DE1300541C2 - Verfahren zur aufarbeitung und trennung der bei der herstellung von aldehyden durch hydroformylierung anfallenden hochsiedenden rueckstaende - Google Patents

Description

Bei der Hydroformylierung von Olefinen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen beispielsweise entstehen neben den Aldehyden viele hochsiedende Nebenprodukte, darunter Alkohole, Ester, Ketone, Acetale, Äther sowie durch Aldolkondensation entstehende Reaktionsprodukte. Unter günstigsten Reaktionsbedingungen kann der Anteil des Reaktionsproduktes an hochsiedenden Produkten 5 bis 20% des Reaktionsproduktes ausmachen.

Es ist bekannt, zur Hersteilung von Alkoholen das gesamte, bei der Hydroformylierung anfallende Reaktionsprodukt, einschließlich der gebildeten Aldehyde, in der Regel nach Abtrennung der nicht umgesetzten Olefine sowie der Katalysatorrücksiände zu hydrieren. Es ist ferner bekannt, z. B. aus der USA.-Patentschrift 27 93 236, zunächst die gebildeten Aldehyde abzutrennen und die bei der Abdestillation der Aldehyde anfallenden Rückstände zur Gewinnung von Alkoholen zu hydrieren.

Nach Abdestillation der Aldehyde zurückbleibende Rückstände können beispielsweise zu 10 bis 50% aus Aldehyden, zu 1 bis 15% aus Säuren, zu 4 bis 40% aus Estern, zu 6 bis 10% aus Alkoholen und Cannizzaro- und Tischenko-Kondensationsprodukten und bis zu 50% aus Acetalen bestehen. Die Bedingungen, unter denen eine erfolgreiche Hydrierung der Aldehyde möglich ist, sind gewöhnlich bedeutend milder als die Bedingungen, unter denen eine erfolgreiche Hydrierung von beispielsweise Estern zu den entsprechenden Alkoholen ohne Auftreten von Nebenreaktionen, durch welche die Ausbeute an Alkoholen vermindert wird, möglich ist. Des weiteren hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer der bei der Hydrierung verwendeten Katalysatoren bei den bekannten Verfahren, bei denen die gesamten Rückstände hydriert werden, sehr gering ist.

Aus der DT-PS 8 91 254 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Propionaldehyd und n-Propanol durch Umsetzen von Äthylen mit Kohlenoxyd und Wasserstoff unter erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Katalysatoren bekannt, bei dem man aus dem Primärerzeugnis zunächst Propionaldehyd abdestilliert, den verbleibenden Rückstand einer katalytischen Hydrierung unterwirft und das Hydrierungserzeugnis fraktioniert destilliert. Die katalytische Hydrierung des nach der Abdestillation des Propionaldehydes verbleibenden Rückstandes erfolgt dabei in einem einstufigen Verfahren unter Verwendung eines Kataly-

In den Beispielen 1 und 2 der DT-PS 8 91 254 werden als Hydrierungskatalysatoren Nickelkatalysatoren verwendet

Bei der Nacharbeitung des aus der DT-PS 8 91 254 bekannten Verfahrens hat sich ergeben, daß bei alleiniger Verwendung eines Nickel-Hydrierungskatalysators nur eine 50%ige Umwandlung des Ausgangsnroduktes in technisch brauchbare Verbindungen (vorwiegend Alkohole) erzielt wurde. Dabei hat sich gezeigt, daß auch eine wiederholte Reduktion über dem Nickel-Katalysator zu keiner Verbesserung dieses Ergebnisses führt, weil der Nickelkatalysator offensichtlich die in dem Ausgangsmaterial vorhandenen Säuren und Ester nicht aufzuspalten vermag.

Bei der Nacharbeitung des bekannten Verfahrens unter Verwendung von lediglich Kupferchromit als Hydrierungskatalysator wurde zwar ein etwas höherer Umwandlungsgrad von 74% erhalten, jedoch zeigte sich, daß in einem Dauerversuch der Katalysator bereits nach Erhalt von 800 kg technisch brauchbaren Verbindungen (vorwiegend Alkohole) pro kg verwendetem Kupferchromitkatalysator inaktiv wurde und ausgetauscht werden mußte.

Es wurde nun gefunden, daß man die bei der Herstellung von Aldehyden durch Hydroformylierung von Olefinen nach dem Abdestillieren der Aldehyde anfallenden Rückstände in besonders vorteilhafter Weise unter Anfall besonders hoher Alkoholausbeuten bei einer langen Lebensdauer der eingesetzten Hydrierungskatalysatoren aufarbeiten kann, wenn man die nach dem Abdestillieren der Aldehyde anfallenden Rückstände in einem zweistufigen Verfahren unter Verwendung von zwei verschiedenen Katalysatoren, und zwar einem Nickelkataly^ator und einem Kupferchromitkatalysator, hydriert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufarbeitung und Trennung der bei der Herstellung von Aldehyden durch Hydroformylierung von Olefinen mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegenwart kobalthaltiger Hydroformylierungskatalysatoren nach dem Abdestillieren der Aldehyde anfallenden, hochsiedende, sauerstoffhaltige Verbindungen enthaltenden Rückstände durch Destillation, anschließende katalytische Hydrierung und Trennung der dabei erhaltenen Produkte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Rückstände nach der Destillation zunächst in Gegenwart eines Nickelkatalysators und hierauf in Gegenwart eines Kupferchromitkatalysators hydriert.

Beim Verfahren der Erfindung werden somit zunächst die Aldehyde abdestilliert, worauf der zurückbleibende Rückstand unter Entfernung von Katalysatorspuren destilliert und das höhere Alkohole, Aldehyde, Äther u.dgl. enthaltende Destillat hydriert wird. Durch eine Destillation vor der Hydrierung wird die Aktivität der Hydrierungskatalysatoren beträchtlich erhöht, und zwar offensichtlich deshalb, weil durch die Destillation vor der Hydrierung die Katalysatoren inaktivierende Komponenten entfernt werden.

Nach dem Verfahren der Erfindung können die Verbindungen des hochsiedenden Rückstandes sauberer voneinander getrennt und die Hydrierungskatalysatoren in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, so daß ein wesentlich größerer Antol des Produktes hydriert werden kann, ehe eine Regenerierung des oder der Katalysatoren notwendig wird.

Die Destillation vor der Hydrierung kann unter vermindertem Druck durch Wasserdampfdestillation oder in einer Abstreifkolonne erfolgen. Das erhaltene

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Destillat, das 80 bis 95% des Rückstandes enthalten kann, kann dann hydriert werden.

Geeignete Nickelkatalysatoren sind die bekannten Nickelhydrierungskatalysatoren, wie 7. B. Raneynickel md reduzierte Nickelkatalysatoren, die etwa 58% Nickel auf Kieselgur oder einem anderen inerten Träger enthalten und bei denen das Mengenverhältnis von reduziertem Nickel zu Gesamtnickel etwa 0,60 bis 0,65 beträgt. In Gegenwart solcher Nickelkatalysatoren kann die Hydrierung bei Temperaturen von etwa 100 bis 200⁰C, bei Drücken von etwa 3,5 kg/cm² bis 351,5 kg/cm² und mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 3 785' ^{bis 26}·⁴⁹⁵ 1 P^{ro M}'^nute erfolgen, bei einem Einsatz von etwa 907 kg Katalysator.

Geeignete Kupferchromitkatalysatoren, die zur Hy- 1 drierung des Destillats allein oder erst in <=iner zweiten Hydrierungsstufe nach einer vorangegangenen ersten Hydrierungsstufe in Gegenwart eines Nickelkatalysators verwendet werden können, sind die bekannten Kupferchromitkatalysatoren und sogenannten dotierten Kupferchromitkatalysatoren, die z. B. mit Barium. Calcium, Strontium oder Magnesium dotiert sind. Besonders geeignet ist ein mit Barium dotierter Kupferchromoxydkatalysator, der beispielsweise etwa 30 bis 80%. vorzugsweise 30 bis 40% Kupieroxyd, etwa 15 bis 50%. vorzugsweise 40 bis 50% Chromoxyd und etwa 0 bis 15%. vorzugsweise 10% Bariumoxyd enhält. Der Rest kann aus Bindemitteln, wie z. B. Silikaten,

bestehen. .

Die Hydrierung in Gegenwart eines Kupferchromitkatalysators, z.B. eines mit Barium aktivierten Kupferchromitkatalysators, kann bei Temperaturen von ζ B. etwa 150 bis 300° C. Drücken von etwa 70.3 bis 703 kg/cm² und Zufuhrgeschwindigkeiten von etwa 1814 bis 9.071 kg pro 0,454 kg Katalysator und Tag durchgeführt werden. Vorzugsweise wird die Hydrierung in Gegenwart eines Kupferchromitkatalysators bei Temperaturen von etwa 230 bis etwa 255° C durchgeführt. Wesentlich höhere Temperaturen beeinflussen die Hydrierung, und niedrigere Temperaturen verlangsamen die Esterreduktion. Da der Zuführungsstrom in die Reduktionszone Alkohole in nennenswertem Umfang enthalt, ist eine Kühlung von außen nicht notwendig.

Die vor der Hydrierung des Oxosyntheserückstandes erfolgende Destillation desselben kann unter vermindertem Druck in einer üblichen Abstreifkolonne durchgeführt werden. Eine zu diesem Zweck verwende-• te Kolonne mit zehn Böden kann unter einem Druck von etwa 0,2 bis 150 mm und mit üner Temperatur betrieben werden, die am Boden der Kolonne etwa 160 bis 286° C, am oberen Ende etwa 50 bis 180° C beträgt.

Die in der Zeichnung dargestellten Fließdiagramme .· sollen das Verfahren der Erfindung näher erläutern.

Gemäß F i g. 1 wird bei der Durchführung des Oxoprozesses mit Propylen anfallende, aus hochsiedenden Fraktionen bestehende Destillationsrückstand im Vakuum destilliert und das Destillat in einem ersten s Hydrierungsreaktor aufgefangen, von wo es zur vollständigen Hydrierung in einen zweiten Hydrierreaktor geführt wird. Das hydrierte Produkt wird dann zur Abtrennung der niedrigsiedenden Anteile, z. B. der unter 107⁰C siedenden niederen Alkohole und Äther. :.j destilliert. Der dabei zurückbleibende Destillationsrückstand wird in eine Butanolabstreifvorrichtung gebracht, worauf das ein Butanolgemiseh und Butyläther enthaltende Destillat nach oben in den Butanolseparator destilliert wird, in dem das Isobutanol abdestilliert wird. 2s Der Rückstand aus dem Butanolseparator wird dann mit Wasser behandelt, worauf Wasser. Butyläther und etwas Butanol als azeotropes Gemisch oder durch extraktive Destillation abdestilliert werden. Von der Basis der Kolonne wird Butanol von handelsüblicher Reinheit K abgezogen. Wie das Fließdiagramm zeigt, wird der Rückstand aus der Butanolabstreifvorrichtung in eine Vakuumabstreifvorrichtung gebracht, in der die b oder 7 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkohole im Vakuum oder unter Atmosphärendruck abgetrennt werden i> können. Danach werden aus dem Rückstand die 8 Kohlenstoffatome enthallenden Alkohole abdestilliert. Der verbleibende Ruckstand kann als Flotationsmittel oder als Weichmacher für synthetische Polymere verwendet werden.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Der bei der Oxosynthese z. B. mit Propylen anfallende, aus hochsiedenden Fraktionen bestehende Destillationsrückstand wird aus Tank 1 mit

neuem iugtiuiiii ........... _ .... . _w

Katalysator erschöpft ist Wenn der Estergehalt der entweichenden Verbindungen etwa 1% beträgt, wird der Katalysator zweckmäßig regeneriert. Die Hydrierung kann dadurch gesteuert weiden, daß der Estergehalt, bezogen auf lsobutylisobutyrat, weniger als ss l°/o,der Aldehydgehalt, bezogen auf Butyraldehyd, etwa 0,15%, der Gehalt an ungesättigten Verbindungen, bezogen auf 2-Äthylbe\cial, etwa 0.2 bis 0.3% und der Säuregehalt, bezogen .uif Isobuttersäure, unterhalb 0,03% beträgt.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht eine besonders wirtschaftliche Aufarbeitung der Oxosyntheserückstände. So reichen 0,454 kg Katalysator zur Hydrierung von wenigstens 453.54 kg Destillat aus. Wird dagegen der rohe nicht destillierte Oxosynthese- <v rückstand verwendet s>> können pro 0,454 kg Katalysator nur 22,679 bis 34.0H kg Rückstand hydriert werden, ohne den Katalysator /u regenerierer.

bis 112°C gehalten. Der in Kolonne 3 anfallende Rückstand wird in den Tank 40 abgelassen. Aus dem Vorratstank 4 wird das Destillat mit Hilfe der Pumpe von oben her in den mit einen Nickelkatalysator beschickten Hydrierungsreaktor 6 /ur Vorhydrierung gepumpt. Der Reaktor wird auf einer Temperatur von etwa 150 bis 170⁰C und einem Wasserstoffdruck von z.B. 14,06kg/cm² gehalten. Mit Hilfe der Pumpe werden die organischen Verbindungen aus dem ersten Hydrierungsreaktor dann in den Kupferchromitreaktor 8 gepumpt, der auf Temperaturen zwischen 235 und 25O⁰C und unter einem Wasserstoffdruck von 351,5 bis 421,8 kg/cm² gehalten wird. Gegebenenfalls können die hydrierten Verbindungen mit Hilfe der Pumpe

. wieder zurückgepumpt werden. Die hydrierten Verbindungen werden dann im Tank 9 aufgefangen.

Die hydrierten Verbindungen werden dann mittels einer Pumpe 10 in die Trockenkolonne 11 gepumpt.

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Dort werden sie getrocknet und niedrigsiedende Anteile sowie etwas Äther in den Tank \2, übergeführt. Die Trockenkolonne besteht aus z. B. 80 Böden und wird im unteren Teil auf einer Temperatur von 125 bis 13O⁰C und im oberen Teil auf einer Temperatur von 102⁰C gehalten. Die in der Kolonne 11 getrockneten Verbindungen werden dann mit Hilfe der Pumpe 13 in die Destillationskolonne 14 gepumpt, in der das Butanolgemisch abgestreift wird. Die Kolonne 14 besitzt beispielsweise 98 Böden. Im unteren Teil wird sie auf 140⁰C, im oberen Teil auf 112° C aufgeheizt. Das Butanolgemisch wird im Tank 15 aufgefangen, während der Rückstand in den Tank 16 abgezogen wird. Das Butanolgemisch wird aus dem Tank 15 mit Hilfe der Pumpe 18 in die Kolonne 17 gebracht, die z. B. 100 Böden besitzen kann. Sie wird im unteren Teil auf einer Temperatur von 120° C und im oberen Teil auf einer Temperatur von 107° C gehalten. Der wertvolle Isobutylalkohol wird im Tank 19 aufgefangen, während der n-Butylalkohol mit Hilfe der Pumpe 21 in die Azeotropkolonne 20 gepumpt wird. Gleichzeitig wird Wasser in diese Kolonne eingespeist. Die Kolonne 20 kann z. B. 98 Böden aufweisen. Sie wird im unteren Teil auf eine Temperatur von 120⁰C und im oberen Teil auf eine Temperatur von 94° C aufgeheizt. Die aus der Kolonne abdestillierte Fraktion wird im Tank 22 aufgefangen und enthält Di-n-butyläther, n-Butanol und Wasser. Aus dem Tank 22 wird das Destillat mit Hilfe der Pumpe 23 in den Waschtank 24 gepumpt, in der das n-Butanol durch Auswaschen mit Wasser vom Äther getrennt wird. Die wäßrige Phase aus dem Tank 24 wird dann zwecks Entfernung des n-Butanols durch die Füllkörperkolonne 26 destilliert, und das n-Butanol wird aus dem Tank 27 mit Hilfe der Pumpe 28 in Kolonne 20 zurückgepumpt. Die Äther werden im Tank 29 aufgefangen. Der Rückstand ?»us der Kolonne 20 wird mit Hilfe der Pumpe 31 in die aus zehn;» Böden bestehende Füllkörperkolonne 30 gepumpt und der n-Butylalkohol im Tank 32 aufgefangen.

Der Inhalt des Tanks 16 wird mit Hilfe der Pumpe 34 in die Kolonne 33 gepumpt. Diese Kolonne besitzt z. B. 55 Böden. Die Temperatur der Kolonne beträgt im unteren Teil 198 bis 200⁰C und im oberen Teil 150 bis

,η 152°C. Sie wird unter Atmosphärendruck gehalten. Hier werden die 6 bis 7 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkohole abgetrennt, die im Tank 35 aufgefangen werden. Der Rückstand aus der Kolonne 33 wird mit Hilfe der Pumpe 36 in die Kolonne 37 gepumpt, in

ι s welcher Alkohole mit 8 Kohlenstoffatomen abgetrennt und in den Tank 38 gebracht werden. Die Kolonne 37 besitzt z. B. 55 Böden und wird bei Atmosphärendruck im unter en Teil auf 202 bis 204⁰C und im oberen Teil auf 170 bis 172⁰C aufgeheizt Der hochsiedende Rückstand aus der Kolonne 37 wird im Tank 39 aufgefangen.

Die bei der Durchführung der Oxosynthese mit anderen, 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthaltenden Olefinen anfallenden Reaktionsprodukte können in entsprechender Weise aufgearbeitet werden. Auch hier

js wird zunächst das aus Aldehyden bestehende Hauptprodukt abdestilliert. Die zurückbleibenden hochsiedenden Verbindungen werden dann zwecks Entfernung von Katalysatorspuren destilliert, worauf das Destillat hydriert und zur Entfernung der niederen Alkohole und

\o Äther fraktioniert destilliert wird. Die Abtrennung höhersiedender, wasserunlöslicher Produkte, ζ. Β Äther, erfolgt durch Destillation der azeotroper Gemische oder durch extraktive Destillation.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentanspruch:

Verfahren zur Aufarbeitung und Trennung der bei der Herstellung von Aldehyden durch Hydroformylierung von Olefinen mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegenwart kobalthaltiger Hydroformylierungskatalysatoren nach dem Abdestillieren der Aldehyde anfallenden, hochsiedende, sauerstoffhaltige Verbindungen enthaltenden Rückstände durch Destillation, anschließende katalytische Hydrierung und Trennung der dabei erhaltenen Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rückstände nach de¹· Destillation zunächst in Gegenwart eines Nickelkatalysators und hierauf in Gegenwart eines Kupferchromitkatalysators hydriert