to the large exotherm and the greater reaction rate (DE OS 2 145 297, DE OS 2 004 611) and by the low catalyst utilization, also by the greater reaction rate conditionally.
Für kleinere Reaktoren ist bekannt, daß sich ein guter Stoffübergang bzw. eine hohe Gasausnutzung durch den Einsatz eines Hohlrührers erreichen läßt. Für größere Reaktoren sind Hohlrührer nach Literaturaussagen nicht geeignet wegen zu geringer Gasfördermenge, hier ist eine äußere Gasumwälzung erforderlich.For smaller reactors it is known that a good mass transfer or a high gas utilization can be achieved by the use of a hollow stirrer. For larger reactors, hollow stirrers are not suitable, according to the literature, because of insufficient gas flow, an external gas recirculation is required here.
Ziel der Erfindung ist die katalytische Hydrierung von But-2-in-l,4-diol unter Verwendung von Nickelkatalysatoren, wobei eine hohe Produktivität und Ausbeute an Butan-i,4-diol gewährleistet sein soll. Die Vorzüge der Verwendung eines Rührreaktors mit suspendiertem Katalysator, der gute Stoff- und Wärmeübergang, sollen mit denen der kontinuierlichen Betriebsweise verbunden und eine Steuerung des Prozesses ermöglicht werden.The aim of the invention is the catalytic hydrogenation of but-2-yn-1,4-diol using nickel catalysts, wherein a high productivity and yield of butane-i, 4-diol to be ensured. The advantages of using a slurry reactor with suspended catalyst, the good material and heat transfer, to be connected with those of the continuous operation and control of the process are made possible.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Hydrierung von But-2-in-l,4-diol zu entwickeln, das dem Ziel der Erfindung gerecht wird.The object of the invention is to develop a process for the hydrogenation of but-2-yn-1,4-diol which meets the object of the invention.
Erfindungsgemäß wird die Hydrierung des But-2-in-l,4-diol in zwei Stufen durchgeführt, die erste Stufe im kontinuierlich betriebenen Rührreaktor mit suspendiertem Katalysator, die zweite Stufe im Festbettreaktor, Der Katalysator ist für beide Stufen ein Nickel-Trägerkatalysator auf SiO- bzw. Al 0 -According to the invention, the hydrogenation of the but-2-yn-1,4-diol is carried out in two stages, the first stage in the continuously operated stirred reactor with suspended catalyst, the second stage in the fixed bed reactor, The catalyst is a supported nickel catalyst on SiO 2 for both stages - or Al 0 -
V ^ Cm O V ^ Cm O
Basis mit 15 - 80 % Nickel.Base with 15 - 80 % nickel.
Die Betriebsparameter liegen für die erste Stufe bei Temperaturen von 50 - 150 0C, vorzugsweise 60 - 90 C und Drücken von 0,5 - 5 MPa4 vorzugsweise l - 2,5 MPa und für die zweite Stufe bei Temperaturen von ebenfalls 50 *· 150 0C, vorzugsweise 80 - 120 0C und Drücken von 5 - 25 MPa. Die Eintrittskonzentration des But-2-in-l,4-diol in der wäßrigen. Lösung liegt bei 20 - 50 %, vorzugsweise 30 - 35 %.The operating parameters for the first stage are at temperatures of 50-150 ° C., preferably 60-90 ° C. and pressures of 0.5-5 MPa 4, preferably 1-2.5 MPa, and for the second stage at temperatures of likewise 50 *. 150 0 C, preferably 80-120 0 C and pressures of 5 - 25 MPa. The entry concentration of but-2-yn-1,4-diol in the aqueous. Solution is 20-50 %, preferably 30-35%.
Der Gaseintrag für die erste Stufe erfolgt über einen Hohlrührer» Dabei wurde überraschenderweise gefunden, daß auch bei Eintauchtiefen weit-über ι m, einer oft in der Literatur genannten Grenze, noch ein guter Gaseintrag erfolgt und somit der Hohlrührer auch bei großen Reaktoren anwendbar ist. Durch einen geförderten Gasvolumenstrom, der mindestens das lOfache des stöchiometrisch notwendigen beträgt, wird ein sehr guter Stoffübergang und eine hohe Ausnutzung des Wasserstoffes erreicht.The gas input for the first stage via a Hohlrührer »It was surprisingly found that even at immersion depths far above ι m, a limit often mentioned in the literature, still a good gas input takes place and thus the hollow stirrer is also applicable to large reactors. By a promoted gas flow rate, which is at least 10 times the stoichiometrically necessary, a very good mass transfer and high utilization of the hydrogen is achieved.
Die Wärmeabführung wird über dem Mantel des Reaktors aufgesetzte Halbrohrschlangen und eingebaute Steilrohr- oder Spi·/ ralrohrwärmeubertrager, die gleichzeitig als Strömungsbrecher dienen, realisiert. Die kontinuierliche Katalysatorabtrennung wird erfindungsgemäß durch eine Kopplung von Reaktor und Sedimantationsgefäß erreicht. Dabei hat das Sedimentationsgefäß etwa den gleichen Querschnitt wie der Reaktor. Der Kreislaufstrom, der mit dem aus dem Produktstrom abgetrennten Katalysator zusammen in den Prozeß zurückgeführt wird, sollte das 5 - lOfache des Produktstromes betragen. Der erreichbare Abscheidegrad liegt dabei über 99 %, The heat removal is implemented via the shell of the reactor mounted half-pipe coils and built-in Steilrohr- or Spi / Ralrohrwärmeubertrager, which also serve as a flow breaker. The continuous catalyst separation is achieved according to the invention by a coupling of the reactor and sedimantation vessel. The sedimentation vessel has approximately the same cross section as the reactor. The recycle stream, which is recycled back to the process together with the catalyst separated from the product stream, should be 5 to 10 times the product stream. The achievable degree of separation is more than 99 %,
Es wurde gefunden, daß die Möglichkeit, die während der ersten Stufe entstandenen Nebenprodukte, speziell den y-Hydroxibutyraldehyd, in der zweiten Stufe durch Weiterhydrierung wieder zu beseitigen, stärker von der in der ersten Stufe gebildeten Menge an Butandiol als von der gebildeten Menge Nebenprodukt selbst abhängt. Für höhere Reinheitsanforderungen erweist es sich daher als günstig, die beidenIt has been found that the possibility of eliminating the by-products formed during the first stage, in particular the γ-hydroxibutyraldehyde, by further hydrogenation in the second stage, is stronger from the amount of butanediol formed in the first stage than the amount of by-product formed itself depends. For higher purity requirements, it proves to be favorable, the two
Hydrierschritte relativ genau zu trennen, d. h. die erste Hydrierstufe etwa bis zu einem Butindiol-Umsatz von 90-98 %, vorzugsweise 95 %) zu betreiben. Dadurch wird eine Acetalbildung weitestgehend verhindert und der Abbau des Aldehyds in der zweiten Stufe erfolgt problemlos.Hydrogenation steps to separate relatively accurately, ie, the first hydrogenation to operate approximately to a butynediol conversion of 90-98%, preferably 95 %) . As a result, an acetal formation is largely prevented and the degradation of the aldehyde in the second stage is easy.
Eine so genaue Regelung des Umsatzes ist aber erfahrungsgemäß kompliziert, da der Reaktor auf Grund des niedrigen Gesamtumsatzes im instabilen Bereich betrieben wird. Eine überraschend einfache Lösungsmöglichkeit dieses Problems ergibt sich durch die erfindungsgemäße Lösung: Ein Konstanthalten der Wasserstoffzuführung in der dem gewünschten Umsatz entsprechenden Größe. Dies kann gekoppelt werden, mit einer Regelung von Kühlmitteldurchsatz und/oder Kühlmitteltemperatur,However, experience has shown that such a precise control of the conversion is complicated, since the reactor is operated in the unstable region due to the low overall conversion. A surprisingly simple solution to this problem results from the solution according to the invention: keeping the hydrogen supply constant in the size corresponding to the desired conversion. This can be coupled, with a regulation of coolant throughput and / or coolant temperature,
800 g einer 32%igen But-2-in-l,4-diollösung in Wasser wurden mit 5,9 g eines Nickelträgerkatalysators (40 % Ni auf SiO ) bei T » 80 C und ρ * 1,57 MPa in einem diskontinuierlichen Laborrührautoklav umgesetzt. Der zeitliche Verlauf wurde durch gaschromatographische Analyse von dem Reaktor entnommenen Proben bestimmt.800 g of a 32% but-2-yn-1,4-diol solution in water were mixed with 5.9 g of a nickel-supported catalyst (40 % Ni on SiO 2) at T »80 C and ρ * 1.57 MPa in a discontinuous laboratory stirred autoclave implemented. The time course was determined by gas chromatographic analysis of samples taken from the reactor.
[min] cBI [mol/l] C [min] c BI [mol / l] C
HBAHBA
0 3,72 0,0210 3.72 0.021
8,5 3,45 0,0238.5 3.45 0.023
24,5 2,92 0,03424.5 2.92 0.034
34,5 2,49 0,04634.5 2.49 0.046
60,5 1,08 0,09560.5 1.08 0.095
71,5 0,62 0,16171.5 0.62 0.161
'86,5 0 0,165 (BI: But-2-in-l,4-diol, HBA:y -Hydroxibutyraldehyd)'86, 5 0 0.165 (BI: but-2-yn-l, 4-diol, HBA: y -hydroxibutyraldehyde)
Einem kontinuierlich betriebenen Laborrührreaktor mit suspendiertem Katalysator wurden 700 ml/h einer 32%igen Sut-2-in-l,4-diollösung zugeführt. Bei T = 80 0C, ρ = 1 MPa und einer Katalysatormasse von 9,5 g (40 % Ni auf SiO ) stellten sich folgende Konzentrationen ein:To a continuously operated, stirred catalyst stirred tank reactor, was added 700 ml / hr of a 32% sut-2-in-1,4-diol solution. At T = 80 ° C., ρ = 1 MPa and a catalyst mass of 9.5 g (40 % Ni on SiO 2), the following concentrations were established:
C- ' ' ' C- '' '
But-2-in-l,4-diol = 0,366 mol/1But-2-yn-1,4-diol = 0.366 mol / l
. CBut-2-en-l,4-diol 3,260 mol/1 CButan-l*4-diöl . · 0,028 mol/1, C But-2-en-l, 4-diol 3.260 mol / 1 C butane-l * 4-diol. · 0.028 mol / 1
0HBA S 0,066 mol/1 0 HBA S 0.066 mol / 1
Beispiel 3: ' . · Example 3: '. ·
Einem Festbettreaktor, gefüllt mit einem Nickelträgerkatalysator (ca. 18 % Ni auf Al-O,), wurde eine Lösung von But-2-in-li4-diol, But-2-en-i,4-diol, Butan-i,4-dxol und γ -Hydroxibutyraldehyd in Wasser zugeführt. Bei einer Temperatur von T « 100 0C und einem Druck von ρ » 24,5 MPa wurden für zwei Zusammensetzungen des Einsatzgemisches, die 70 % bzw· 97 % Umsatz des But-2-in-l,4-diol in der l. Hydrierstufe entsprechen, folgende Ergebnisse erhalten:A packed bed reactor filled with a nickel-supported catalyst (about 18 % Ni on Al-O) was added with a solution of but-2-yn-1,4-diol, but-2-ene-i, 4-diol, butane-i, 4-dxol and γ -hydroxibutyraldehyde supplied in water. At a temperature of T "100 0 C and a pressure of ρ» 24.5 MPa were for two compositions of the feed mixture, the 70 % and 97 % conversion of but-2-in-l, 4-diol in the l. Hydrogenation correspond, obtained the following results:
OV Γ 9 Ί 1500 1500OV Γ 9 Ί 1500 1500
V fml/hl 350 350V fml / hl 350 350
♦But-2-in-l,4-diol .But-2-en-l,4-diol .Butan-i,4-diol♦ But-2-yn-l, 4-diol. But-2-en-1, 4-diol. Butane-i, 4-diol
;γ-Hydroxibutyral.; γ- hydroxibutyral.
.Butanol.Butanol
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DD25552083A DD219184A1 (en) | 1983-10-10 | 1983-10-10 | METHOD FOR THE CATALYTIC HYDROGENATION OF BUT-2-IN1,4-DIOL |
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DD (1) | DD219184A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19625189C1 (en) * | 1996-06-24 | 1997-10-23 | Linde Ag | Two-stage catalytic hydrogenation of butyne-diol to butane-diol |
-
1983
- 1983-10-10 DD DD25552083A patent/DD219184A1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19625189C1 (en) * | 1996-06-24 | 1997-10-23 | Linde Ag | Two-stage catalytic hydrogenation of butyne-diol to butane-diol |
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