DE1936565C3 - Process for the production of tetrahydrothiophene - Google Patents
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tetrahydrothiophen durch Umsetzung von Tetrahydrofuran mit Schwefelwasserstoff.The invention relates to a process for the preparation of tetrahydrothiophene by reacting Tetrahydrofuran with hydrogen sulfide.
Tetrahydrothiophen kann nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt werden. So beschreibt z. B. die DT-AS 12 24 749 die Umsetzung von Butandiol-(l,4) mit Schwefel und Wasserstoff. Neben Tetrahydrothiophen entstehen dabei jedoch auch größere Mengen von Nebenprodukten wie Tetrahydrofuran oder Thiophen.Tetrahydrothiophene can be prepared by various known methods. So describes z. B. the DT-AS 12 24 749 the implementation of butanediol (l, 4) with sulfur and hydrogen. Next Tetrahydrothiophene, however, also produces larger amounts of by-products such as tetrahydrofuran or thiophene.
Es ist auch bekannt, Tetrahydrothiophen durch Umsetzen von Tetrahydrofuran mit Schwefelwasserstoff in Gegenwart bestimmter Katalysatoren herzustellen. So wird nach dem Verfahren der US-PS 28 99 444 Aluminiumoxid als Katalysator verwendet; dieses Aluminiumoxid kann als Verunreinigungen auch Verbindungen wie Thorium-, Chrom- oder Siliciumoxid enthalten. Bei diesem Verfahren werden jedoch nur Ausbeuten von 94%, bezogen auf das eingesetzte Tetrahydrofuran, erhalten. Außerdem können diese Ausbeuten nur erreicht werden, wenn Schwefelwasserstoff in großem Überschuß verwendet wird. Um eine Ausbeute von 94% zu erhalten, ist eine sechsfache Schwefelwasserstoffmenge erforderlich. Bei einem Verhältnis Schwefelwasserstoff zu Tetrahydrofuran von 5,5 : 1 fällt die Ausbeute bereits auf 86% herab.It is also known to produce tetrahydrothiophene by reacting tetrahydrofuran with hydrogen sulfide produce in the presence of certain catalysts. Thus, according to the procedure of US-PS 28 99 444 alumina used as a catalyst; this alumina can be used as impurities also contain compounds such as thorium, chromium or silicon oxide. In this procedure will be however, only yields of 94%, based on the tetrahydrofuran used, were obtained. Besides that these yields can only be achieved if hydrogen sulfide is used in large excess will. To obtain a 94% yield, six times the amount of hydrogen sulfide is required. At a ratio of hydrogen sulfide to tetrahydrofuran of 5.5: 1, the yield falls down to 86%.
Die DT-PS 12 27 913 gibt die Lehre, bei der Umsetzung von Tetrahydrofuran mit Schwefelwasserstoff einen Aluminiumoxidkatalysator zu verwenden, der 0,1 bis 10 Gewichtsprozent einer Heteropolysäure oder eines Alkali- oder Erdalkalisalzes dieser Heteropolysäure enthält. Durch Verwendung dieses Katalysators lassen sich die Ausbeuten gegenüber dem Verfahren der US-PS 28 99 444 verbessern, jedoch arbeitet auch dieses Verfahren mit einem erheblichen Schwefelwasserstoffüberschuß. So soll das Molverhältnis Schwefelwasserstoff zu Tetrahydrofuran mindestens 2: 1 betragen. Aus de» Beispielen gehi hervor, daß mit einem Verhältnis von 6: 1 gearbeitet wird.The DT-PS 12 27 913 gives the lesson in the implementation of tetrahydrofuran with hydrogen sulfide to use an alumina catalyst that 0.1 to 10 percent by weight of a heteropoly acid or an alkali or alkaline earth metal salt of this heteropoly acid contains. By using this catalyst, the yields can be compared to the Improve the method of US-PS 28 99 444, but this method also works with a considerable amount Excess hydrogen sulfide. The molar ratio of hydrogen sulfide to tetrahydrofuran should be at least Be 2: 1. The examples show that a ratio of 6: 1 is used.
Es wurde nun gefunden, daß man Tetrahydrothiophen durch Umsetzung von Tetrahydrofuran mit Schwefelwasserstoff in Gegenwart von Aluminiumoxid und Siliciumoxid als Katalysator auf besonders vorteilhafte Weise herstellen kann, wenn man die Umsetzung in Gegenwart eines durch eine Auflage von 0,2 bis 10, vorzugsweise von 0,2 bis 3 Gewichtsprozent Kieselsäure aktivierten Aluminiumoxids durchführt.It has now been found that tetrahydrothiophene can be obtained by reacting tetrahydrofuran with Hydrogen sulfide in the presence of aluminum oxide and silicon oxide as a catalyst on particularly can be produced advantageously if the reaction is carried out in the presence of an edition from 0.2 to 10, preferably from 0.2 to 3 percent by weight Silica activated alumina performs.
Vorzugsweise setzt man dabei Tetrahydrofuran und Schwefelwasserstoff in einem Molverhältnis von etwa 1 : 1 um. Es können jedoch auch andere Molverhältnisse gewählt werden wie beispielsweise 0,5 : 1 bis 2 : 1. Die Umsetzung kann innerhalb eines weiten Temperaturbereiches durchgeführt werden. Als sehr geeignet erwiesen sich Temperaturen von 200 bis 450° C. Vorzugsv/eise wird jedoch bei 380 bis 450° C gearbeitet. Sehr günstig erweist sich die Verwendung von Aluminiumoxid, das mit einer Auflage von 0,2 bis 3 Gewichtsprozent Kieselsäure aktiviert wurde.Tetrahydrofuran and hydrogen sulfide are preferably used in a molar ratio of about 1: 1 um. However, other molar ratios can also be selected, such as 0.5: 1, for example up to 2: 1. The reaction can be carried out within a wide temperature range. As very Temperatures of 200 to 450 ° C have proven to be suitable. However, 380 to 450 ° C is preferred worked. The use of aluminum oxide has proven to be very favorable, with an edition of 0.2 until 3 percent by weight of silica was activated.
Die Herstellung des Katalysators, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz gelangt, kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Sehr geeignet erwies sich folgender Weg. Gereinigtes AIuminiumoxid wird mit einer wäßrigen Natriumsilikatlösung (Wasserglas) behandelt. Dann wird zur Trokkene eingedampfit. Anschließend wird mit wäßriger Salzsäure behandelt und mit destilliertem Wasser neutral gewaschen. Der Katalysator wird getrocknet und kann so zum Einsatz gelangen. Man kann auch feuchtes, gereinigtes Aluminiumoxid mit Siliciumtetrachlorid, das mit Hexan verdünnt wurde, eine Zeitlang behandeln und dann mit Wasser neutral waschen. Die Kieselsäure schlägt sich so auf dem Aluminiumoxid nieder. Nach Auswaschen mit destilliertem Wasser bis zur neutralen Reaktion des Waschwassers wiird getrocknet. Der Katalysator ist sodann verwendurigsfähig.The preparation of the catalyst in the invention Procedure used can be carried out in several ways. very The following approach proved to be suitable. Purified aluminum oxide is treated with an aqueous sodium silicate solution (Water glass) treated. Then it is evaporated to dryness. Then with aqueous Treated hydrochloric acid and washed neutral with distilled water. The catalyst is dried and can thus be used. You can also wet, purified aluminum oxide with silicon tetrachloride, which has been diluted with hexane, treat for a while and then neutral with water to wash. The silica precipitates on the aluminum oxide. After washing out with distilled Water is dried until the washing water reacts neutral. The catalyst is then usable.
Das eingesetzte Aluminiumoxid muß gereinigt sein und darf keine alkalischen Reste enthalten. Es erweist sich als besonders zweckmäßig, im Rahmen der Erfindung Aluminiumoxid zu verwenden, das durch eine Auflage von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent Kieselsäure aktiviert wuirde. Selbstverständlich können auch noch größere Auflagen aufgebracht werden. So erwiesen sich auch Katalysatoren mit einer Auflage von 10 Gewichtsprozent Kieselsäure als brauchbar.The aluminum oxide used must be cleaned and must not contain any alkaline residues. It proves to be particularly useful in the context of the invention to use aluminum oxide that by a layer of 0.2 to 5 percent by weight silica would be activated. Of course you can too even larger editions can be applied. This also turned out to be catalysts with a pad of 10 weight percent silica is useful.
Wichtig ist, daß nach dem Niederschlagen der Kieselsäure als SiO2 auf dem Aluminiumoxid der Katalysator neutral gewaschen wird und keine Reste von Säuren wie z. B. Salzsäure vorhanden sind.It is important that after the silica has precipitated as SiO 2 on the aluminum oxide, the catalyst is washed neutral and no residues of acids such as. B. hydrochloric acid are present.
Nach dem Trocknen kann man den Katalysator noch einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von etwa 300 bis 400° C unterwerfen. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Katalysator z. B. in ein üenkrecht stehendes Rohr gebracht. Der Reaktionsraum wird auf eine Temperatur, die vorzugsweise zwischen 380 und 450° C liegt, erhitzt. Vor Eintritt in diie Reaktionszone werden die gasförmigen Reaktionspartner auf eine Temperatur von etwa 100 bis 40(1° C vorgewärmt. Schwefelwasserstoff und Tetrahydrofuran werden vorzugsweise in äquimolaren Mengen in das Reaktionsgefäß eindosiert. Obwohl die Belastung des Katalysators, also die pro ml Katalysator pro Stunde eingeführte Menge an Tetrahydrofuran, in verhältnismäßig weiten Grenzen variiert werden kann, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Umsetzung bei einer Be-After drying, the catalyst can be subjected to a heat treatment at temperatures of subject to about 300 to 400 ° C. To carry out the process according to the invention, the catalyst z. B. brought into a vertical pipe. The reaction space is heated to a temperature that is preferably between 380 and 450 ° C, heated. Before entering the reaction zone, the gaseous Reactant preheated to a temperature of about 100 to 40 (1 ° C. Hydrogen sulfide and tetrahydrofuran are preferably metered into the reaction vessel in equimolar amounts. Although the loading of the catalyst, i.e. the amount introduced per ml of catalyst per hour of tetrahydrofuran, which can be varied within relatively wide limits, has proven to be special proven expedient, the implementation in a loading
lastung von etwa 0,2 bis 0,5 g Tetrahydrofuran pro ml Katalysator pro Stunde durchzuführen. Die Belastung kann jedoch noch gesteigert werden.load of about 0.2 to 0.5 g of tetrahydrofuran per ml of catalyst per hour. The load however, it can still be increased.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sehr hohe Ausbeuten erreicht. Es ist nicht mehr notwendig, dazu Schwefelwasserstoff in großem Überschuß zu verwenden, der nach Beendigung der Reaktion abgetrennt werden muß. Es entfällt so auch der Zwang, größere Mengen Schwefelwasserstoffgas im Kreislauf zu führen. Dies bedeutet eine große verfahrenstechnische Vereinfachung und einen geringeren Energieaufwand.Very high yields are achieved in the process according to the invention. It is no longer necessary, to use hydrogen sulfide in large excess after the end of the reaction must be separated. This also eliminates the need to use larger amounts of hydrogen sulfide gas to lead in the cycle. This means a great procedural simplification and a smaller one Energy expenditure.
Der angewandte Katalysator ist äußerst einfach herzustellen; es ist nicht notwendig, Heteropolysäuren zu synthetisieren. Der Katalysator hat eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer.The catalyst used is extremely easy to manufacture; it is not necessary to have heteropolyacids to synthesize. The catalytic converter has a practically unlimited life.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem sehr reinen Produkt. Nebenprodukte entstehen nur in äußerst geringen Mengen.The inventive method leads to a very pure product. By-products are only created in extremely small quantities.
Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated in more detail below by means of examples.
56 g gekörntes Aluminiumoxid (2 mm) wurden mit 10 ml Wasserglaslösung getränkt. Das Gemisch wurde »5 anschließend in einem Rotationsverdampfer bei 150° C Badtemperatur getrocknet. Danach wurde der Katalysator 2 Stunden unter Luftzutritt auf 300° C erhitzt.56 g of granulated aluminum oxide (2 mm) were soaked with 10 ml of water glass solution. The mixture was »5 then dried in a rotary evaporator at a bath temperature of 150 ° C. After that, the Catalyst heated to 300 ° C. for 2 hours with ingress of air.
Der fertige Katalysator wurde sodann in ein 550 mm langes Glasrohr mit einer lichten Weite von 20 mm eingefüllt, welches am unteren Ende ein 5 mm weites und 150 mm langes Ableitungsrohr und am oberen Ende eine Normschliffhülse (NS 29) trug und im unteren Teil einen 5 cm hohen Stopfen aus Glaswolle enthielt. Das gefüllte Rohr, welches nun 100 ml Katalysator enthielt, wurde in einen 500 mm langen Röhrenofen mit einer Temperaturmeßstelle im mittleren Teil des Ofens eingebracht. D&s Ableitungsrohr am unteren Ende des Reaktionsrohres wurde mit einem Schlangenkühler und einer Vorlage versehen. Am oberen Ende des Reaktionsrohres wurde ein Aufsatz angebracht, in den ein Tropftrichter und ein Gaseinleitungsrohr mündeten.The finished catalyst was then placed in a 550 mm long glass tube with a clearance of 20 mm filled, which at the lower end a 5 mm wide and 150 mm long drainage pipe and a standard ground joint (NS 29) at the upper end and a 5 cm high stopper in the lower part Contained glass wool. The filled tube, which now contained 100 ml of catalyst, was in a 500 mm long tube furnace with a temperature measuring point in the middle part of the furnace. D & s drainage pipe at the lower end of the reaction tube was provided with a coil cooler and a receiver. At the upper end of the reaction tube an attachment was attached into which a dropping funnel and a Gas inlet pipe opened.
Während des Erhitzens des Ofens auf 410° C wurde die gesamte Vorrichtung mit Stickstoff gespült. Nach Erreichen der Ofentemperatur wurde der Stickstoffstrom auf ca. 1 Blass/sec gedrosselt und die beiden Reaktionspartner im molaren Verhältnis 1 : 1 in das Reaktionsrohr eindosiert. Tetrahydrofuran wurde aus dem Tropftrichter in einer Menge von 0,5 Mol/h zugeführt, während der Schwefelwasserstoffstrom mit einem Rotamesser kontrolliert und ebenfalls in das obere Ende des Reaktionsrohres eingeleitet wurde.While heating the oven to 410 ° C, the entire device was purged with nitrogen. After reaching the oven temperature, the nitrogen flow was throttled to about 1 pas / sec and the two Reactant metered into the reaction tube in a molar ratio of 1: 1. Was tetrahydrofuran fed from the dropping funnel in an amount of 0.5 mol / h, while the hydrogen sulfide stream with controlled by a rotameter and also introduced into the upper end of the reaction tube.
Während der Reaktion sammelten sich in der Vorlage Wasser und Tetrahydrothiophen in zwei Schichten. Die Ausbeute an Tetrahydrothiophen betrug 96,7 °/o.During the reaction, water and tetrahydrothiophene collected in the receiver in two layers. The yield of tetrahydrothiophene was 96.7%.
In der folgenden Tabelle sind weitere Versuchsergebnisse zusammengefaßt. Es wurde die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung sowie die gleiche Katalysatormenge verwendet:Further test results are summarized in the following table. It became the one in example 1 and the same amount of catalyst is used:
verbindungen
THF H2S
(Mol/h) (Mol/h)Throughput at output
links
THF H 2 S
(Mol / h) (mol / h)
ratur
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rature
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