DE1768791B2 - Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid durch katalytische Hydrierung von geschmolzenen Maleinsäureanhydrid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid durch katalytische Hydrierung von geschmolzenem Maleinsäureanhydrid. Bernsteinsäureanhydrid ist ein für die Kunstharzindustrie wesentlicher Rohstoff. Beispielsweise fungiert es als Reaktionspartner in Polykondensationsharzen, wie Polyester- und Polyamid-Harzen.

Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid durch katalytisches Hydrieren von geschmolzenem Maleinsäureanhydrid sind bekannt Jedoch weisen die bekannten Verfahren erhebliche Mängel auf, z. B. hinsichtlich der Reaktionsdauer, hinsichtlich des apparativen Aufwandes und hinsichtlich der Atisbeute.

So ist es erforderlich, beim Hydrieren von Maleinsäureanhydrid nach dem Verfahren der DE-PS 4 41 002 in Gegenwart eines Nickel-Katalysators die Reaktionstemperatur zu Beginn des Hydrierens wenig oberhalb cbs Schmelzpunkts von Maleinsäureanhydrid — d. h. so niedrig wie möglich — zu halten und sie nur in dem Maß, wie sich das höher schmelzende Bernsteinsäureanhydrid bildet — d. h. so langsam wie möglich — zu steigern. Erst kurz vor Beendigung der Hydrierung soll die Temperatur 130—140⁰C betragen. Diese Reaktionsführung ist begründet, denn in Gegenwart von Nickel-Katalysatoren besteht bekanntlich eine mit der Temperatur zunehmende Tendenz zur Hydrierung von Carbonylgruppen, welche im vorliegenden Fall eine nachteilige Erniedrigung der Ausbeuten an Bernsteinsäureanhydrid bedeuten würde. Aus dieser Reaktionsführung ergibt sich aber eine relativ lange Reaktionsdauer von 5 bis 6 h und eine damit verbundene nachteilige Betriebskostenerhöhung. Auch die Notwendigkeit einer Temperaturregelung ist nachteilig, denn diese erfordert kostspielige Regeleinrichtungen, die mit ebenfalls kostspieligen Kühlvorrichtungen gekoppelt sein müssen. Da die Reaktion stark exotherm ist und das Reaktionsgemisch die Wärme schlecht leitet, führen Temperaturanpassung und Kühlung bei großtechnischen Anlagen auf fast unüberwindliche technische Schwierigkeiten.

Nach einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 21 98 153) soll während des Hydrierens ein Wasserstoffdruck von mindestens 10 bis 100 at aufrechterhalten werden. Diese Maßnahme erfordert druckfeste Apparaturen, deren Erstellungskosten mit zunehmendem Druck bekanntlich progressiv steigen. Ferner ist die Reaktionsdauer auch hier, besonders im Hinblick auf den hohen Wasserstoffdruck, erstaunlich lang, nämlich 4 bis 6 Stunden. Trotz dieser in Kauf zu nehmenden Nachteile liegt die Ausbeute bei diesem Verfahren, wenn in Gegenwart eines Nickel-Katalysators bei einer Temperatur von 180"C hydriert wird, nur bei etwa 88% des Gewichts an eingesetztem Maleinsäureanhydrid.

Die Erfindung löst nunmehr die Aufgaben, alle Benannten Nachteile zu vermeiden. So bietet die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Reaktionsdauer kürzer als bei den bekannten Verfahren ist, bei dem eine kostspielige Temperaturregelung überflüssig ist, bei dem nicht gekühlt zu werden braucht, bei dem die zu beherrschenden Drücke extrem niedrig liegen und mit dem dennoch gute Ausbeuten erzielt werden.

Die Lösung dieser Aufgaben gelingt der Erfindung mittels eines Verfahrens, das zwar ähnlich wie die bekannten Verfahren im katalytischen Hydrieren von

ίο geschmolzenem Maleinsäureanhydrid besteht, sich von den bekannten Verfahren jedoch durch die dort nicht vorgenommene Abstimmung der Reaktionsbedingungen auf einen speziell ausgewählten Katalysator unterscheidet

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur zwischen 140 und 150⁰C und bei einem Wasserstoffdruck von weniger als 10 at im Gegenwart eines Palladium-Katalysators hydriert

Somit liegt die Temperatur im Gegensatz zum Verfahren des DE-PS 4 41 002 von Anfang der Reaktion an oberhalb 54O°C und steigt im Gegensatz zum Verfahren der US-PS 21 98 153 niemals über 150⁰C, und der Wasserstoffdruck wird im Gegensatz zum Verfahren des US-PS 2198 153 während der ganzen Reaktionsdauer unterhalb 10 at gehalten. Die Ausbeute beträgt dabei etwa 95% der theoretischen Ausbeute. Je nach dem angewendeten, jedoch stets unterhalb 10 at liegenden Wasserstoffdruck ist die Reaktion bereits nach 3 bis 4 Stunden beendet Der Temperaturbereich von 140 bis 150⁰C liegt so günstig, daß er sich bei geeigneten geometrischen Verhältnissen der Hydrierapparatur als Folge eines Gleichgewichts zwischen der durch die Reaktionsexothermie erzeugten und durch die

Apparaturteile abgeführten Wärmeenergie einstellt. Infolgedessen werden besondere Kühlungen und mit

diesen auch kostspielige Regeleinrichtungen überflüssig.

Auch hinsichtlich des Energieaufwandes ist das

erfindungsgemäße Verfahren den bekannten überlegen, denn es wird praktisch keine Energie für Kühlung und Beheizung aufgewendet In ganz erheblichem Maß wird aber mechanische Energie für das Rühren eingespart Im Fall des DE-PS 4 41 002 ist dieser Energieaufwand nämlich wegen der mit der niedrigeren Temperatur verbundenen höheren Viskosität des Reaktionsgemisches größer. Im Fall der US-PS 21 98 153 bremsen die Stopfbuchspackungen die Rührwellen stärker als beim erfindungsgemäßen Verfahren, weil sie wegen des hohen Druckes fester angezogen werden müssen.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfLHungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es mit wesentlich geriifferem technischen Aufwand kontinuierlich durchführbar ist, als dieses bei den bekannten Verfahren der Fall wäre. Wegen der beim Verfahren der DE-PS 4 41 002 ständig erforderlichen Temperaturanpassung wären zu dessen kontinuierlichen Durchführung eine Vielzahl von Reaktionsgefäßen, nämlich je eines für einen engen Temperaturbereich, sowie eine entsprechende Anzahl von zwischengeschalteten Pumpen notwendig. Im Fall der US-PS 21 98 153 bieten der dort angewendete hohe Druck in Verbindung mit der hohen Temperatur und den aggressiven Eigenschaften des Reaktionsgemisches erhebliche Schwierigkeiten, das Reaktionsgut kontinuierlich dem Reaktionsbehälter zuzuführen und das Reaktionsprodukt kontinuierlich von diesem abzuführen.

Zur Erläuterung der Erfindung dient folgendes Beispiel:

der 3,5 Stunden zwischen 3 und 9 at gehalten. Nach

^BeisP^|el Ablauf der 3,5 Stunden nahm der Wasserstoffdruck bei

840 kg Maleinsäureanhydrid, in dem 1680 g Palladi- abgestellter Wasserstoffpumpe im Innern des GefäBes

um-Katalysator (10% Palladium auf Aktivkohle-Träger) nicht mehr ab, wodurch das Ende der Reaktion

verteilt worden waren, wurden 3,5 Stunden bei einer s angezeigt war. Das Reaktionsprodukt wurde beim

zwischen^I40 und 150⁰C liegenden Temperatur in einem Ablassen fi'trativ vom Katalysator befreit und durch

geschlossenen Gefäß mit Wasserstoff beaufschlagt und Destillation gereinigt Die Ausbeute betrug 815 kg

gerührt. Durch laufendes Nachpumpen von Wasserstoff Bernsteinsäureanhydrid = 95% d.Th. Der abfiltrierte

wurde dessen Druck im Innern des Gefäßes während Katalysator konnte erneut verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid durch katalytische Hydrierung von geschmolzenem Maleinsäureanhydrid, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur zwischen 140 und 150⁰C und einem Wasserstoffdruck von weniger als 10 at in Gegenwart eines Palladium-Katalysators hydriert