DE102005030659A1 - Method of processing acid-catalyzed reaction of olefin in liquid phase comprises terminating reaction mixture by adding aliphatic nitrile, separating into nitrile-rich- and nitrile-poor phase, and further reconditioning product-phase - Google Patents
Method of processing acid-catalyzed reaction of olefin in liquid phase comprises terminating reaction mixture by adding aliphatic nitrile, separating into nitrile-rich- and nitrile-poor phase, and further reconditioning product-phase Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen aus Säure-katalysierten Umsetzungen von Olefinen in flüssiger Phase in Gegenwart katalytischer Mengen wenigstens einer lewissauren Halogenverbindung.The The present invention relates to a process for the processing of Reaction mixtures of acid-catalyzed Reactions of olefins in liquid Phase in the presence of catalytic amounts of at least one Lewis acid Halogen compound.
Eine Reihe von durch Lewissäuren katalysierte Umsetzungen von Olefinen werden im industriellen Maßstab genutzt, beispielsweise bei der Alkylierung von Phenolen und der Olefinalkylierung (siehe z.B. WO 2004/050806 und dort zitierte Literatur), bei der Polymerisation von Isobuten (siehe z.B. EP-A-145235, EP-A-628575, EP-A-742191 und WO 99/31151), bei der Oligomerisation linearer 1-Olefine wie 1-Decen (siehe z.B. WO 2004/022511 und dort zitierte Literatur) sowie bei der Polymerisation von Vinylethern, Tetrahydrofuran oder Styrol.A Row of by Lewis acids catalyzed reactions of olefins are used on an industrial scale, for example, in the alkylation of phenols and olefin alkylation (See, for example, WO 2004/050806 and references cited therein), in which Polymerization of isobutene (see for example EP-A-145235, EP-A-628575, EP-A-742191 and WO 99/31151), in the oligomerization of linear 1-olefins such as 1-decene (see, for example, WO 2004/022511 and references cited therein) as well as in the polymerization of vinyl ethers, tetrahydrofuran or Styrene.
In der Regel wird in diesen Umsetzungen als Katalysator eine oder mehrere lewissaure Halogenverbindungen, gegebenenfalls gemeinsam mit einem oder mehreren Cokatalysatoren, eingesetzt. Aufgrund der hohen Reaktivität lewissaurer Halogenverbindungen werden die Reaktionen typischerweise unter protischen Bedingungen abgebrochen, z.B. durch Zugabe von Wasser, Alkoholen oder von wässrigen oder alkoholischen Basen. Hierbei findet eine Solvolyse der lewissauren Halogenverbindung unter Bildung von Halogenwasserstoffsäuren statt. Letztere sind jedoch stark korrosiv, so dass entsprechende Maßnahmen gegen Korrosion ergriffen werden müssen. Außerdem gelangt auf diese Weise ein Großteil oder die Gesamtmenge des Katalysators in das Abwasser, was aus ökonomischer und ökologischer Sicht nicht wünschenswert ist. Ferner führt der protische Abbruch häufig zu Problemen bei der Phasentrennung von Hydrolysat und Produktphase. Als problematisch erweist sich jedoch insbesondere, dass auf diese Weise zusätzliches Halogen in das Wertprodukt eingebracht wird, was für viele Anwendungen unerwünscht ist.In As a rule, the catalyst used in these reactions is one or more lewissaure halogen compounds, optionally together with a or more cocatalysts used. Due to the high reactivity lewissaurer Halogen compounds become the reactions typically under protic conditions aborted, e.g. by adding water, alcohols or water or alcoholic bases. This is a solvolysis of Lewis acids Halogen compound to form hydrogen halides instead. The latter, however, are highly corrosive, requiring appropriate action must be taken against corrosion. In addition, this way a big part or the total amount of catalyst in the wastewater, resulting in more economical and more ecological View not desirable is. Furthermore, leads the protic demolition frequently to problems in the phase separation of hydrolyzate and product phase. However, it proves to be particularly problematic that this Way additional Halogen is introduced into the desired product, which for many Applications unwanted is.
Es
hat daher nicht an Versuchen gefehlt, zumindest Teile der lewissauren
Halogenverbindungen unter Vermeidung eines protischen Abbruchs aus
der Reaktionsmischung einer solchen Umsetzung abzutrennen. Eine
Reihe von Patentanmeldungen beschreiben die Entfernung von Bortrifluorid
aus Reaktionsmischungen einer Oligomerisation von α-Olefinen
mittels Absorption an Kieselgel oder an Polyvinylalkohol (siehe
z.B.
Die EP-A-742191 schlägt vor, einen Bortrifluorid-haltigen Produktstrom einer Bortrifluorid-katalysierten Olefin-Oligomerisierung thermisch zu spalten und das dabei freigesetzte Bortrifluorid in den Edukt-Strom einzubringen. Dieses Verfahren ist jedoch aufgrund der thermischen Behandlung des Produktstroms in erster Linie auf die Oligomerisation von 1-Olefinen beschränkt.The EP-A-742191 suggests before, a boron trifluoride-containing product stream of a boron trifluoride-catalyzed olefin oligomerization to split thermally and the liberated boron trifluoride in to introduce the educt current. However, this procedure is due the thermal treatment of the product flow in the first place limited the oligomerization of 1-olefins.
Die WO 99/31151 beschreibt die Polymerisation von Isobuten in Gegenwart eines Bortrifluorid-Komplex-Katalysators, bei der man durch Absenkung des Isobuten-Gehalts in der Reaktionsmischung auf unter 2 Gew.-% eine partielle Abscheidung einer Bortrifluorid-reichen Phase bewirkt, diese Phase abtrennt und in die Polymerisation zurückführt. Auf diese Weise verbleiben jedoch größere Mengen an Bortrifluorid im Produktstrom, die in konventioneller Weise, z.B. protisch, deaktiviert werden müssen. Auf diese Weise gelangen größere Mengen an Fluor ins Abwasser. Zudem ist der Fluorgehalt der erhaltenen Produkte nicht zufriedenstellend.The WO 99/31151 describes the polymerization of isobutene in the presence a boron trifluoride complex catalyst in which by lowering of the isobutene content in the reaction mixture to less than 2 wt .-% of a partial deposition a boron trifluoride-rich phase causes this phase separated and recycled to the polymerization. On This way, however, larger amounts remain on boron trifluoride in the product stream, which in a conventional manner, e.g. protic, must be disabled. Get in this way big amount of of fluorine in the sewage. In addition, the fluorine content of the obtained Products not satisfactory.
Aus der EP-A-145235 ist bekannt, die Reaktionsmischung einer Bortrifluoridkatalysierten Isobuten-Polymerisation durch Zugabe vom Acetonitril zu deaktivieren. Die so deaktivierte Reaktionsmischung wird anschließend einer Wasserwäsche unterworfen. Auf diese Weise werden die oben erwähnten Probleme naturgemäß nicht gelöst.Out EP-A-145235 is known to catalyze the reaction mixture of a boron trifluoride Disable isobutene polymerization by adding acetonitrile. The thus deactivated reaction mixture is then a water wash subjected. In this way, the above-mentioned problems naturally do not become solved.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen, die bei der Umsetzung von Olefinen unter Verwendung von Katalysatoren auf Basis von lewissauren Halogenverbindungen erhalten werden, bereitzustellen, welches es ermöglicht, den Halogen-Gehalt im Abwasser und im Produkt zu verringern.Of the The present invention is therefore based on the object, a method for the work-up of reaction mixtures used in the reaction of olefins using Lewis Acid-based catalysts Halogen compounds are obtained to provide it allows reduce the halogen content in the waste water and in the product.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise gelöst durch ein Verfahren, bei dem man eine derartige Umsetzung durch Zugabe von 0,5 bis 10 Mol wenigstens eines aliphatischen Nitrils pro Mol lewissaurer Halogenverbindung zu der Reaktionsmischung abbricht, eine Trennung der so erhaltenen Reaktionsmischung in eine Nitril-reiche Phase und eine Nitril-arme Produktphase bewirkt und die zumindest die Hauptmenge der Nitril-reichen Phase von der Nitril-armen Produktphase abtrennt. Das aliphatische Nitril ist unter aliphatischen Mononitrilen mit 2 oder 3 C-Atomen sowie aliphatischen Dinitrilen mit 3 bis 6 C-Atomen ausgewählt. Die Produktphase wird dann einer weiteren Aufarbeitung zugeführt.This object is surprisingly achieved by a method in which such Um tion by adding 0.5 to 10 moles of at least one aliphatic nitrile per mole of Lewis acid halogen compound to the reaction mixture, causing a separation of the resulting reaction mixture in a nitrile-rich phase and a nitrile-poor product phase and at least the majority of the nitrile rich phase separated from the nitrile-poor product phase. The aliphatic nitrile is selected from aliphatic mononitriles having 2 or 3 C atoms and aliphatic dinitriles having 3 to 6 C atoms. The product phase is then sent to a further workup.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen aus Säure-katalysierten Umsetzungen von Olefinen in flüssiger Phase in Gegenwart katalytischer Mengen wenigstens einer lewissauren Halogenverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung durch Zugabe von 0,5 bis 10 Mol wenigstens eins aliphatischen Nitrils pro Mol lewissaurer Halogenverbindung zu der Reaktionsmischung abbricht, eine Trennung der so erhaltenen Reaktionsmischung in eine Nitril-reiche Phase und eine Nitril-arme Produktphase bewirkt, die Hauptmenge der Nitril-reichen Phase von der Nitril-armen Produktphase abtrennt und die Produktphase der weiteren Aufarbeitung zuführt, wobei das aliphatische Nitril ausgewählt ist unter aliphatischen Mononitrilen mit 2 oder 3 C-Atomen sowie aliphatischen Dinitrilen mit 3 bis 6 C-Atomen.The The present invention thus relates to a process for working up of reaction mixtures of acid-catalyzed Reactions of olefins in liquid Phase in the presence of catalytic amounts of at least one Lewis acid Halogen compound, characterized in that the reaction by adding from 0.5 to 10 mol of at least one aliphatic nitrile breaks off per mole of Lewis acid halogen compound to the reaction mixture, a separation of the reaction mixture thus obtained in a nitrile-rich Phase and a nitrile-poor product phase causes the bulk the nitrile-rich phase separates from the nitrile-poor product phase and the product phase for further processing, wherein the aliphatic nitrile selected is among aliphatic mononitriles having 2 or 3 C atoms as well aliphatic dinitriles having 3 to 6 carbon atoms.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur einen sofortigen Reaktionsabbruch und eine einfache Abtrennung der katalytisch aktiven lewissauren Halogenverbindung aus der Reaktionsmischung sondern liefert überraschenderweise auch Produkte mit einem äußerst geringen Halogengehalt, der auch bei längerer Lagerung nicht ansteigt. Anders als die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, ist das erfindungsgemäße Verfahren allgemein für die Aufarbeitung von Reaktionsmischungen geeignet, welche bei der Umsetzung von Olefinen in Gegenwart katalytisch aktiver, lewissaurer Halogenverbindungen erhalten werden. Zudem kann die lewissaure Halogenverbindung häufig aus der Nitril-reichen Phase zurückgewonnen und der Umsetzung erneut zugeführt werden, was sowohl im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit als auch auf die Umweltverträglichkeit der jeweiligen Umsetzung von Vorteil ist. In jedem Fall ist eine weitgehende oder vollständige Entferung der lewissauren Verbindung aus der Reaktionsmischung möglich, ohne dass es einer Wasserwäsche bedarf, so dass durch die erfindungsgemäße Aufarbeitung die Belastung des Abwassers mit Halogen und sonstigen Katalysatorrückständen verringert.The inventive method allows not just an immediate reaction abort and easy separation the catalytically active Lewis acid halogen compound from the reaction mixture but surprisingly delivers also products with a very low Halogen content, even at longer Storage does not increase. Other than those described in the prior art Method, is the inventive method generally for the work-up of reaction mixtures suitable in the reaction of olefins in the presence of catalytically active, Lewis acid halogen compounds to be obtained. In addition, the Lewis acid halogen compound can often be the nitrile-rich phase recovered and fed again to the implementation be, both in terms of profitability as well on the environmental compatibility the implementation is advantageous. In any case, one is extensive or complete Removal of the Lewis acid compound from the reaction mixture possible, without that it's a water wash requires, so that by the workup of the invention, the burden reduced waste water with halogen and other catalyst residues.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen eingesetzt werden, die nach einem Batch- oder Semi-Batch-Verfahren erhalten wurden. Es eignet sich jedoch insbesondere zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen, die in einer kontinuierlichen Umsetzung des Olefins erhalten wurden.The inventive method can be used to work up reaction mixtures, obtained by a batch or semi-batch process. However, it is particularly suitable for working up reaction mixtures, which were obtained in a continuous reaction of the olefin.
Als Nitrile können im erfindungsgemäßen Verfahren alle aliphatischen Mono- und Dinitrile eingesetzt werden, in denen das Verhältnis von Nitrilgruppen zur Gesamtzahl der Kohlenstoffatome im Bereich von 1:1,5 bis 1:3 liegt, z.B. Acetonitril, Propionitril, Malodinitril, Bernsteinsäuredinitril und Adipinsäuredinitril. Bevorzugtes Nitril ist Acetonitril.When Nitriles can in the process according to the invention all aliphatic mono- and dinitriles are used, in which The relationship of nitrile groups to the total number of carbon atoms in the range from 1: 1.5 to 1: 3, e.g. Acetonitrile, propionitrile, malononitrile, succinodinitrile and adiponitrile. Preferred nitrile is acetonitrile.
In der Regel erfolgt die Zugabe des Nitrils zu einem Zeitpunkt, wenn der gewünschte Umsatz erreicht ist. In der Regel wird der Umsatz, bezogen auf das eingesetzte Olefin, wenigstens 50% und insbesondere wenigstens 80% betragen.In usually the addition of the nitrile takes place at a time when the desired one Sales is reached. In general, sales, based on the used olefin, at least 50% and especially at least 80% be.
Bei der kontinuierlichen Umsetzung von Olefinen, z.B. bei der Polymerisation von Olefinen, wird man die Umsetzung häufig so führen, dass die Konzentration an nicht um gesetztem Olefin im Reaktoraustrag nicht mehr als 50 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 30 Gew.-% und speziell nicht mehr als 10 Gew.-%, z.B. 0,1 bis 50 Gew.-% oder 0,5 bis 30 Gew.-% oder 1 bis 10 Gew.-% beträgt.at the continuous reaction of olefins, e.g. in the polymerization Of olefins, one will often implement the reaction so that the concentration not to set olefin in the reactor output not more than 50 Wt .-%, in particular not more than 30 wt .-% and especially not more than 10% by weight, e.g. 0.1 to 50% by weight or 0.5 to 30% by weight or 1 to 10 wt .-% is.
Bei der kontinuierlichen Herstellung von Polyisobuten beträgt die Isobutenkonzentration zum Zeitpunkt des Abbruchs vorzugsweise weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf die Reaktionsmischung (= Reaktoraustrag). Bei kontinuierlichen Umsetzungen erfolgt die Nitrilzugabe typischerweise zum Reaktoraustrag.at the continuous production of polyisobutene is the isobutene concentration preferably less than 50% by weight at the time of termination, especially preferably less than 30% by weight and most preferably less as 10 wt .-%, based to the reaction mixture (= reactor discharge). In continuous Reactions, the nitrile is added typically to the reactor.
Vorzugsweise gibt man das Nitril bei einer Temperatur unterhalb 20°C, insbesondere unterhalb 10 °C und besonders bevorzugt unterhalb 0°C zu. Insbesondere erfolgt die Zugabe des Nitrils bei Temperaturen im Bereich von –50°C bis < 0°C. Im Allgemeinen erfolgt sie bei Reaktionstemperatur, um nach Komplexabtrennung die Kälte zur Abkühlung des Reaktorzulaufs zu nutzen.Preferably one gives the nitrile at a temperature below 20 ° C, in particular below 10 ° C and more preferably below 0 ° C to. In particular, the addition of the nitrile takes place at temperatures in the range of -50 ° C to <0 ° C. In general it takes place at the reaction temperature to after complex separation the Cold to Cooling to use the reactor feed.
Die zugegebene Menge an Nitril beträgt vorteilhafterweise 1,0 bis 10 Mol pro Mol lewissaurer Halogenverbindung, insbesondere 1,1 bis 5 Mol pro Mol lewissaurer Halogenverbindung und speziell 1,2 bis 2 Mol pro Mol lewissaurer Halogenverbindung.The added amount of nitrile is advantageously 1.0 to 10 moles per mole of Lewis acid halo genverbindung, in particular 1.1 to 5 moles per mole of Lewis acid halogen compound and especially 1.2 to 2 moles per mole of Lewis acid halogen compound.
Die Zugabe des Nitrils erfolgt in der Regel in einer Weise, bei der eine gute Durchmischung des Nitrils mit der Reaktionsmischung gewährleistet ist, z.B. durch Anwendung dynamischer Mischvorrichtungen wie Rührer oder Mischpumpen oder im Falle einer kontinuierlichen Umsetzung auch unter Anwendung statischer Mischelemente oder Mischpumpen.The Addition of the nitrile is usually carried out in a manner in which ensures thorough mixing of the nitrile with the reaction mixture is, e.g. by using dynamic mixing devices such as stirrer or Mixing pumps or in the case of a continuous reaction also using static mixing elements or mixing pumps.
Durch die Zugabe des Nitrils kommt es nicht nur zu einem Abbruch der Reaktion sondern auch zu einer Bildung einer Nitril-reichen Phase, welche die Gesamtmenge oder nahezu die Gesamtmenge der lewissauren Halogenverbindung enthält, in der Reaktionsmischung. Mit anderen Worten, in der Reaktionsmischung bilden sich eine dispers verteilte Nitril-reiche Phase, welche die lewissaure Halogenverbindung enthält, und eine kohärente Nitril-arme Produktphase, welche das Reaktionsprodukt der Umsetzung des Olefins enthält. Die zunächst in der Reaktionsmischung äußerst fein verteilte disperse Phase, koalisiert zumindest teilweise zu größeren Tröpfchen, die sich aufgrund der im Vergleich zur Produktphase höheren Dichte bei höheren Konzentrationen, zumindest teilweise absetzen und somit aus dem Reaktor, gegebenenfalls zusammen mit geringen Mengen der Produktphase, ausgeschleust oder zum Abbruch zu den Mischelementen zurückgefördert werden können.By the addition of the nitrile is not only a termination of the reaction but also to a formation of a nitrile-rich phase, which the total amount or almost the total amount of the Lewis acid halogen compound contains in the reaction mixture. In other words, form in the reaction mixture a dispersively distributed nitrile-rich phase, which lewissaure the Contains halogen compound, and a coherent one Nitrile-poor product phase, which is the reaction product of the reaction of the olefin. The first extremely fine in the reaction mixture dispersed disperse phase, at least partially coalescing into larger droplets, due to the higher density compared to the product phase at higher Concentrations, at least partially settle and thus from the Reactor, optionally together with small amounts of the product phase, be discharged or returned to demolition to the mixing elements can.
Zur Förderung der Koaleszenz der sich primär bildenden feinteiligen Nitril-reichen Tröpfchen wird man in der Regel übliche Maßnahmen zur Förderung der Phasentren nung ergreifen, beispielsweise langsames Rühren, Erwärmen, Verlängerung der Verweilzeiten, Absorption an hydrophilen Oberflächen, die Anwendung von Koalisierfiltern, die Rückförderung abgeschiedenen Komplexes zum Abbruch oder die Abtrennung einer organischen Phase durch Ultrafiltration oder Mikrofiltration.to advancement the coalescence of the primary Forming finely divided nitrile-rich droplets will usually be common measures to promote take the phase separation, for example, slow stirring, heating, extension residence times, absorption on hydrophilic surfaces, the Application of Koalisierfiltern, the return promotion deposited complex for termination or separation of an organic phase by ultrafiltration or microfiltration.
Die Zugabe des Nitrils und die Abtrennung der Nitril-reichen Phase kann auch in Form einer einstufigen oder mehrstufigen, kontinuierlich oder diskontinuierlich betriebenen flüssig-flüssig-Extraktion durchgeführt werden. Geeignete Vorrichtungen für die flüssig-flüssig-Extraktion sind dem Fachmann geläufig und umfassen in der Regel Einheiten zur Durchmischung mit nachfolgenden Absetzbehältern, bevorzugt liegend angeordneten Absetzbehältern sowie mehrstufige Extraktionskolonnen, einschließlich pulsierender Extraktionskolonnen.The Addition of the nitrile and the separation of the nitrile-rich phase can also in the form of a single-stage or multi-stage, continuous or discontinuously operated liquid-liquid extraction. Suitable devices for the liquid-liquid extraction are familiar to the expert and usually comprise units for mixing with subsequent ones settling tanks, preferably lying settling tanks and multi-stage extraction columns, including pulsating extraction columns.
Im erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man nach Abtrennung eines Teils der Nitril-reichen Phase in der oben beschriebenen Weise den so an Nitril und der lewissauren Halogenverbindung abgereicherten Produktstrom durch einen Filter leitet, um weitere Mengen an Nitril-reicher Phase und damit an lewissaurer Halogenverbindung aus dem Produktstrom zu entfernen. Bevorzugt werden dabei solche Filter mit kleinen Porenweiten von nicht mehr als 50 μm. Hierzu zählen Koalisier-Filter, die typischerweise Porenweiten im Bereich von 1 bis 50 μm, häufig im Bereich von 5 bis 50 μm aufweisen, aber auch Membran- und Papierfilter mit Porenweiten von nicht mehr als 5 μm, z.B. im Bereich von 0,5 bis 5 μm.in the inventive method it has proved to be advantageous if, after separation of a Part of the nitrile-rich phase in the manner described above the so depleted of nitrile and the lewissauren halogen compound Product flow passes through a filter for additional amounts of nitrile-rich phase and thus to Lewis acid halogen compound from the product stream to remove. Preference is given to such filters with small pore sizes of not more than 50 μm. Which includes Coalescing filters, which typically have pore sizes in the range of 1 to 50 μm, often in the range of 5 to 50 μm but also membrane and paper filters with pore widths of not more than 5 μm, e.g. in the range of 0.5 to 5 microns.
In der Regel wird man hierbei so vorgehen, dass man zunächst den Teil der im Reaktionsgemisch vorhandenen Nitril-reichen Phase, der spontan koalisiert, über eine Vorrichtung zur Phasentrennung, z.B. mit Hilfe von Abscheidern, Separatoren, Absetzbehältern vorzugsweise mit einer Schüttung aus feinteiligen Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche abtrennt und die Abtrennung der Restmenge an Nitril-reicher Phase über einen der vorgenannten Filter vornimmt. Das feinteilige Material der Schüttung weist vorzugsweise eine hydrophile Oberfläche oder eine Oberfläche, die mit dem polaren Komplex aus Nitril und lewissaurer Verbindung starke Wechselwirkung zeigt, auf. ein Beispiel für ein solches Material ist Aluminiumoxid, z.B. Aluminiumoxid-KugelnIn usually one will proceed in such a way that one first the Part of the present in the reaction mixture nitrile-rich phase, the spontaneously koalisiert, over a device for phase separation, e.g. with the help of separators, Separators, settling tanks preferably with a bed separated from finely divided materials with a high specific surface area and separating the residual amount of nitrile-rich phase via a performs the aforementioned filter. The finely divided material of the bed has preferably a hydrophilic surface or a surface that strong with the polar complex of nitrile and Lewis acid compound Interaction shows up. an example of such a material is Alumina, e.g. Alumina spheres
Im Falle schlechter Phasentrennung kann auch auf eine feinporige Filtration zurückgegriffen werden, wie man sie z.B. bei Dispersionsabwassern verwendet. Man arbeitet dabei mit Methoden der Mikro- oder Ultrafiltration. Typische Filtermaterialien hierfür sind Zellulose, Teflon mit Polyestergewebe, Polyamid, Polyestersulfon. Vorzugsweise werden die Filterflächen quer angeströmt, so dass Umlauf- und Filtrierrichtung etwa in rechtem Winkel aufeinander stehen. Das so erhaltene Filtrat ist frei von dispenser Phase. Das Retentat, enthaltend die Dispersion, wird aufkonzentriert, d.h. der Gehalt an dispenser Phase steigt und führt in unserem Fall zur Phasenseparation. So erhält man zwei "reine" Phasen und eine dritte disperse Phase als disperse Mischung der reinen Phasen. Typische Porenweiten liegen hier zwischen 0,1 und 5 μ. Hydrophobe Membranen wie Teflon könnten vorteilhaft sein.in the A case of poor phase separation can also affect a fine-pored filtration resorted be as they are, for example used in dispersion wastewater. you works with methods of micro- or ultrafiltration. typical Filter materials for this are cellulose, teflon with polyester fabric, polyamide, polyester sulfone. Preferably, the filter surfaces flowed across, so that circulation and filtration direction approximately at right angles to each other stand. The filtrate thus obtained is free of dispenser phase. The Retentate containing the dispersion is concentrated, i. the content of the dispenser phase increases and in our case leads to phase separation. So get you have two "pure" phases and one third disperse phase as a disperse mixture of pure phases. typical Pore sizes here are between 0.1 and 5 μ. Hydrophobic membranes such as Teflon could be beneficial.
Der so erhaltene, Nitril-arme Produktstrom enthält typischerweise nur noch sehr geringe Mengen oder keine lewissaure Halogenverbindung. Er wird dann in der Regel einer weiteren Aufarbeitung zugeführt. Die Aufarbeitung richtet sich in an sich bekannter Weise nach dem aufzuarbeitenden Umsetzungsprodukt und nach der Art der Umsetzung. In der Regel umfasst die weitere Aufarbeitung des Produktstroms eine Destillation. Hierbei werden gegebenenfalls vorhandenes Lösungsmittel, nicht umgesetzte Olefine, niedermolekulare Nebenprodukte, insbesondere halogenierte Nebenprodukte und sonstige flüchtige Verbindungen von dem in der Regel schwer flüchtigen Hauptprodukt abgetrennt. Sofern die Umsetzung in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird, kann dieses, gegebenenfalls zusammen mit dem abgetrennten, nicht umgesetzten Olefin in die Umsetzung zurückgeführt werden.The nitrile-poor product stream thus obtained typically contains only very small amounts or no Lewis acid halogen compound. It is then usually fed to a further workup. The Work-up depends in a manner known per se on the reaction product to be worked up and on the nature of the reaction. In general, the further work-up of the product stream comprises a distillation. In this case, optionally present solvent, unreacted olefins, low molecular weight by-products, in particular halogenated by-products and other volatile compounds are separated from the generally difficult volatile main product. If the reaction is carried out in an organic solvent, this, optionally together with the separated, unreacted olefin can be recycled to the reaction.
Gegebenenfalls können Restmengen an lewissaurer Verbindung und Nitril auch durch eine übliche Wasserwäsche entfernt werden. Diese Wasserwäsche erfolgt typischerweise vor einer destillativen Aufarbeitung des Produktstroms.Possibly can Remaining amounts of Lewis acid compound and nitrile also removed by a conventional water wash become. This water wash typically takes place before a distillative workup of the Product stream.
In einigen Fällen, insbesondere bei Umsetzungen in Gegenwart von Bortrifluorid als lewissaure Halogenverbindung, hat es sich bewährt, dass man nach Abtrennung der Nitril-reichen Phase die Produktphase mit einem anorganischen Absorptionsmittel behandelt. Auf diese Weise lässt sich der Fluorgehalt im Endprodukt weiter verringern. Das Reaktionsgemisch kann vor der Adsorptionsmittel-Behandlung verschiedenen anderen Behandlungen, z.B. einer Wäsche mit Wasser zur Deaktivierung/-entfernung von Katalysatorspuren und/oder Entfernung flüchtiger Komponenten unterzogen werden.In some cases, especially in reactions in the presence of boron trifluoride as Lewissaure halogen compound, it has been proven that after separation the nitrile-rich phase, the product phase with an inorganic Absorbent treated. In this way, the fluorine content in Reduce the final product further. The reaction mixture can before the Adsorbent treatment various other treatments, e.g. a wash with water for deactivation / removal of catalyst traces and / or removal volatile Components are subjected.
Bei der Absorptionsmittel-Behandlung werden vermutlich die halogenierten Nebenprodukte gespalten und die halogenhaltigen Spaltprodukte, wie Fluorwasserstoff, am Zeolith oder Aluminiumoxid adsorbiert bzw. durch die Kationen chemisch gebunden. Um eine unerwünschte Aktivierung und/oder strukturelle Veränderung des Absorptionsmittels zu verhindern, ist es bevorzugt, den im Reaktionsaustrag enthaltenen und/oder bei der Spaltung der halogenierten Produkte/Nebenprodukte gebildeten Halogenwasserstoff durch Zusatz eines Säurefängers, z.B: eines Amins bzw. eines Nitrils, zu binden.at The absorption treatment will probably be the halogenated By-products cleaved and the halogenated fission products, such as Hydrogen fluoride, adsorbed on the zeolite or alumina or by the cations are chemically bound. To an unwanted activation and / or structural change of Absorbent to prevent, it is preferred that in the reaction contained and / or in the cleavage of the halogenated products / by-products formed hydrogen halide by addition of an acid scavenger, for example: an amine or a nitrile to bind.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Produktphase häufig noch geringe Anteile an Nitril enthält, die typischerweise im Bereich von 10 bis 200 ppm, insbesondere 20 bis 100 ppm, bezogen auf den Produktstrom vorliegen. Gegebenenfalls kann man das Absorptionsmittel auch mit festen Cyaniden wie Alkalicya nide vorbehandeln, z.B. indem man das Adsorptionsmittel mit einer Lösung des Cyanids imprägniert und trocknet.In In this context, it has proved to be advantageous that the Product phase frequently still contains low levels of nitrile, which is typically in the range from 10 to 200 ppm, especially 20 to 100 ppm, based on the Present product stream. Optionally, you can the absorbent also pretreat with solid cyanides such as alkali cyanides, e.g. by doing the adsorbent is impregnated with a solution of the cyanide and dries.
Zum Inkontaktbringen des Produktstroms mit dem Adsorptionsmittel sind alle denkbaren diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren geeignet. So kann man den Produktstrom portionsweise mit dem Adsorptionsmittel versetzen, vorzugsweise unter mechanischer Bewegung, und nach ausreichender Verweilzeit abtrennen, z.B. durch Filtration, Abdekantieren oder ein sonstiges geeignetes Verfahren. Zweckmäßigerweise aber liegt das Adsorptionsmittel in einer Festbettschüttung vor, die in einer Adsorptionssäule angeordnet ist, durch die der Produktstrom geleitet wird. Die Adsorptionssäule ist vorzugsweise vertikal angeordnet und wird vom Stoffstrom in Richtung der Schwerkraft oder vorzugsweise entgegen der Schwerkraft durchströmt. Es können auch mehrere hintereinandergeschaltete Adsorptionssäulen verwendet werden.To the Contacting the product stream with the adsorbent are all conceivable discontinuous and continuous processes suitable. So you can the product stream in portions with the adsorbent offset, preferably with mechanical movement, and after sufficient Separating residence time, e.g. by filtration, decanting or another suitable method. Conveniently, however, is the adsorbent in a fixed bed ago, in an adsorption column is arranged, through which the product stream is passed. The adsorption column is preferably arranged vertically and is the material flow in the direction flows through gravity or preferably against gravity. It can too several adsorption columns connected in series can be used.
Die Behandlung mit dem Adsorptionsmittel erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur von –30 bis 100°C, vorzugsweise –20 bis 85°C, wenn das Adsorptionsmittel oder die Adsorptionsmittelkombination wenigstens einen Zeolith umfasst. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 130 bis 240°C, insbesondere 150 bis 230 °C, wenn das Adsorptionsmittel oder die Adsorptionsmittelkombination keinen Zeolith umfasst, und z.B. als alleiniges Adsorptionsmittel Aluminiumoxid verwendet wird. Die Verweilzeit, d.h. die Zeit, während der sich das Reaktionsgemisch im Kontakt mit dem Adsorptionsmittel befindet, beträgt vorzugsweise 10 bis 100 min.The Treatment with the adsorbent is generally carried out at a temperature of -30 up to 100 ° C, preferably -20 up to 85 ° C, when the adsorbent or the adsorbent combination comprises at least one zeolite. The treatment is preferably at a temperature of 130 to 240 ° C, in particular 150 to 230 ° C, when the Adsorbent or the adsorbent combination no zeolite includes, and e.g. as sole adsorbent alumina is used. The residence time, i. the time during the the reaction mixture is in contact with the adsorbent, is preferably 10 to 100 minutes.
Das anorganische Adsorptionsmittel umfasst in der Regel Oxide von Si, Al, Zr und/oder Ti; es ist vorzugsweise unter Aluminiumoxid, Zeolithen, SiO2 und Kombinationen davon ausgewählt.The inorganic adsorbent usually comprises oxides of Si, Al, Zr and / or Ti; it is preferably selected from alumina, zeolites, SiO 2 and combinations thereof.
In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet man Aluminiumoxid als Adsorptionsmittel. Das Aluminiumoxid wird vorzugsweise vor seiner Verwendung aktiviert, indem man es unter vermindertem Druck auf eine Temperatur von wenigstens 150°C erwärmt.In a preferred embodiment alumina is used as the adsorbent. The alumina is preferably activated before use by passing it heated under reduced pressure to a temperature of at least 150 ° C.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Adsorptionsmittel einen Zeolith mit mittleren Porengrößen von 5 bis 15 Å. Die mittlere Porengröße ist durch den Kristallaufbau des Zeoliths festgelegt und kann z.B. aus Röntgenstrukturdaten ermittelt werden. In Zeolithe mit kleineren mittleren Porengrößen können die fluorierten Nebenprodukte schlecht eindiffundieren und werden daher unzureichend gespalten/adsorbiert. Zeolithe mit größeren mittleren Porengrößen können zur vermehrten Nebenreaktionen, z.B. Doppelbindungsisomerisierung führen, insbesondere wenn sie durch Spuren von Fluorwasserstoff oder Wasser aktiviert sind.In other preferred embodiments, the adsorbent comprises a zeolite having mean pore sizes of 5 to 15 Å. The mean pore size is determined by the crystal structure of the zeolite and can be determined, for example, from X-ray structural data. In zeolites with smaller mean pore sizes, the fluorinated by-products can diffuse poorly and are therefore insufficiently split / adsorbed. Larger average pore zeolites can lead to increased side reactions, eg, double bond isomerization, especially when activated by traces of hydrogen fluoride or water.
Bevorzugte Zeolithe sind unter Zeolith A, Zeolith L, Zeolith X und Zeolith Y ausgewählt. Natrium-Zeolith A oder Natrium-Zeolith A, in dem die Natriumionen ganz oder teilweise durch Magnesium- und/oder Calciumionen ersetzt sind, ist besonders bevorzugt.preferred Zeolites are among zeolite A, zeolite L, zeolite X and zeolite Y selected. Sodium zeolite A or sodium zeolite A, in which the sodium ions completely or partially replaced by magnesium and / or calcium ions are particularly preferred.
Der Zeolith ist vorzugsweise im Wesentlichen säurefrei, um eine übermäßige Nebenreaktion, z.B. im Falle des Polyisobutens eine Doppelbindungsisomerisierung der terminalen Methylidendoppelbindungen zu thermodynamisch stabileren Doppelbindungen im Inneren des Makromoleküls zu vermeiden. Man verwendet daher vorzugsweise nicht aktivierte Zeolithe, d.h. solche, die zur Ladungskompensation der negativen Gerüstladung keine Protonen enthalten.Of the Zeolite is preferably substantially free of acid to prevent excessive side reaction, e.g. in the case of the polyisobutene, a double bond isomerization the terminal methylidene double bonds to thermodynamically more stable To avoid double bonds inside the macromolecule. One therefore uses preferably non-activated zeolites, i. those that charge compensation the negative framework load do not contain protons.
Es ist vorteilhaft, die den Produktstrom nach der Abtrennung der Nitril-reichen Phase und vor der Absorptionsmittelbehandlung zu trocknen und mitgeführten Wasserspuren weitgehend zu entfernen z.B. auf weniger als 5 ppm, vorzugsweise weniger als 3 ppm. Vorzugsweise behandelt man den Produktstrom in geeigneter Weise, um die Koaleszenz der noch enthaltenen Nitrilphase zu fördern, z.B. mittels Filtration über einen Koaleszierfilter. Um den Wassergehalt weiter zu verringern, kann man das Polyisobuten mit einem Zeolith einer durchschnittlichen Porengröße von 4 Å oder weniger in Kontakt bringen, vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 40°C, z.B. –30 bis 35°C.It is advantageous that the product stream after the removal of the nitrile-rich Phase and before the absorbent treatment to dry and entrained traces of water largely removed, e.g. to less than 5 ppm, preferably less than 3 ppm. Preferably, the product stream is treated in suitable way to the coalescence of the remaining nitrile phase to promote, e.g. by filtration over a coalescing filter. To further reduce the water content, you can see the polyisobutene with a zeolite of an average Pore size of 4 Å or less bring in contact, preferably at a temperature of less as 40 ° C, e.g. -30 up to 35 ° C.
In einer bevorzugten Ausführungsform bringt man daher den Produktstrom nach der Abtrennung der Nitril-reichen Phase nacheinander mit (i) einem ersten Zeolith einer durchschnittlichen Porengröße von 4 Å oder weniger, vorzugsweise bei einer Temperatur von –30 bis 35°C, und (ii) einem Aluminiumoxid oder Alumosilikat, vorzugsweise bei einer Temperatur von 40 bis 230°C, in Kontakt. Das Aluminiumoxid kann mit Phosphat oder Fluorid dotiert sein.In a preferred embodiment Therefore, you bring the product stream after the removal of the nitrile-rich Phase successively with (i) a first zeolite of an average Pore size of 4 Å or less, preferably at a temperature of -30 to 35 ° C, and (ii) an alumina or aluminosilicate, preferably at a temperature of 40 to 230 ° C, in Contact. The alumina may be doped with phosphate or fluoride be.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bringt man den Produktstrom nacheinander mit (i) Aluminiumoxid, (ii) einem ersten Zeolith einer durchschnittlichen Porengröße von 4 Å oder weniger und (iii) einem zweiten Zeolith einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 15 Å in Kontakt. Das Aluminiumoxid beider Ausführungsformen kann mit einer Base, wie einem Alkali- oder Erdalkalihydroxid, oder einem einem Alkali- oder Erdalkalicyanid dotiert sein.In a particularly preferred embodiment bringing the product stream successively with (i) alumina, (ii) a first zeolite having an average pore size of 4 Å or less and (iii) a second average pore size zeolite of 5 to 15 Å in Contact. The alumina of both embodiments can with a Base, such as an alkali or alkaline earth metal hydroxide, or a Alkali or alkaline earth cyanide be doped.
Nach der Adsorption werden das Verdünnungsmittel und gegebenenfalls das nicht umgesetzte Olefin abgetrennt, in der Regel durch Abdestillieren, sofern diese nicht bereits vor der Adsorptionsmittelbehandlung entfernt wurden. Das abdestillierte Verdünnungsmittel kann in den Polymerisationsreaktor zurückgeführt werden, vorzugsweise ohne weitere Behandlung. Wird bei der Herstellung von Polyisobuten als Isobutenquelle ein C4-Kohlenwasserstoffstrom verwendet, wird der Isobuten-abgereicherte Strom vorzugsweise nicht zurückgeführt, sondern einer Weiterverwendung, z.B. einer Hydroformylierung der darin enthaltenen linearen Butene zu Butyraldehyd oder der Herstellung von Alkylatbenzin oder der Dimerisation zu Octenen zugeführt.After adsorption, the diluent and optionally the unreacted olefin are separated, usually by distillation, unless they have already been removed before the adsorbent treatment. The distilled-off diluent can be recycled to the polymerization reactor, preferably without further treatment. If a C 4 -hydrocarbon stream is used as isobutene source in the production of polyisobutene, the isobutene-depleted stream is preferably not recycled, but fed to a further use, for example a hydroformylation of the linear butenes contained therein to butyraldehyde or the production of alkylate or the dimerization to octenes ,
Nach Abtrennung des Verdünnungsmittels wird der Rückstand, der das gewünschte Produkte enthält, in üblicher Weise aufgearbeitet. Flüchtige Nebenprodukte, z.B. Oligomere des eingesetzten Olefins, können zusammen mit Verdünnungsmittelresten nach üblichen Methoden destillativ entfernt, z.B. bei Temperaturen bis 230°C im Vakuum. Es eignen sich Umlaufverdampfer, Fallfilmverdampfer, Dünnschichtverdampfer, Sambay-Verdampfer, Ringspaltverdampfer und dergleichen.To Separation of the diluent becomes the residue, the desired one Contains products in usual Way worked up. fugitive By-products, e.g. Oligomers of the olefin used, together with diluent residues according to usual Methods removed by distillation, e.g. at temperatures up to 230 ° C in a vacuum. Circulation evaporators, falling-film evaporators, thin-film evaporators, Sambay evaporator, annular gap evaporator and the like.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Aufarbeitung solcher Reaktionsmischungen, die zu wenigstens 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionsmischung, und insbesondere zu wenigstens 98 Gew.-%, aus Kohlenwasserstoffen, einschließlich der nicht umgesetzten Olefine, und/oder Halogenalkanen, die bei 20°C und 1 bar eine Dichte von nicht mehr als 0,9 g/ml aufweisen, und den Umsetzungsprodukten der Olefine bestehen. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die aufzuarbeitende Reaktionsmischung weniger als 5 Gew.-% und insbesondere weniger als 2 Gew.% Halogenkohlenwasserstoffe mit einer Dichte > 1 g/ml (bei 20°C und 1 bar) wie Dichlormethan, Dichlorethan oder Trichlormethan, enthält.The inventive method is particularly suitable for the workup of such reaction mixtures, which at least 95% by weight, based on the total weight of the reaction mixture, and in particular at least 98% by weight, of hydrocarbons, including the unreacted olefins, and / or haloalkanes, at 20 ° C and 1 bar have a density of not more than 0.9 g / ml, and the reaction products consist of olefins. In particular, it has been proven, if the reaction mixture to be worked up less than 5 wt .-% and in particular less than 2% by weight of halogenated hydrocarbons with a density> 1 g / ml (at 20 ° C and 1 bar) such as dichloromethane, dichloroethane or trichloromethane.
Wie bereits einleitend erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich für beliebige Umsetzungen von Olefinen in Gegenwart lewissaurer Halogenverbindungen geeignet. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Aufarbeitung von Reaktionsmischungen, bei denen die lewissaure Halogenverbindung ausgewählt ist unter Halogenverbindungen des Bors, des Aluminiums, des Titans und des Zirkons.As already mentioned in the introduction, is the inventive method in principle for any Reactions of olefins in the presence of Lewis acid halogen compounds suitable. In particular, the process is suitable for working up of reaction mixtures in which the Lewis acid halogen compound selected is among halogen compounds of boron, aluminum, titanium and the zirkon.
Beispiele für lewissaure Halogenverbindungen des Bors sind insbesondere Bortrifluorid und Bortrichlorid.Examples for lewissaure Halogen compounds of boron are in particular boron trifluoride and Boron trichloride.
Beispiele lewissaure Halogenverbindungen des Aluminiums sind insbesondere Aluminiumtrichlorid und C1-C4-Alkylaluminiumdichloride wie Ethylaluminiumdichlorid.Examples of Lewis acid halogen compounds are, in particular, aluminum trichloride and C 1 -C 4 -alkylaluminum dichlorides, such as ethylaluminum dichloride.
Beispiele für Halogenverbindungen des Titans sind insbesondere Titantetrachlorid, aber auch Dihalogenometallocen-Verbindungen des Titantetrachlorids wie Bis(alkylcyclopentadienyl)titaniumdichlorid.Examples for halogen compounds of titanium are in particular titanium tetrachloride, but also dihalometallocene compounds of titanium tetrachloride such as bis (alkylcyclopentadienyl) titanium dichloride.
Beispiele für Halogenverbindungen des Zirkons sind insbesondere Zirkontetrachlorid und weiterhin Dihalogenometallocen-Verbindungen des Zirkons wie Bis(alkylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid.Examples for halogen compounds of the zirconium are in particular zirconium tetrachloride and also dihalogenometallocene compounds zirconium such as bis (alkylcyclopentadienyl) zirconium dichloride.
Unter
Dihalogenometallocen-Verbindungen des Zirkons versteht man Verbindungen
der Formel Cp2MX1X2, worin M für Titan oder Zirkon steht,
Cp2 für
ein Paar von gegebenenfalls substituierten Cyclopentadienyl-Liganden
und X1 und X2 unabhängig voneinander
für Halogen
und insbesondere für
Chlor stehen. Beispiele für
geeignete Dihalogenometallocenkomplexe des Titans und des Zirkons
sind:
Bis(n-octadecylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(trimethylsilylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(tetrahydroindenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis[(tert.-butyldimethylsilyl)cyclopentadienyl]
zirkoniumdichlorid,
(Ethyliden-bisindenyl)zirkoniumdichlorid,
Ethyliden-bis(tetrahydroindenyl)zirkoniumdichlorid
und
Bis[3,3(2-methyl-benzindenyl)]dimethylsilandiyl-zirkoniumdichlorid
sowie entsprechende Verbindungen des Titans.By dihalogenometallocene compounds of the zirconium are meant compounds of the formula Cp 2 MX 1 X 2 wherein M is titanium or zirconium, Cp 2 is a pair of optionally substituted cyclopentadienyl ligands and X 1 and X 2 are independently halogen and especially Chlorine stand. Examples of suitable dihalogenometallocene complexes of titanium and zirconium are:
Bis (n-octadecylcyclopentadienyl) zirconium dichloride,
Bis (trimethylsilyl) zirconium,
(Tetrahydroindenyl) zirconium,
Bis [(tert-butyldimethylsilyl) cyclopentadienyl] zirconium dichloride,
(Ethylidene-bisindenyl) zirconium dichloride,
Ethylidene bis (tetrahydroindenyl) zirconium dichloride and
Bis [3,3 (2-methyl-benzindenyl)] dimethylsilanediylzirconium dichloride and corresponding compounds of titanium.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der lewissauren Halogenverbindung um Bortrifluorid.In a particularly preferred embodiment the method according to the invention the Lewis acidic halogen compound is boron trifluoride.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wie bereits Eingangs erwähnt, zur Aufarbeitung einer Vielzahl von durch lewissaure Halogenverbindungen katalysierte Umsetzungen von Olefinen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Säure-katalysierten Umsetzung um die Oligomerisation oder Polymerisation von C3-C20-Olefinen. Derartige Verfahren sind bekannt, z.B. aus dem Eingangs zitierten Stand der Technik, auf den hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.The process according to the invention is suitable, as already mentioned at the beginning, for working up a large number of reactions of olefins catalyzed by Lewis acid halogen compounds. In a preferred embodiment, the acid-catalyzed reaction is the oligomerization or polymerization of C 3 -C 20 olefins. Such methods are known, for example from the cited prior art, to which reference is hereby made in its entirety.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Reaktionsgemischen, die bei der Herstellung von Polyisobuten, insbesondere von Polyisobuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 50000 und einem Gehalt an Methylidengruppen von mehr als 50 Mol-%, durch Polymerisation Isobutenhaltiger Kohlenwasserstoffströme anfallen.Especially the method according to the invention is suitable for working up of reaction mixtures used in the preparation of polyisobutylene, in particular of polyisobutene having a number-average molecular weight from 400 to 50,000 and a content of methylidene groups of more than 50 mol% incurred by polymerization of isobutene-containing hydrocarbon streams.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Umsetzung des Olefins um die Polymerisation eines Isobuten-haltigen Kohlenwasserstoffstroms in Gegenwart von Bortrifluorid und wenigstens einer sauerstoffhaltigen Verbindung. Auf diese Weise sind insbesondere Polyisobutene mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 400 bis 50000 und einem Gehalt an Methylidengruppen von mehr als 50 Mol-% erhältlich. Insbesondere handelt es sich hierbei um Verfahren zur Herstellung von Polyisobuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht im Bereich von 500 bis 5000, insbesondere 700 bis 2500. Die Dispersizität (D = Mw/Mn) der Polyisobuten beträgt typischerweise weniger als 2,5, vorzugsweise weniger als 2,0 und insbesondere weniger als 1,8. Verfahren hierzu sind dem Fachmann bestens bekannt, z.B. aus dem Eingangs zitierten Stand der Technik sowie aus WO 01/27172, WO 01/30868, WO 01/36860, WO 02/06359, WO 02/14385, WO 2004/029099, WO 2004/065432 und der in diesen Schriften zitierten Literatur.According to one particularly preferred embodiment the invention is in the implementation of the olefin to the Polymerization of an isobutene-containing hydrocarbon stream in Presence of boron trifluoride and at least one oxygen-containing Connection. In this way, in particular polyisobutenes with a number average molecular weight of 400 to 50,000 and a Content of methylidene groups of more than 50 mol% available. In particular, these are methods of preparation of polyisobutene having a number average molecular weight in the range from 500 to 5000, in particular 700 to 2500. The dispersity (D = Mw / Mn) the polyisobutene is typically less than 2.5, preferably less than 2.0 and in particular less than 1.8. Processes for this purpose are those skilled in the art well known, e.g. cited from the entrance prior art and WO 01/27172, WO 01/30868, WO 01/36860, WO 02/06359, WO 02/14385, WO 2004/029099, WO 2004/065432 and in these documents cited literature.
Als isobutenhaltige Kohlenwasserstoffe eignen sich sowohl Isobuten selbst, als auch Isobuten-haltige C4-Kohlenwasserstoffströme, beispielsweise C4-Raffinate, C4-Schnitte aus der Isobutan-Dehydrierung, C4-Schnitte aus Steamcrackern, FCC-Crackern (Fluid Catalyst Cracking), sofern sie weitgehend von darin enthaltenen 1,3-Butadien befreit sind. Erfindungsgemäß geeignete Isobutenhaltige C4-Kohlenwasserstoffströme enthalten in der Regel weniger als 1000 ppm, vorzugsweise weniger als 200 ppm Butadien. Typischerweise liegt die Konzentration von 1-Buten, cis- und trans-2-Buten in den C4-Kohlenwasserstoffströmen im Bereich von 40 bis 60 Gew.-%. Derartige C4-Kohlenwasserstoffströme sind bevorzugte Einsatzmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren. Bei Einsatz von C4-Schnitten als Einsatzmaterial übernehmen die von Isobuten verschiedenen Kohlenwasserstoffe die Rolle eines inerten Verdünnungsmittels.Suitable isobutene-containing hydrocarbons are both isobutene itself and also isobutene-containing C 4 -hydrocarbon streams, for example C 4 -refins, C 4 cuts from isobutane dehydrogenation, C 4 cuts from steam crackers, FCC crackers (fluid catalyst cracking) provided they are substantially exempt from 1,3-butadiene present therein. Isobutene-containing C 4 -hydrocarbon streams which are suitable according to the invention generally contain less than 1000 ppm, preferably less than 200 ppm of butadiene. Typically, the concentration of 1-butene, cis-, and trans-2-butene in the C 4 hydrocarbon streams is in the range of 40 to 60 weight percent. Such C 4 hydrocarbon streams are preferred feedstocks for the process of the present invention. When C 4 cuts are used as starting material, the hydrocarbons other than isobutene assume the role of an inert diluent.
Aufgrund der hohen Viskosität der Polyisobutene erfolgt die Polymerisation in Gegenwart eines Verdünnungsmittels. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind solche Verdünnungsmittel oder -gemische geeignet, die gegenüber den eingesetzten Reagenzien inert sind. Geeignete Verdünnungsmittel sind gesättigte oder ungesättigte aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise gesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Oktan z.B. n-Hexan, i-Oktan, Cyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Toluol, Xylole oder Ethylbenzol; sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen. Als Verdünnungsmittel kann auch Isobuten selbst verwendet werden, wenn die Polymerisation nur bis zu einem Teilumsatz betrieben wird. Vorzugsweise werden die Verdünnungsmittel vor ihrem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren von Verunreinigungen wie Wasser, Carbonsäuren oder Mineralsäuren weitgehend oder vollständig befreit, beispielsweise durch Adsorption an festen Adsorbentien, wie Aktivkohle, Aluminiumoxid, Molekularsieben oder Ionenaustauschern.by virtue of high viscosity the polyisobutenes, the polymerization takes place in the presence of a Diluent. For the inventive method are such diluents or mixtures suitable to the reagents used are inert. Suitable diluents are saturated or unsaturated aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons, for example, saturated hydrocarbons, such as butane, pentane, hexane, heptane, octane e.g. n-hexane, i-octane, cyclopentane, Cyclohexane, methylcyclohexane, toluene, xylenes or ethylbenzene; such as Mixtures of the aforementioned compounds. As a diluent Isobutene itself can also be used if the polymerization operated only up to a partial turnover. Preferably the diluents prior to their use in the inventive process of impurities like water, carboxylic acids or mineral acids largely or completely freed, for example by adsorption on solid adsorbents, such as activated carbon, alumina, molecular sieves or ion exchangers.
Als Katalysatoren sind Bortrifluorid-Komplexkatalysatoren bevorzugt. Hierunter versteht man Katalysatoren aus Bortrifluorid und wenigstens einer, meist Sauerstoff-haltigen Verbindung als Cokatalysator. Der Cokatalysator ist in der Lage, Protonen oder Carbonkationen unter Reaktionsbedingungen zu bilden. Beispiele für Sauerstoffhaltige Verbindungen, die als Cokatalysatoren geeignet sind, umfassen insbesondere Alkanole mit 1 bis 18 C-Atomen, insbesondere mit 1 bis 10 C-Atomen, Dialkylether mit insgesamt 5 bis 20 C-Atomen, insbesondere 5 bis 12 C-Atomen, Phenolen, sowie Aldehyde und Ketone mit jeweils bis zu 20 C-Atomen, z.B. 2 bis 10 C-Atomen. Geeignete Cokatalysatoren sind aber auch Halogenwasserstoffsäuren, insbesondere Fluorwasserstoff.When Catalysts are preferred boron trifluoride complex catalysts. This is understood to mean catalysts of boron trifluoride and at least a, usually oxygen-containing compound as cocatalyst. The cocatalyst is capable of protons or carbon cations under reaction conditions to build. examples for Oxygenated compounds suitable as cocatalysts In particular, alkanols having 1 to 18 C atoms, in particular with 1 to 10 carbon atoms, dialkyl ethers having a total of 5 to 20 carbon atoms, in particular 5 to 12 carbon atoms, phenols, as well as aldehydes and ketones with each up to 20 C atoms, e.g. 2 to 10 carbon atoms. Suitable cocatalysts but are also hydrogen halides, especially hydrogen fluoride.
Vorzugsweise ist die sauerstoffhaltige Verbindung ausgewählt unter primären und sekundären C1-C5-Alkanolen und Mischungen von wenigstens einem primären oder sekundären C1-C5-Alkanol mit wenigstens einer weiteren Sauerstoffhaltigen Verbindung, die unter C6-C1 2-Alkanolen und Dialkylethern mit insgesamt 5 bis 12 C-Atomen. Das Molverhältlnis von sauerstoffhaltiger Verbindung zu Bortrifluorid liegt insbesondere im Bereich von 0:9:1 bis 3:1.Preferably, the oxygen-containing compound is selected from primary and secondary C 1 -C 5 alkanols, and mixtures of at least one primary or secondary C 1 -C 5 alkanol with at least one further oxygen-containing compound selected from C 6 -C 1 2 alkanols and Dialkyl ethers having a total of 5 to 12 carbon atoms. The molar ratio of oxygen-containing compound to boron trifluoride is in particular in the range from 0: 9: 1 to 3: 1.
Besonders
bevorzugt kommen Bortrifluorid-Komplex-katalysatoren zum Einsatz,
welche die folgende Zusammensetzung aufweisen:
- – L1 für ein primäres C1-C5-Alkanol, ein sekundäres C3-C5-Alkanol, ein Phenol B.und/oder einen tert-Butylether, z. tert.-Buylmethylether, steht,
- – L2 für wenigstens einen Aldehyd und/oder ein Keton mit vorzugsweise 2 bis 10 C-Atomen, steht,
- – L3 für einen von einem tert-Butylether verschiedenen Ether mit wenigstens 5 Kohlenstoffatomen, ein sekundäres Alkanol mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen, z.B. 6 bis 12 C-Atomen, ein primäres Alkanol mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen, z.B. 6 bis 12 C-Atomen, und/oder ein tertiäres Alkanol mit 4 bis 12 C-Atomen steht,
- – das Verhältnis b:a im Bereich von 0,9 bis 3,0, vorzugsweise 1,1 bis 2,5, liegt,
- – das Verhältnis c:a im Bereich von 0 bis 0,5, vorzugsweise 0 bis 0,3, liegt,
- – das Verhältnis d:a im Bereich von 0 bis 1,0, vorzugsweise 0,1 bis 1, insbesondere 0,1 bis 0,6, liegt.
- L 1 is a primary C 1 -C 5 alkanol, a secondary C 3 -C 5 alkanol, a phenol B and / or a tert-butyl ether, e.g. tert-butyl methyl ether,
- L 2 represents at least one aldehyde and / or one ketone having preferably 2 to 10 C atoms,
- L 3 is an ether other than a tert-butyl ether having at least 5 carbon atoms, a secondary alkanol having at least 6 carbon atoms, eg 6 to 12 C atoms, a primary alkanol having at least 6 carbon atoms, eg 6 to 12 C atoms, and / or a tertiary alkanol having 4 to 12 C atoms,
- The ratio b: a is in the range from 0.9 to 3.0, preferably 1.1 to 2.5,
- The ratio c: a lies in the range from 0 to 0.5, preferably 0 to 0.3,
- The ratio d: a is in the range from 0 to 1.0, preferably 0.1 to 1, in particular 0.1 to 0.6.
Verbindungen L1 werden auch als "Starter" oder "Initiator" bezeichnet, weil ihr aktives Wasserstoffatom oder das t-Butyl-Kation am Anfang der wachsenden Polyisobutenkette eingebaut wird. Daneben eignen sich tert-Butylether, wie tert-Butylmethylether (MTBE), die leicht ein tert-Butylkation bilden, Phenole, wie Phenol oder Kresole. Als L1 sind Methanol, Ethanol, 2-Propanol und/oder 1-Propanol und/oder MTBE bevorzugt. Davon ist Methanol oder Methanol/MTBE am meisten bevorzugt.Compounds L 1 are also referred to as "starter" or "initiator", because their active hydrogen atom or t-butyl cation is incorporated at the beginning of the growing polyisobutene. In addition, tert-butyl ethers, such as tert-butyl methyl ether (MTBE), which readily form a tert-butyl cation, phenols, such as phenol or cresols are suitable. As L 1 , methanol, ethanol, 2-propanol and / or 1-propanol and / or MTBE are preferred. Of these, methanol or methanol / MTBE is most preferred.
Als Regler L2 können Aldehyde und/oder Ketone mitverwendet werden, die üblicherweise ein bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 Kohlenstoffatome umfassen und in denen vorzugsweise andere funktionelle Gruppen als die Carbonylgruppe abwesend sind. Als L2 sind beispielsweise Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, n-Butyraldehyd, iso-Butyraldehyd, Aceton, Methylethylketon und Diethylketon geeignet. Dabei ist Aceton am meisten bevorzugt.Aldehydes and / or ketones, which usually comprise one to 20, preferably 2 to 10, carbon atoms and in which preferably functional groups other than the carbonyl group are absent, may also be used as regulator L 2 . As L 2 , for example, formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, n-butyraldehyde, isobutyraldehyde, acetone, methyl ethyl ketone and diethyl ketone are suitable. Acetone is the most preferred.
Die Solubilisatoren L3 haben eine löslichkeitsvermittelnde Wirkung und erhöhen die Löslichkeit des Katalysatorkomplexes im Einsatzmaterial. Es handelt sich um von tert-Butylethern verschiedene Ether mit wenigstens 5 Kohlenstoffatomen oder langkettige und/oder sterisch gehinderte Alkohole, die eine Abschirmung gegen den Zutritt von Isobutenmolekülen bieten. Man verwendet vorzugsweise Dialkylether mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein sekundäres Alkanol mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein primäres Alkanol mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und/oder ein tertiäres C4-C20-Alkanol. Werden primäre Alkanole verwendet, weisen diese vorzugsweise eine β-Verzweigung auf, d.h. eine Verzweigung an dem benachbarten Kohlenstoffatom zum Kohlenstoffatom, das die Hydroxylgruppe trägt. Geeignete Vertreter sind beispielsweise unter Di-n-butylether, Di-n-hexylether, Dioctylether, 2-Ethylhexanol, 2-Propylheptanol, den Oxoalkoholen von Di-, Tri- und Tetramerpropylen und Di- und Trimerbuten, linearen 1-Alkoholen (die z.B. durch die Alfol®-Verfahren erhältlich sind), sofern sie unter Reaktionsbedingungen flüssig sind, wie n-Hexanol oder n-Octanol, und tert-Butanol ausgewählt. Davon ist 2-Ethylhexanol am meisten bevorzugt.The solubilizers L 3 have a solubilizing effect and increase the solubility of the catalyst complex in the feedstock. These are ethers having at least 5 carbon atoms, which are different from tert-butyl ethers, or long-chain and / or sterically hindered alcohols which provide shielding against the access of isobutene molecules. It is preferable to use dialkyl ethers having 5 to 20 Koh lenstoffatomen, a secondary alkanol having 6 to 20 carbon atoms, a primary alkanol having 6 to 20 carbon atoms and / or a tertiary C 4 -C 20 alkanol. When primary alkanols are used, they preferably have a β-branch, ie, a branch on the adjacent carbon atom to the carbon atom bearing the hydroxyl group. Suitable representatives are, for example, di-n-butyl ether, di-n-hexyl ether, dioctyl ether, 2-ethylhexanol, 2-propylheptanol, the oxo alcohols of di-, tri- and tetramerpropylene and di- and trimerbutene, linear 1-alcohols (eg obtainable by the Alfol® methods ), if they are liquid under reaction conditions, such as n-hexanol or n-octanol, and tert-butanol. Of these, 2-ethylhexanol is most preferred.
Die BF3-Konzentration im Reaktor liegt in der Regel im Bereich von 0,005 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die flüssige Reaktionsphase, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,7 Gew.-% und speziell im Bereich von 0,02 bis 0,5 Gew.-%.The BF 3 concentration in the reactor is generally in the range of 0.005 to 1 wt .-%, based on the liquid reaction phase, in particular in the range of 0.01 to 0.7 wt .-% and especially in the range of 0, 02 to 0.5 wt .-%.
Die Bortrifluorid-Komplexe, sofern im Reaktionsgemisch löslich, können in separaten Reaktoren vor ihrem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren vorgebildet werden, nach ihrer Bildung zwischengelagert und je nach Bedarf in die Polymerisationsapparatur eindosiert werden. Eine andere, bevorzugte Variante, insbesondere für schwer lösliche Komplexe, besteht darin, dass man die Bortrifluorid-Komplexe in situ in der Polymerisationsapparatur oder einem Zulauf erzeugt. Bei dieser Verfahrensweise wird der jeweilige Cokatalysator gegebenenfalls gemeinsam mit einem Lösungsmittel in die Polymerisationsapparatur oder den Zulauf eingespeist und Bortrifluorid in der erforderlichen Menge in dieser Mischung der Reaktanten gelöst oder als Komplex dispergiert. Hierbei setzt sich das Bortrifluorid und der Cokatalysator zum Bortrifluorid-Komplex um. Anstelle eines zusätzlichen Lösungsmittels kann bei der in situ-Erzeugung des Bortrifluorid-Katalysator-Komplexes die Reaktionsmischung aus nicht umgesetztem Isobuten und Polyisobuten als Lösungsmittel fungieren.The Boron trifluoride complexes, if soluble in the reaction mixture, can be dissolved in separate reactors prior to their use in the process according to the invention be preformed, stored after their formation and depending on Demand be metered into the polymerization. Another, preferred variant, especially for sparingly soluble complexes, is that the boron trifluoride complexes in situ in the polymerization or a feed generated. In this procedure, the respective Cocatalyst optionally together with a solvent fed to the polymerization or the feed and Boron trifluoride in the required amount in this mixture of Reactants solved or dispersed as a complex. This is the boron trifluoride and the cocatalyst to the boron trifluoride complex. Instead of a additional solvent may be due to in situ generation of the boron trifluoride catalyst complex the reaction mixture of unreacted isobutene and polyisobutene as a solvent act.
Die Polymerisation von Isobuten erfolgt vorzugsweise in einem kontinuierlichen Verfahren. Maßnahmen zur kontinuierlichen Polymerisation von Isobuten in Gegenwart Bortrifluorid-haltiger Katalysatoren in inerten organischen Lösungsmitteln zu Polyisobu ten sind an sich bekannt. Bei einem kontinuierlichen Verfahren wird kontinuierlich ein Teil der im Polymerisationsreaktor entstandenen Reaktionsmischung ausgetragen. Eine dem Austrag entsprechende Menge an Einsatzmaterialien wird dem Polymerisationsreaktor kontinuierlich zugeführt und mit einer Umlaufmenge vermischt. Das Verhältnis von Umlaufmenge zur Zulaufmenge liegt in der Regel im Bereich von 1000:1 bis 1:1, bevorzugt im Bereich von 500:1 bis 5:1 und insbesondere im Bereich von 20:1 bis 100:1 v/v. Die mittlere Verweildauer des zu polymerisierenden Isobutens im Polymerisationsreaktor, die durch Reaktionsvolumen und Zulaufmenge bestimmt wird, kann 5 Sekunden bis mehrere Stunden betragen. Verweilzeiten von 1 bis 30 min, insbesondere 5 bis 20 min sind bevorzugt.The Polymerization of isobutene is preferably carried out in a continuous Method. activities for the continuous polymerization of isobutene in the presence of boron trifluoride-containing Catalysts in inert organic solvents to Polyisobu th are known per se. In a continuous process is continuously part of the resulting in the polymerization reactor Reaction mixture discharged. An amount corresponding to the discharge Feedstock becomes continuous to the polymerization reactor supplied and mixed with a circulating amount. The ratio of circulating volume to inflow is usually in the range of 1000: 1 to 1: 1, preferably in the range from 500: 1 to 5: 1, and more preferably in the range of 20: 1 to 100: 1 v / v. The mean residence time of the isobutene to be polymerized in the polymerization reactor, by reaction volume and feed rate is determined may be 5 seconds to several hours. residence from 1 to 30 minutes, especially 5 to 20 minutes are preferred.
Die Polymerisation erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von –60°C bis +40°C, vorzugsweise weniger als 0°C, besonders bevorzugt im Bereich von –5°C bis –40°C und speziell im Bereich von –10°C bis –30°C. Die Polymerisationswärme wird entsprechend mit Hilfe einer Kühlvorrichtung abgeführt. Diese kann beispielsweise mit siedendem Ammoniak als Kühlmittel betrieben werden. Eine andere Möglichkeit, die Polymerisationswärme abzuleiten, ist die Siedekühlung im Reaktor. Dabei wird die freiwerdende Wärme durch Verdampfen des Isobutens und/oder anderer leichtflüchtiger Bestandteile des Isobuten-Feedstocks oder des gegebenenfalls leichtflüchtigen Lösungsmittels abgeführt.The Polymerization generally occurs at a temperature in the range from -60 ° C to + 40 ° C, preferably less than 0 ° C, more preferably in the range of -5 ° C to -40 ° C and especially in the range of -10 ° C to -30 ° C. The heat of polymerization is according to a cooling device dissipated. This can, for example, with boiling ammonia as a coolant operate. Another way, the polymerisation derive, is the Siedekühlung in the reactor. In this case, the heat released by evaporation of the isobutene and / or other more volatile Components of the isobutene feedstock or possibly volatile solvent dissipated.
Die Polymerisation des Isobutens erfolgt in den für die kontinuierliche Polymerisation üblichen Reaktoren, wie Rührkesseln, Rohr-, Rohrbündel- und Schlaufenreaktoren, wobei Schlaufenreaktoren, d.h. Rohr(bündel)reaktoren mit Umlauf und turbulenter Strömung und/oder Einbauten wie statischen Mischern, d.h. mit Rührkesselcharakteristik, bevorzugt sind. Besonders günstig sind bei niedrigviskosen Reaktionsgemischen Schlaufenreaktoren mit Rohrquerschnitten, die zu turbulenter Strömung führen; bei hochviskosen Reaktionsgemischen größere Rohrquerschnitte mit statischen Mischelementen.The Polymerization of the isobutene is carried out in the usual manner for the continuous polymerization Reactors, such as stirred kettles, Tube, tube bundle and loop reactors wherein loop reactors, i. Tube (bundle) reactors with circulation and turbulent flow and / or internals such as static mixers, i. with stirred tank characteristics, are preferred. Very cheap are in low-viscosity reaction mixtures loop reactors with Pipe cross-sections leading to turbulent flow; in high-viscosity reaction mixtures larger pipe cross sections with static mixing elements.
In bevorzugten Ausführungsformen führt man die Polymerisation in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Reaktoren durch, wovon zumindest der erste Reaktor in Teilbereichen rückvermischt ist, wobei man den Moderator zumindest in den zweiten und/oder weiteren Reaktor dosiert. In bevorzugten Ausführungsformen dosiert man eine erste Teilmenge des Moderators in den ersten Reaktor und wenigstens eine weitere Teilmenge in den zweiten oder weiteren Reaktor. Der Anteil der in den ersten Reaktor dosierten Teilmenge an der Gesamtmenge an Moderator beträgt vorzugsweise 40 bis 90%.In preferred embodiments you lead the polymerization in at least two consecutive reactors by, at least the first reactor in some areas backmixed is, with the moderator at least in the second and / or further Metered reactor. In preferred embodiments, one doses a first subset of the moderator in the first reactor and at least another subset in the second or further reactor. Of the Proportion of the metered in the first reactor subset of the total is presenter preferably 40 to 90%.
Im ersten Reaktor wird das zugeführte Isobuten im Allgemeinen bis zu einem Teilumsatz von bis zu 95%, vorzugsweise 50 bis 90%, besonders bevorzugt 70 bis 90%, be zogen auf das in den ersten Reaktor eingeführte Isobuten, polymerisiert. Der Austrag aus dem ersten Reaktor wird vorzugsweise ohne weitere Aufarbeitung in den zweiten Reaktor bzw. aus einem vorhergehenden in den nachfolgenden Reaktor geleitet. Hier erfolgt die weitere Polymerisation ohne Zusatz frischen Isobutens.In the first reactor, the supplied isobutene is generally polymerized to a partial conversion of up to 95%, preferably 50 to 90%, particularly preferably 70 to 90%, based on the isobutene introduced into the first reactor. The discharge from the first reactor is preferably without further Aufar passed in the second reactor or from a preceding in the subsequent reactor. Here, the further polymerization takes place without the addition of fresh isobutene.
Die Verweilzeit des Reaktionsgemisches im ersten Reaktor beträgt bei der Einstellung eines Isobutenumsatzes von 50 bis 90% üblicherweise 5 bis 60 Minuten, kann aber auch kürzer oder länger sein, je nachdem, ob ein sehr aktiver oder weniger aktiver Katalysator verwendet wird. Im zweiten Reaktor wird im allgemeinen eine Verweilzeit von 1 bis 180, vorzugsweise von 2 bis 120 Minuten eingestellt. Im Allgemeinen wird im letzten Reaktor der Isobutenumsatz so eingestellt, dass der Gesamtumsatz des Isobutens bei 90 bis 99,5% liegt. Vorzugsweise liegt der Isobutengehalt des Destillats der Aufarbeitung nicht unter 1%, bevorzugt nicht unter 2%.The Residence time of the reaction mixture in the first reactor is in the Adjustment of an isobutene conversion of 50 to 90% usually 5 to 60 minutes, but may be shorter or longer, depending on whether one very active or less active catalyst is used. in the second reactor is generally a residence time of 1 to 180, preferably set from 2 to 120 minutes. Generally in the Last reactor of isobutene conversion adjusted so that the total sales of isobutene is 90 to 99.5%. Preferably, the isobutene content is the distillate of the work-up not less than 1%, preferably not below 2%.
Die Konzentration des Isobutens in der flüssigen Reaktionsphase im Hauptreaktor liegt in der Regel im Bereich von 0,2 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 20 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die flüssige Reaktionsphase. Bei der Herstellung von Polyisobutenen mit zahlenmittleren Molekulargewichten Mn im Bereich von 500 bis 5000 arbeitet man vorzugsweise bei einer Isobutenkonzentration im Bereich von 1 bis 20 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 1,5 bis 10 Gew.-%. Bei der Herstellung von Polyisobutenen mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von mehr als 5000 arbeitet man bevorzugt bei einer Isobutenkonzentration im Bereich von 4 bis 50 Gew.-%. In bevorzugten Ausführungsformen wird im ersten Reaktor eine Isobutenkonzentration von 3 Gew.-% nicht unterschritten.The Concentration of the isobutene in the liquid reaction phase in the main reactor is usually in the range of 0.2 to 50 wt .-%, preferably in the range of 0.5 to 20 wt .-% and in particular in the range of 1 to 10 wt .-%, based on the liquid reaction phase. In the Preparation of polyisobutenes with number average molecular weights Mn in the range of 500 to 5000 is preferably carried out at an isobutene concentration in the range of 1 to 20 wt .-% and in particular in the range of 1.5 to 10% by weight. In the production of polyisobutenes with a Number average molecular weight Mn of more than 5000 works preferably at an isobutene concentration in the range of 4 to 50 Wt .-%. In preferred embodiments In the first reactor, an isobutene concentration of 3% by weight does not below.
Beim Verlassen des letzten Reaktors enthält das Reaktionsgemisch üblicherweise 2 Gew.-% oder weniger Isobuten. Vorzugsweise wird eine Isobutenkonzentration von 0,5 Gew.-% jedoch nicht unterschritten.At the Leaving the last reactor, the reaction mixture usually contains 2% by weight or less of isobutene. Preferably, an isobutene concentration of 0.5 wt .-% but not below.
Vorzugsweise arbeitet man im erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahren zumindest im Hauptreaktor unter isothermen Bedingungen, d.h. die Temperatur der flüssigen Reaktionsmischung im Polymerisationsreaktor hat einen stationären Wert und ändert sich während des Betriebs des Reaktors nicht oder nur in geringem Maße. Falls gewünscht, kann die Polymerisation im zweiten Reaktor bei einer tieferen Polymerisationstemperatur als im ersten Reaktor erfolgen; es bedarf dann in der Regel einer weiteren Aktivierung durch Zusatz von frischem Bortrifluorid oder eines Reglers, wie einem Aldehyd oder Keton, z.B. Aceton. Es ist allerdings bevorzugt, den zweiten oder weiteren Reaktor bei geringfügig höherer Temperatur zu betreiben, um den Isobutenumsatz durch thermische Aktivierung zu vervollständigen. Da die Polymerisation exotherm verläuft, kann man hierzu den zweiten oder weiteren Reaktor unter im Wesentlichen adiabatischen Bedingungen betreiben, d.h. der Reaktor wird dann nicht aktiv gekühlt oder geheizt und die Polymerisationswärme wird vom Reaktionsgemisch aufgenommen.Preferably one works in the polymerization process according to the invention at least in the main reactor under isothermal conditions, i. the Temperature of the liquid Reaction mixture in the polymerization reactor has a steady state value and changes while the operation of the reactor not or only to a small extent. If desired For example, the polymerization in the second reactor may be at a lower polymerization temperature as done in the first reactor; it usually requires one further activation by the addition of fresh boron trifluoride or a regulator, such as an aldehyde or ketone, e.g. Acetone. It is however, preferably, the second or further reactor at a slightly higher temperature operate to reduce isobutene through thermal activation to complete. Since the polymerization is exothermic, this can be the second or another reactor under essentially adiabatic conditions operate, i. the reactor is then not actively cooled or heated and the heat of polymerization is taken up by the reaction mixture.
Die aus dem Polymerisationsreaktor ausgetragene Reaktionsmischung wird anschließend einer erfindungsgemäßen Aufarbeitung zugeführt, d.h. in den Reaktoraustrag wird das Nitril in der oben angegebenen Menge gegeben und anschließend wird eine Trennung der so erhaltenen Polymerisationsmischung in eine Nitril-reiche Phase und eine Nitril-arme Produktphase bewirkt, die Hauptmenge der Nitril-reichen Phase von der Nitril-armen Produktphase abgetrennt und die Produktphase der weiteren Aufarbeitung zugeführt.The is discharged from the polymerization reactor reaction mixture subsequently a work-up according to the invention supplied i.e. in the reactor discharge, the nitrile is in the amount indicated above given and subsequently is a separation of the polymerization mixture thus obtained in causes a nitrile-rich phase and a nitrile-poor product phase, the majority of the nitrile-rich phase from the low-nitrile product phase separated and fed the product phase for further work-up.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der säure-katalysierten Umsetzung um die Polymerisation eines Isobuten-haltigen Kohlenwasserstoffstroms in Gegenwart von wenigstens einer lewissauren Halogenverbindung, insbesondere in Gegenwart von Bortrichlorid oder Titantetrachlorid, und wenigstens einer tertiären oder allylischen organischen Verbindung, die in der Lage ist, ein Carbokation zu bilden, z.B. eine tertiäre oder allylische organische Halogenverbindung. Verfahren hierzu sind ebenfalls bekannt, z.B. aus EP-A 722 957, EP-A 0713 883, WO 02/048215, WO 02/048216, WO 02/96964, WO 03/074577 und WO 04/113402, auf die bezüglich weiterer Details verwiesen wird.According to one another embodiment The present invention is the acid-catalyzed Reaction to the polymerization of an isobutene-containing hydrocarbon stream in the presence of at least one Lewis acid halogen compound, especially in the presence of boron trichloride or titanium tetrachloride, and at least one tertiary or allylic organic compound that is capable of a carbocation to form, e.g. a tertiary or allylic organic halogen compound. Procedures for this are also known, e.g. from EP-A 722 957, EP-A 0713 883, WO 02/048215, WO 02/048216, WO 02/96964, WO 03/074577 and WO 04/113402, to which reference may be made for further Details are referenced.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei der Säurekatalysierten Umsetzung
um eine Oligomerisation von C8-C20-Olefinen, insbesondere 1-Olefinen und
speziell 1-Decen oder 1-Dodecen zur Herstellung von synthetischen
Kohlenwasserstoffölen.
Derartige Umsetzungen können
grundsätzlich
in Gegenwart von Bortrifluorid und wenigstens einer sauerstoffhaltigen
Verbindung als Katalysator oder in Gegenwart von Dihalogenometallocenkatalysatoren
des Zirkons oder Titans, wie zuvor erwähnt, durchgeführt werden.
Verfahren hierzu sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus WO
99/67347,
Die folgenden Beispiele dienen ausschließlich der weiteren Erläuterung der Erfindung und sind nicht einschränkend zu verstehen.The The following examples are for further explanation only of the invention and are not intended to be limiting.
I Herstellung von Polyisobuten in Gegenwart von Bortrifluorid-Komplex-Katalysatoren:I Preparation of polyisobutene in the presence of boron trifluoride complex catalysts:
Für die Versuchsdurchführung wurde neben Isobuten und Pentan ein sogenanntes Raffinat I verwendet, das nach Butadienentfernung durch Extraktivdestillation mit NMP aus dem C4-Schnitt eines mit Naphtha betrieben Crackers erhalten wurde. Raffinat I wies die folgende Zusammensetzung auf: For the experiment, in addition to isobutene and pentane, a so-called raffinate I was used, which was obtained by butadiene removal by extractive distillation with NMP from the C 4 cut of a naphtha-operated cracker. Raffinate I had the following composition:
Allgemeine VersuchsdurchführungGeneral experiment
Der Reaktor bestand aus einem Teflonschlauch von 7,1 m Länge mit einem Innendurchmesser von 6 mm, über den durch eine Zahnradpumpe 1000 1/h Reaktorinhalt im Kreis geführt wurden. Rohr und Pumpe hatten einen Inhalt von 200 ml. Teflonschlauch und Pumpenkopf befanden sich in einem Kältebad von –25°C (Kryostat). Als Feed wurde vorgenanntes Raffinat I oder eine Mischung aus aliquoten Mengen Pentan und Isobuten verwendet, der Zulauf betrug 700 g/h. Der Feed wurde über Molekularsieb 3 A mit einer Verweilzeit von 10 Minuten bei Raumtemperatur vorgetrocknet, durch eine Kapillare mit 2 mm Innendurchmesser auf –25°C vorgekühlt und über Molekularsieb 3 Å im Kältebad mit einer Verweilzeit von 10 Minuten auf unter 1 ppm Wasser getrocknet (Leitfähigkeitsmessung) und dem Umlaufreaktor auf der Saugseite der Kreislaufpumpe zugeführt. Dort wurden auch BF3, Borane, Komplexe und Komplexbildner eingespeist. Bei einer Reaktortemperatur von –18°C erhielt man eine Isobutenkonzentration von ca. 4% Dem Austrag wurde Acetonitril kontinuierlich zugesetzt und das ganze durch einen statischen Mischer in ein Absetzgefäß gefahren. Die obere leicht trübe Phase wurde von der Komplexlösung getrennt und über ein Mikrofilter (Membranfilterkassette Schleicher und Schüll Membran RC) mit einer Porenweite von 0,45 μ filtriert, wobei eine klare organische Polymerlösung (Raffinat) und ein disperses Retentat erhalten wurde. Das Retentat wurde in den Phasentrennbehälter zurückgefördert. Dann wurde bei mittlerweile 0°C über eine Säule mit neutralem Aluminiumoxid mit einer Kontaktzeit von 5 min bezogen auf Lückenvolumen gefahren und das erhaltene Raffinat bei bei 230°C2mbar destillativ aufgearbeitet, GPC und N-NMR durchgeführt und die Viskosität gemessen.The reactor consisted of a Teflon hose of 7.1 m length with an inner diameter of 6 mm, over which 1000 l / h reactor contents were circulated by a gear pump. Tube and pump had a capacity of 200 ml. Teflon tube and pump head were in a cooling bath of -25 ° C (cryostat). The feed used was the aforementioned raffinate I or a mixture of aliquots of pentane and isobutene, the feed was 700 g / h. The feed was pre-dried over molecular sieve 3 A with a residence time of 10 minutes at room temperature, pre-cooled through a capillary with 2 mm internal diameter to -25 ° C. and dried over molecular sieve 3 Å in the cold bath with a residence time of 10 minutes below 1 ppm water ( Conductivity measurement) and the circulation reactor on the suction side of the circulation pump. There, BF 3 , boranes, complexes and complexing agents were also fed there. At a reactor temperature of -18 ° C., an isobutene concentration of about 4% was obtained. To the effluent, acetonitrile was added continuously and the whole was passed through a static mixer into a settling vessel. The upper slightly cloudy phase was separated from the complex solution and filtered through a microfilter (membrane filter cassette Schleicher and Schüll membrane RC) with a pore size of 0.45 μ, whereby a clear organic polymer solution (raffinate) and a disperse retentate was obtained. The retentate was returned to the phase separation vessel. Then, at 0 ° C., it was passed over a neutral aluminum oxide column with a contact time of 5 minutes based on the volume of void, and the resulting raffinate was worked up by distillation at 230 ° C. 2mbar , GPC and N-NMR were carried out and the viscosity was measured.
Beispiel 1: Kontinuierliche IsobutenpolymerisationExample 1: Continuous isobutene
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde Isobuten in obiger Miniplant mit folgenden Zuläufen:
- – 350 g/h Pentan
- – 350 g/h Isobuten
- – 8 mmol/h BF3
- – 12 mmol/h Methanol
- – 1,2 mmol/h Ethylhexanol
- – 10 mmol Acetonitril zum Abbruch
- - 350 g / h pentane
- - 350 g / h isobutene
- - 8 mmol / h BF 3
- - 12 mmol / h of methanol
- - 1.2 mmol / h ethylhexanol
- - 10 mmol acetonitrile to break off
Beispiel 2:Example 2:
Gemäß der allgemeinen Versuchsvorschrift wurde Isobuten in obiger Miniplant mit folgenden Zuläufen:
- – 700 g/h Raffinat I
- – 16 mmol/h BF3
- – 25 mmol/h Methanol
- – 2 mmol/h Ethylhexanol
- – 1,6 mmol/h Acetonitril zum Reaktor
- – 18,4 mmol/h Acetonitril zum Abbruch
- - 700 g / h raffinate I
- - 16 mmol / h BF 3
- - 25 mmol / h of methanol
- - 2 mmol / h ethylhexanol
- - 1.6 mmol / h acetonitrile to the reactor
- - 18.4 mmol / h acetonitrile to demolition
Beispiele 3–9Examples 3-9
Beispiel 2 wurde mit verschiedenen Mengen an Acetonitril im Abbruch wiederholt
- n.a. = nicht analysiert
- na = not analyzed
Beispiel 10: Herstellung von 1-Decen-OligomerenExample 10: Production of 1-decene oligomers
In einem 1l-Vierhalskolben mit Thermometer, Tropftrichter, Gaseinleitungsrohr für Bortrifluorid, Gasableitungsrohr mit Blasenzähler und Magnetrührer wurden 5 mmol n-Pentanol und 5 mmol Isobutyl-tert.-butylether vorgelegt und auf –10°C gekühlt. Dann leitete man 10 mmol Bortrifluorid unter Beibehaltung der Temperatur ein. Danach gab man 140 g 1-Decen unter Kühlung zu. Man entfernte das Wärmebad und liess auf 30°C erwärmen. Dann leitete man unter intensivem Rühren weitere 10 mmol Bortrifluorid innerhalb 10 Minuten in das Reaktionsgemisch ein. Anschliessend behielt man 2 h eine Temperatur von 30°C bei. Dann gab man unter intensivem Rühren 30 mmol Acetonitril bei 30°C zu. Nach 15 Minuten Phasenseparation wurde die Acetonitril-Phase abgetrennt. Die so erhaltene Produktphase enthielt nach Filtration über einen Faltenfilter mit Porengröße 5 μ weniger als 1 ppm anorganisches Fluor. Die Produkt-Phase wurde über eine Säule mit 50 g neutralen Aluminiumoxidkugeln mit 2 bis 3,5 mm Kugeldurchmesser mit einer Verweilzeit von 10 min geschickt und in einen Rotationsverdampfer von Lösemittel, 1-Decen und Decen-Dimeren befreit. Hierzuerniedrigte man den Druck langsam auf 0,1 mbar und erhöhte die Temperatur kontinuierlich auf 150°C. Nach 30 Minuten bei 150°C und 0,1 mbar erhielt man ein Produkt, das weniger als 2 Gew.-% Dimer enthielt.In a 1 liter four-necked flask with thermometer, dropping funnel, gas inlet tube for boron trifluoride, Gas discharge pipe with bubble counter and magnetic stirrer were 5 mmol of n-pentanol and 5 mmol of isobutyl tert-butyl ether presented and cooled to -10 ° C. Then led 10 mmol of boron trifluoride while maintaining the temperature one. Thereafter, 140 g of 1-decene were added with cooling. You removed that heat bath and allowed to warm to 30 ° C. Then was passed under vigorous stirring another 10 mmol boron trifluoride within 10 minutes in the reaction mixture one. Subsequently, a temperature of 30 ° C was maintained for 2 h. Then were added with vigorous stirring 30 mmol acetonitrile at 30 ° C to. After 15 minutes of phase separation, the acetonitrile phase became separated. The product phase thus obtained contained after filtration over a Pleated filter with pore size 5 μ less as 1 ppm of inorganic fluorine. The product phase was over a Pillar with 50 g of neutral aluminum oxide balls with 2 to 3.5 mm ball diameter sent with a residence time of 10 min and placed in a rotary evaporator of solvents, 1-decene and decene dimers released. This was done by lowering the pressure slowly to 0.1 mbar and increased the temperature continuously to 150 ° C. After 30 minutes at 150 ° C and 0.1 mbar gave a product containing less than 2 wt .-% dimer.
Beispiel 14: Polymerisation von Isobuten in Gegenwart von Titantetrachlorid/DicumylchloridExample 14: Polymerization of isobutene in the presence of titanium tetrachloride / dicumyl chloride
Beispiel 11 bis 13:Example 11 to 13:
Die Apparatur bestand aus 2 Vierhalskolben je 1 l, der Vorlage A und dem Reaktionsgefäß B. Beide Kolben waren mit einem Magnetstäbchen, einem Thermometer, einem Septum und einem Tropftrichter mit Umgang, überbaut mit einem Trockeneiskühler mit Trockenrohr ausgerüstet und miteinander absperrbar verbunden. Die Kolben waren auf zwei Magnetrührern mit Edelstahlschüsseln so angeordnet, dass Heizen und Kühlen unter Rühren möglich war. Der Reaktionskolben war zusätzlich noch mit einem IR-Spektrometer (React-IR 1000 der Fa. Mettler Toledo) ausgestattet.The apparatus consisted of 2 four-necked flasks per 1 liter, the original A and the reaction vessel B. Both flasks were equipped with a magnetic bar, a thermometer, a septum and a dropping funnel Handling, overbuilt with a dry ice cooler equipped with drying tube and connected to each other lockable. The flasks were arranged on two magnetic stirrers with stainless steel bowls so that heating and cooling with stirring was possible. The reaction flask was additionally equipped with an IR spectrometer (React-IR 1000 from Mettler Toledo).
In der Vorlage A wurden Phenathrolin, Hexan und n-Butylchlorid vorgelegt, Isobuten am Tropftrichter so zugeführt, dass es am Trockeneiskühler kondensierte und im Tropftrichter gesammelt wurde, in die Vorlage entleert und mittels einer Spritze so lange mit einer 1 molaren Lösung von Butyllithium in Hexan versetzt, bis es 5 min zu bleibender Braunfärbung kam. Dann wurde die Verbindung zum Reaktionsgefäß geöffnet und der Inhalt von A nach B destilliert.In of template A were presented phenathroline, hexane and n-butyl chloride, Isobutene fed to the dropping funnel so that it condensed on the dry ice condenser and was collected in the dropping funnel, emptied into the template and by means of a syringe with a 1 molar solution of Butyllithium added in hexane until it came to permanent browning for 5 min. Then the compound to the reaction vessel was opened and the contents of A distilled to B
Im
Reaktionskolben B war zuvor der Initiator, 1,3-Dicumylchlorid (DCC)
vorgelegt worden. Nach dem Überdestillieren
von A nach B wurde zunächst
der Initiator gelöst.
1,1 g Phenyltriethoxixilan wurde mit einer Spritze über das
Septum zugesetzt und mit Aceton/Trockeneis auf –76°C gekühlt. Dann wurde TiCl4 mit einer Spritze zugesetzt und nach 1
Stunde Reaktionszeit bei unvollständigem Isobutenumsatz Acetronitril
zugesetzt. Der sich bildende gelblich-braune Niederschlag wurde
mittels Druckfiltration bei 3 bar über einen Tiefenfilter (Fa.
Seitz, Kennung EKS) abfiltriert und ein Teil des Filtrats auf Titan
untersucht (450 ppm), der Rest über
100 g neutrales Aluminiumoxidpulver mit einer Verweilzeit von 10
Minuten nachgereinigt und auf Ti und Acetonitril analysiert. Dann
wurde bei Raumtemperatur im Vakuum bis zu 2 mbar das Lösemittel
abgezogen. Der Rückstand
wurde bezüglich
Molekulargewicht und Molekulargewichtsverteilung mittels GPC und
bezüglich
Funktionalität
mittels 1H-NMR analysiert. Das zahlenmittlere
Molekulargewicht Mn betrug 2227, die Molekulargewichtsverteilung
Mw/Mn 1,40, der Isobutenumsatz betrug 80%, die Halogenfunktionalität 1,9, die
Indanfunktionalität
0,1. Ansatz:
Claims (17)
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DE200510030659 DE102005030659A1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of processing acid-catalyzed reaction of olefin in liquid phase comprises terminating reaction mixture by adding aliphatic nitrile, separating into nitrile-rich- and nitrile-poor phase, and further reconditioning product-phase |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510030659 DE102005030659A1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of processing acid-catalyzed reaction of olefin in liquid phase comprises terminating reaction mixture by adding aliphatic nitrile, separating into nitrile-rich- and nitrile-poor phase, and further reconditioning product-phase |
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DE (1) | DE102005030659A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009092683A2 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Basf Se | Method for the selective industrial production of 1,5,9 cyclododecatriene |
-
2005
- 2005-06-30 DE DE200510030659 patent/DE102005030659A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009092683A2 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Basf Se | Method for the selective industrial production of 1,5,9 cyclododecatriene |
WO2009092683A3 (en) * | 2008-01-25 | 2009-09-24 | Basf Se | Method for the selective industrial production of 1,5,9 cyclododecatriene |
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Legal Events
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