DE19622840A1 - Verfahren zum Ausführen einer kontinuierlichen Reaktion mit wenigstens einer flüssigen Phase und wenigstens einem festen Katalysator in einer pulsierenden Kolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer kontinuierlichen Reaktion mit wenigstens einer flüssigen Phase und wenigstens einem festen Reaktionskatalysator in einer pulsierenden Kolonne, genauer gesagt ein Verfahren zum kontinuierlichen und gleichzeitigen Inkontaktbringen wenigstens einer flüssigen Reaktionsphase, die wenigstens eine Ausgangsverbindung aufweist, mit wenigstens zwei festen Phasen, die wenigstens einen festen Reaktionskatalysator und wenigstens eine feste Extraktionsverbindung umfassen, abgetrennt durch Absorption einer Ausgangsverbindung oder eines Endproduktes oder eines Zwischenproduktes oder eines Reaktions-Nebenproduktes.

Die chemischen Reaktionen in flüssiger Phase und heterogener Katalyse können in Mehr-Kontakt-Reaktoren durchgeführt werden. WO 92/10486 beschreibt z. B. ein Verfahren zum Herstellen von Hydroxymethyl-5-Furfural (HMF) durch heterogene Katalyse in Flüssig-Flüssig-Extraktionsreaktoren, die pulsierende Kolonnen sein können (colonnes puls´es).

Die pulsierenden Kolonnen sind vertikale Extraktions- oder Separationskolonnen mit horizontalen Platten, in welchen im allgemeinen wenigstens eine feste Phase von oben nach unten durch Schwerkraft umgewälzt wird, und wenigstens eine flüssige Phase im Gleichstrom oder Gegenstrom. Eine pulsierende Kolonne umfaßt eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten von Pulsationen flüssiger Phasen in der Kolonne durch entsprechende Einsätze hindurch. Es ist bekannt, daß die Amplitude und die Frequenz der Pulsationen oder Schwingungen in Abhängigkeit von der jeweils gewünschten Aufenthaltsdauer bezüglich verschiedener Phasen in der Kolonne eingestellt werden können.

Das Dokument "Pulsed perforated-plate columns", D.H. Logsdail, M.J. Slater, Handbook of solvent Extraction, Teh c/o, Malcolm H.I. Baird, Carl Hanson, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley and Sons, beschreibt das Grundprinzip pulsierender Kolonnen.

In diesem Zusammenhang wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, das es erlaubt, in sehr präziser Weise die Umwandlungsausbeute der Reaktion sowie die Selektivität der Produktion wenigstens eines Endproduktes oder Zwischenproduktes der Reaktion zu kontrollieren.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das es erlaubt, eine höhere Produktivität (Ausstoß) zu erreichen, kompatibel mit den Umweltanforderungen, wobei wenig oder keine schädlichen oder giftigen Abwasser anfallen, ferner sollen die Herstellungskosten der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Anlage gesenkt werden, und die Anlage soll auch unbeachtet ihrer Größe und ihrer Kapazität rentabel arbeiten, so daß eine größere Vielfalt von Ausgangsprodukten einsetzbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll weiterhin bei höheren Temperaturen durchführbar sein, bei kürzeren Verweilzeiten sowie bei höheren Konzentrationen der Ausgangsprodukte der flüssigen Reaktionsphase.

Außerdem soll die Erfindung ein Verfahren angeben, das es erlaubt, die Umwälzung der flüssigen Reaktionsphase bzw. -phasen mehrerer gleichzeitiger chemischer Operationen in einem einzigen Verfahrensschritt durchzuführen, wie die Reaktion bzw. die Reaktionen, die Extraktion bzw. die Extraktionen, die Separation bzw. die Separationen, und andere. Die Erfindung soll u. a. ein solches Verfahren angeben, mit welchem die Schritte des Trennens und der Extraktion kontinuierlich und bequemer, schneller und kostengünstiger ausführbar sind, wie beim Stande der Technik.

Insbesondere soll die Erfindung ein Verfahren vorschlagen, mit dem kontinuierlich und gleichzeitig wenigstens eine zuckrige flüssige Lösung mit wenigstens zwei festen Phasen in Kontakt gebracht werden können, nämlich wenigstens ein fester heterogener Katalysator und wenigstens eine feste selektive Extraktionsverbindung.

Zu diesem Zweck soll die Erfindung gleichermaßen ein Verfahren angeben, das durchgeführt werden kann ausgehend von einer nicht kristallisierten Zuckerlösung, die stark konzentriert ist und die eine Anlage geringen Volumens erfordert, wobei eine oder mehrere Reaktionen bei hoher Temperatur kontinuierlich und bei geringer Verweildauer der Reaktionslösung in der Anlage möglich ist.

Insbesondere soll die Erfindung ein Verfahren vorschlagen, mit dem kontinuierlich und gleichzeitig wenigstens eine Zuckerlösung in Kontakt gebracht werden kann, zur Durchführung chemischer Umwandlungsreaktionen des Zuckers, bei niedrigen Reaktionsdauern (insbesondere weniger als zwei Stunden), bei hohen Ausbeuten der Umwandlung, und bei genauer Kontrolle der Selektivität der Reinheit der Endprodukte.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die feste Verbindung, die im Gegenstrom umläuft, besteht somit aus wenigstens einer festen Phase zusätzlich zu jener bzw. jenen, die mittels des Katalysators bzw. der Katalysatoren gebildet wird bzw. werden.

Die feste Verbindung gemäß der Erfindung, die im Gegenstrom umgewälzt wird, ist eine feste Extraktionsverbindung, getrennt durch Absorption (physikalisch oder chemisch) von einer Ausgangsverbindung oder einem Endprodukt oder Zwischenprodukten oder einem Nebenprodukt der chemischen Reaktion, die in der pulsierenden Kolonne durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, mit dem kontinuierlich und gleichzeitig wenigstens eine flüssige Reaktionsphase in Kontakt gebracht wird, die wenigstens eine Ausgangsverbindung enthält, mit wenigstens zwei festen Phasen, die wenigstens einen festen Reaktionskatalysator enthalten, ferner wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion durch Absorption (physikalisch oder chemisch) einer Ausgangsverbindung oder eines Endproduktes oder eines Zwischenproduktes oder eines Nebenproduktes der Reaktion.

Zweckmäßigerweise wird gemäß der Erfindung wenigstens ein fester Katalysator in Pulverform wenigstens einer flüssigen Reaktionsphase zugeführt vor dem Einführen des Gemisches, das aus der pulsierenden Kolonne erhalten wird, sodann wird der feste Katalysator im Gleichstrom mit der flüssigen Reaktionsphase umgewälzt. Sodann werden die Amplitude und die Frequenz der Pulsationen der pulsierenden Kolonne eingestellt, so daß der feste Katalysator in einer festen Suspension in der Flüssigphase der Reaktion umgewälzt wird. Jeder in Suspension befindliche Katalysator wird in der flüssigen Reaktionsphase zurückgewonnen, nach dem Durchgang durch die pulsierende Kolonne, und zwar durch Filtern des aus der pulsierenden Kolonne extrahierten Gemisches.

Gemäß der Erfindung sind die Teilchen der festen Verbindung selektiver Extraktion Vollzylinder oder Hohlzylinder oder Kugeln, deren Durchmesser das Zehnfache des Durchmessers der größten Partikel des pulverförmigen Katalysators beträgt, der in Suspension im Gegenstrom in der flüssigen Phase umgewälzt wird. Die Teilchen der festen Verbindung selektiver Extraktion haben am besten solche Abmessungen, daß der Durchmesser der Kugel eines äquivalenten Volumens größer als 0,2 mm ist, aber bis zu mehreren Millimetern betragen kann.

Vorteilhafterweise ist gemäß der Erfindung wenigstens ein fester Katalysator ein Tectosilicat oder ein Argil, aufbereitet zum Katalysieren der Reaktion, insbesondere ein Zeolith, sowie wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion und ein Tectosilicat oder ein Argil, insbesondere ein Zeolith oder Aluminium.

Gemäß der Erfindung wird am besten wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion eingesetzt, geeignet zum Absorbieren eines Reaktionsproduktes; dieses Reaktionsprodukt wird dadurch wiedergewonnen, daß die feste Verbindung kontinuierlich in einem weiteren Verfahrensschritt extrahiert wird, insbesondere während eines Verfahrensschrittes der Desorption mittels Durchganges durch wenigstens eine Etage der pulsierenden Extraktionskolonne.

Gemäß der Erfindung läßt sich auch wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion eines unerwünschten Nebenproduktes der Reaktion verwenden; die feste Verbindung, die aus der pulsierenden Kolonne durch Kalzinierung gewonnene feste Verbindung wird kontinuierlich regeneriert, sodann werden die Teilchen der festen Verbindung am Eingang der pulsierenden Kolonne kontinuierlich rezykliert.

Gemäß der Erfindung kann man wenigstens einen festen Katalysator regenerieren, gewonnen nach dem Durchgang durch eine pulsierende Kolonne; sodann kann man kontinuierlich diesen festen Katalysator am Eingang einer pulsierenden Kolonne wieder einführen.

Gemäß der Erfindung läßt man wenigstens einen festen Katalysator von oben nach unten in der pulsierenden Kolonne umlaufen, und zwar im Gegenstrom zu jeder flüssigen Reaktionsphase; dieser feste Katalysator wird bei einer unterschiedlichen Granulometrie als jener einer jeden festen Verbindung selektiver Extraktion verwendet, derart, daß das Gemisch des festen Katalysators und der festen Verbindung selektiver Extraktion durch Filtern getrennt wird.

Entweder als Variante oder in Kombination läßt man kontinuierlich in der pulsierenden Kolonne gemäß der Erfindung eine flüssige Extraktionsphase umwälzen, derart gewählt, daß diese mit jeder flüssigen Reaktionsphase nicht mischbar ist, und um eine oder mehrere chemische Verbindungen selektiv zu lösen und zu extrahieren, insbesondere ein oder mehrerer Endprodukte oder Zwischenprodukte der Reaktion.

Gemäß der Erfindung ist die flüssige Reaktionsphase vorteilhafterweise eine Zuckerlösung, insbesondere eine Zuckerlösung mit einer Ausgangs- Zuckerkonzentration von 200 g/l: Die pulsierende Kolonne wird sodann auf eine Temperatur gebracht, die über 75°C liegt, insbesondere zwischen 80 und 200°C.

Die Erfindung betrifft u. a. ein Verfahren, das in Kombination alle oder einen Teil der obenstehenden oder nachstehenden Merkmale beinhaltet.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage zum Durchführen einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage weist eine erste pulsierende Kolonne 1 auf, in welcher eine Umwandlungsreaktion einer flüssigen Reaktionslösung durchgeführt wird, die an einem Einlaß 2 eingeführt wird, um ein Endprodukt am Auslaß 3 der Anlage zu erhalten. Die Anlage weist außerdem eine zweite pulsierende Kolonne 4 zum Extrahieren des Endproduktes auf, stromabwärts der ersten pulsierenden Reaktionskolonne 1 angeordnet.

Die pulsierenden Kolonnen sind bekannte vertikale Mehr-Kontakt- Vorrichtungen, in welchen mittels einer geeigneten Vorrichtung 28 Schwingungen flüssiger Phasen eingeleitet werden können. Die pulsierenden Kolonnen 1 und 4 sind beispielsweise von jener Bauart, die mit Scheiben und Kränzen ausgestattet sind.

Es wird wenigstens ein fester Katalysator in Pulverform in einen Mischer 5 der flüssigen Reaktionslösung zugeführt, vor deren Einleitung in die pulsierende Kolonne 1. Das Gemisch wird am Einlaß 10 in einen mittleren oder unteren Teil der pulsierenden Kolonne 1 eingeleitet. Es strömt im Inneren der pulsierenden Kolonne 1 von oben nach unten.

Amplitude und Frequenz der Schwingungen der pulsierenden Kolonne 1 werden derart eingestellt und gesteuert, daß der pulverförmige feste Katalysator in einer festen Suspension in der flüssigen Lösung umläuft, d. h. gleichzeitig mit seinem Durchströmen durch die pulsierende Kolonne 1. Das aus der flüssigen Reaktionslösung und dem in einer festen Suspension dispergierten Katalysator gebildete Gemisch wird an einem Auslaß im oberen Teil 6 der pulsierenden Kolonne wiedergewonnen, und sodann durch ein Filter 7 gegeben, das die feste und die flüssige Phase voneinander trennt. Am Auslaß des Filters 7 kann die feste pulverförmige Phase, die den Katalysator bildet, direkt oder im Verlaufe einer Aufbereitungsstufe 31 (Kalzinierung) wiedergewonnen und dem Mischer 5 am Einlaß der pulsierenden Kolonne 1 zugeführt werden. Die flüssige Phase kann durch eine oder mehrere aufeinanderfolgende Etagen der pulsierenden Reaktionskolonne hindurchgeführt und/oder behandelt werden (Separation, Konzentration, Reinigung usw.) und/oder wenigstens teilweise rezykliert und/oder eliminiert werden.

Im unteren Teil 8 der pulsierenden Kolonne 1 wird kontinuierlich eine geringe Menge Lösungsmittel, insbesondere Wasser, am Einlaß 30 zugegeben.

In der pulsierenden Kolonne 1 werden kontinuierlich im Gegenstrom zur flüssigen Reaktionslösung Teilchen 9 wenigstens einer festen Verbindung selektiver Extraktion zugeführt. Diese Teilchen 9 werden der pulsierenden Kolonne im oberen Teil 6 zugeführt, unmittelbar oberhalb des Auslasses 32 der flüssigen Reaktionslösung. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird gemäß der Erfindung eine feste Verbindung selektiver Extraktion verwendet, bestehend aus einem molekularen Sieb, das das Endprodukt, das man mittels der in der pulsierenden Kolonne 1 durchgeführte Reaktion gewinnen möchte, adsorbiert.

Das Endprodukt wird somit kontinuierlich nach Maßgabe seiner Bildung im Verlaufe des Durchganges der flüssigen Reaktionslösung durch die pulsierende Reaktionskolonne 1 adsorbiert.

Die Teilchen 9 der festen Verbindung selektiver Extraktion werden kontinuierlich durch Schwerkraft von oben nach unten durch die Reaktionskolonne 1 hindurchgesetzt und im unteren Teil 8 dieser Kolonne 1 abgezogen, d. h. unterhalb des Einlasses 10 der flüssigen Reaktionslösung in die pulsierende Kolonne 1. Im unteren Teil 8 der pulsierenden Kolonne 1 sind die Teilchen 9 der festen Verbindung somit mit dem Reaktions-Endprodukt beladen. Die Teilchen 9 der im unteren Teil 8 wiedergewonnen festen Verbindung werden mittels einer hydraulischen Steigvorrichtung einem Sieb 11 zugeführt und sodann im oberen Teil 12 der zweiten pulsierenden Kolonne 4 zugeführt, die eine Extraktionskolonne ist. In dieser Kolonne 4 wird ein flüssiges Lösungsmittel im Gegenstrom zu den Teilchen 9 der festen Verbindung umgewälzt, d. h. von unten nach oben. Dieses Lösungsmittel wird an Einlaß 33 des unteren Teiles 13 der Kolonne 4 zugeführt und dem oberen Teil 12 abgezogen, beladen mit dem Endprodukt, das ausgangs von der festen Verbindung 9 adsorbiert wurde. Am Auslaß 3 wird somit das flüssige Lösungsmittel wiedergewonnen, beladen mit dem Reaktions-Endprodukt hoher Reinheit.

Die Teilchen 9 der festen Verbindung strömen kontinuierlich durch Schwerkraft in der Kolonne 4 von oben nach unten und werden im unteren Teil 13 wiedergewonnen und mittels einer hydraulischen Steigvorrichtung einem Sieb 14 zugeführt, das es ermöglicht, die verbleibende flüssige Phase abzutrennen.

Die Teilchen 9 der festen Verbindung können direkt oder nach einer Regenerationsstufe (Kalzinierung) dem oberen Einlaß 6 der ersten pulsierenden Reaktionskolonne wieder zugeführt werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage beachte man, daß die Teilchen 9 der festen Verbindung durch Schwerkraft von oben nach unten in jeder der pulsierenden Kolonnen 1, 4 strömen. Im Gegensatz hierzu strömt die flüssige Reaktionslösung, gemischt mit dem pulverförmigen Katalysator, in der Reaktionskolonne 1 von unten nach oben. Gemäß einer hier nicht dargestellten Variante kann man auch einen vorgeformten Katalysator verwenden, insbesondere einen solchen, der zu Teilchen extrudiert ist, die von oben nach unten im Gegenstrom zur flüssigen Phase strömen.

Die Teilchen 9 der festen Verbindung selektiver Extraktion sind zylindrische Stäbe, und zwar Hohlzylinder oder Vollzylinder, oder Kugeln, deren Durchmesser größer als das Zehnfache des Durchmessers der größten Partikel des pulverisierten Katalysators ist, der in der pulsierenden Kolonne 1 verwendet wird und sich in Suspension in der flüssigen Reaktionslösung befindet.

Die Teilchen 9 der festen Verbindung haben beispielsweise einen mittleren Durchmesser, der größer ist als 1 mm, und der mehrere Millimeter erreichen kann.

Der feste Katalysator ist beispielsweise pulverförmiges Zeolith, und die Teilchen 9 der festen Verbindung sind aus Teilchen eines adsorbierenden extrudierten Zeoliths gebildet, derart gewählt, daß dieser ein molekulares Filter für wenigstens ein Reaktions-Endprodukt bildet.

Die Temperatur der pulsierenden Reaktionskolonne 1 wird mittels einer geeigneten Vorrichtung gesteuert. Man kann insbesondere verschiedene Temperaturzonen innerhalb der pulsierenden Kolonne 1 bilden, beispielsweise wenigstens eine Temperaturzone, die die Selektivadsorption durch die feste Verbindung begünstigt, und wenigstens eine Temperaturzone, die die Katalyse begünstigt.

Eine derartige, in Fig. 1 dargestellte Anlage kann beispielsweise zur heterogenen Katalyse-Isomerisation von Hexosen dienen, z. B. zur Isomerisation von Aldomexosen (insbesondere von Glukose) zu Ketohexosen (insbesondere zu Fruktose).

Der Katalysator ist somit ein heterogener Katalysator basischer Natur, geeignet zum Katalysieren der Isomerisationsreaktion. Die feste Verbindung selektiver Extraktion wird derart gewählt, um ein molekulares Filter für Hexosen zu bilden, die man erhalten möchte, insbesondere für Ketohexosen (ganz besonders für Fruktose).

Man kann auch eine flüssige Extraktionsphase, die mit flüssigen Reaktionslösungen nicht mischbar und geeignet ist, selektiv ein oder mehrere chemische Verbindungen zu lösen und zu extrahieren, kontinuierlich in der pulsierenden Reaktionskolonne umlaufen lassen, und zwar im Gegenstrom oder im Gleichstrom. So kann man beispielsweise MIBC (Methylisobutylketon) umwälzen, um das HMF-Produkt kontinuierlich zu lösen oder zu extrahieren, oder jedes andere organische, in Wasser nicht lösliche Lösungsmittel.

Bei einer Anlage gemäß Fig. 1 verwendet man beispielsweise einen spezifischen Gesamtdurchsatz von 1 bis 5 l/h/cm².

Bei der Anlage gemäß Fig. 2 umfaßt die pulsierende Reaktionskolonne 15 eine Vorrichtung 28a, die die Schwingungen in den unteren Teil 16 einleitet, in welchen über den Einlaß 26 eine flüssige Reaktionslösung eingeführt wird. Die Reaktionsprodukte werden am unteren Teil 17 aus der pulsierenden Kolonne 15 durch den Auslaß 27 abgezogen.

Die flüssige Reaktionslösung wird vor dem Einleiten in den unteren Teil 16 der pulsierenden Kolonne 15 mit wenigstens einem pulverförmigen heterogenen Katalysator in einem Mischer 18 gemischt. Die flüssige Lösung mit dem in fester Suspension dispergierten Katalysator strömt im Inneren der pulsierenden Kolonne 15 von oben nach unten.

Die flüssige Lösung und der Katalysator werden im oberen Teil abgezogen und mittels eines Filters 19 voneinander getrennt. Der pulverförmige, am Auslaß des Filters 19 wiedergewonnene Katalysator wird in den Mischer 18 eingeführt, und zwar entweder direkt, wenn er noch aktiv ist, oder nach Durchlaufen einer Regenerationsstufe in Gestalt eines Kalzinierungsofens 20.

Außerdem werden Teilchen 21 einer oder mehrerer fester adsorbierender Verbindungen kontinuierlich im oberen Teil 17 der Kolonne 15 zugeführt; diese Teilchen wandern durch Schwerkraft in der Kolonne 15 von oben nach unten. Die Teilchen 21 der festen Verbindung werden am unteren Teil 16 der Kolonne 15 abgezogen.

Die Teilchen 21 der festen adsorbierenden Verbindung liegen beispielsweise in Granulatform vor oder als Zylinder. Sie bilden ein adsorbierendes Molekularfilter eines unerwünschten Nebenproduktes der Reaktion. Die adsorbierende feste Verbindung muß natürlich kompatibel sein mit dem Katalysator, der für die in der pulsierenden Kolonne 15 ausgeführten Reaktion verwendet wird.

Insbesondere darf die adsorbierende feste Verbindung die Acidität oder die Basicität des Katalysators auf keinen Fall neutralisieren. Die Teilchen 21 der im unteren Teil 16 der Kolonne 15 rückgewonnenen adsorbierenden festen Verbindung werden mittels einer Vorrichtung, die eine hydraulische Steigförderung erzeugt, bis zu einem Filter 22 transportiert, der es ermöglicht, die Teilchen 21 der festen Verbindung von der verbleibenden flüssigen Phase abzutrennen. Die Teilchen 21 werden sodann in einen Kalzinierungsofen 23 eingeführt, in welchem die adsorbierende Verbindung 21 bzw. die adsorbierenden Verbindungen regeneriert werden, wobei die in den Poren der Teilchen 21 der adsorbierenden Verbindung eingefangenen Produkte verbrannt werden.

Am Auslaß des Kalzinierungsofens 23 werden die Teilchen 21 der adsorbierenden festen Verbindung abgenommen und kontinuierlich dem oberen Teil 17 der Kolonne 15 zugeführt. Man erhält die in Lösung befindlichen Reaktionsprodukte am Auslaß 24 des Filters 19 nach dem Abtrennen der festen Phase, die aus dem Katalysator gebildet ist.

Man beachte, daß eine solche Vorrichtung extrem einfach im Aufbau und im Betrieb ist. Die Temperatur im Inneren der pulsierenden Kolonne 15 kann eingestellt und eingeregelt werden. Die Gewichtsverhältnisse, die Durchsätze und die Umwälzgeschwindigkeiten der Ausgangslösung des oder der Katalysatoren und der adsorbierenden Verbindungen werden derart eingestellt, daß die Umwandlungen und/oder die Selektivitäten, so wie gewünscht, optimiert werden.

Eine derartige Anlage kann beispielsweise zur Hydrolyse von zusammengesetzten und einfachen Zuckern verwendet werden. Man verwendet vorteilhafterweise beispielsweise einen Katalysator, ein Zeolith Y in protonischer pulvriger Form, frisch rekalziniert und sauer und beispielsweise als Feststoff selektiver Extraktion ein Zeolith Y in protonischer, extrudierter Form als Granulat oder in Zylinderform. Bei dieser Anlage kann man die Reaktionstemperatur zwischen 80 und 85°C halten, und man kann eine flüssige Ausgangslösung verwenden, vorzugsweise eine wäßrige Lösung, stark mit zusammengesetzten Zuckern konzentriert. Die adsorbierende Verbindung wird beispielsweise derart ausgewählt, um die Hydrolyse- Rückstände zu adsorbieren, insbesondere Hydroxymethylfurfural (HMF). Als Variante oder in Kombination kann man aber auch ein mit der Lösung nicht mischbares Lösungsmittel umwälzen. So kann man beispielsweise MIBC umwälzen, geeignet zum Extrahieren von nicht-adsorbiertem HMF.

Die Anlage gemäß Fig. 2 läßt sich aber auch benutzen zum Herstellen einer reinen Glukose- oder Fruktose-Lösung, ausgehend von einer flüssigen Lösung aus Saccarose in Anwesenheit eines festen mikroporischen Katalysators und eines selektiven Adsorptionsmittels von Nebenprodukten wie HMF und anderen gefärbten Produkten.

Die Variante gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 2 einzig und alleine dadurch, daß der Katalysator nicht im Gleichstrom mit der flüssigen Ausgangslösung geführt wird, sondern im Gegenstrom zu der adsorbierenden Verbindung 21 strömt. Der feste Katalysator 25 liegt nicht in pulveriger Form vor, sondern in Form von Granulat und/oder von Kügelchen und/oder von Zylindern, um durch Schwerkraft durch die pulsierende Kolonne 15 strömen zu können, und zwar von deren oberem Teil 17 zu deren unterem Teil 16. Der heterogene Katalysator 25 wird mit den Teilchen 21 der adsorbierenden Verbindung am unteren Teil 16 der Kolonne 15 wiedergewonnen, sodann mittels der hydraulischen Steigvorrichtung zum Sieb 22 transportiert, was bei dieser Variante ein Doppelsieb ist, welches es erlaubt, die Kügelchen und/oder das Granulat und/oder die Zylinder 25 des festen Katalysators von dem Granulat und/oder den Zylindern 31 der adsorbierenden Verbindung abzutrennen. Um dies durchzuführen, ist die Granulometrie des festen Katalysators 25 verschieden von jener der adsorbierenden Verbindung 21. Im dargestellten Beispiel hat der feste Katalysator eine Granulometrie, die kleiner als jene der adsorbierenden Verbindung 21 ist.

Am Auslaß des Siebes 22 werden die Teile 25 des festen Katalysators direkt in den unteren Teil 17 der Kolonne 15 wieder eingeführt, falls sie noch aktiv sind, oder mittels eines Kalzinierungsofens 20 regeneriert, bevor sie wieder dem oberen Teil 17 der Kolonne 15 zugeführt werden. Die Teilchen 21 der adsorbierenden Verbindung folgen demselben Kreislauf wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben.

Die flüssige Lösung der Ausgangsreaktion wird am Einlaß 21 unmittelbar dem unteren Teil 16 der Kolonne 15 zugeführt und strömt dann von unten nach oben. Am oberen Teil 17 wird die flüssige Lösung, die der Reaktion unterzogen wurde, direkt am Auslaß 27 zurückgewonnen. Bei dieser Variante beachte man, daß die Operationen gemäß Fig. 2 des Mischens im Mischer 18 sowie des Filterns in Fig. 19 entfallen.

Auch diese Anlage kann dazu verwendet werden, um eine wäßrige Lösung von zusammengesetzten Zuckern in eine reine wäßrige Lösung von einfachen Zuckern umzuwandeln, ausgenommen HMF.

Die Anlage gemäß Fig. 3 kann auch dazu verwendet werden, um beispielsweise eine Lösung von reiner Ketohexose herzustellen, ausgehend von einer Lösung enthaltend wenigstens eine Aldohexose oder ein Osid, geeignet zum Herstellen wenigstens einer Aldohexose, und zwar in Anwesenheit wenigstens eines festen mikroporigen Katalysators und eines selektiven Adsorptionsmittels für Aldohexosen.

Claims (18)

1. Verfahren zum Durchführen einer kontinuierlichen Reaktion mit wenigstens einer flüssigen Reaktionsphase, enthaltend wenigstens eine Ausgangsverbindung und wenigstens einen festen Reaktionskatalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen umgewälzt werden, um in wenigstens einer pulsierenden Reaktionskolonne (1, 15) in Kontakt gebracht zu werden, und daß in wenigstens einer pulsierenden Reaktionskolonne (1, 15) die folgenden Vorgänge stattfinden:
es wird kontinuierlich jede flüssige Reaktionsphase in einem mittleren oder unteren Teil der pulsierenden Kolonne (1, 15) eingeleitet; es wird kontinuierlich jede flüssige Reaktionsphase von unten nach oben durch die pulsierende Kolonne (1, 15) strömen gelassen und jede flüssige Reaktionsphase im oberen Teil (16, 17) der pulsierenden Kolonne (1, 15) abgezogen;
es werden Teilchen (9, 21) wenigstens einer festen Verbindung selektiver Extraktion durch Absorption in die pulsierende Kolonne (1, 15) auf der Höhe oder oberhalb wenigstens eines Auslasses (6, 27) der flüssigen Reaktionsphase in die pulsierende Kolonne (1, 15) eingeführt, kontinuierlich in der pulsierenden Kolonne (1, 15) im Gegenstrom zu jeder flüssigen Reaktionsphase geführt, und aus der pulsierenden Kolonne (1, 15) auf der Höhe oder unterhalb wenigstens eines Einlasses (10, 26) flüssiger Reaktionsphase abgeführt;
es wird kontinuierlich jeder feste Katalysator in der pulsierenden Kolonne (1, 15) im Kontakt mit jeder flüssigen Reaktionsphase kontinuierlich strömen gelassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein fester Katalysator in pulvriger Form mit wenigstens einer flüssigen Reaktionsphase vor dem Einleiten in die pulsierende Kolonne (1, 15) gemischt wird, und daß der feste Katalysator im Gleichstrom mit der flüssigen Reaktionsphase umgewälzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und die Frequenz der Schwingungen der pulsierenden Kolonne (1, 15) eingestellt werden, damit der feste Katalysator in fester Suspension in der flüssigen Reaktionsphase umläuft.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder feste, in Suspension in der flüssigen Reaktionsphase befindliche feste Katalysator durch Filtrierung nach dem Durchgang durch die pulsierende Kolonne (1, 15) wiedergewonnen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der pulsierenden Reaktionskolonne (1, 15) kontinuierlich und gleichzeitig wenigstens eine flüssige Reaktionsphase mit wenigstens einer Ausgangsverbindung in Kontakt gebracht wird mit wenigstens zwei festen Phasen, umfassend wenigstens einen festen Reaktionskatalysator und wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion durch Adsorption eines Endproduktes und eines Zwischenproduktes oder eines Nebenproduktes der Reaktion.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (9, 21) der festen Verbindung selektiver Extraktion Zylinder oder Kügelchen sind, deren Durchmesser größer als das Zehnfache des Durchmessers der größten Katalysatorpartikel ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (9, 21) der festen Verbindung selektiver Extraktion einen mittleren Durchmesser aufweist, der größer als 0,2 mm ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein fester Katalysator ein Tektosilikat oder ein Argil ist, aufbereitet, um die Reaktion zu katalysieren, und daß wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion ein Tektosilikat, ein Argil oder Aluminium ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens ein Zeolith verwendet wird, das extrudiert wurde als feste Verbindung selektiver Extraktion.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion verwendet wird, geeignet zum Adsorbieren eines Reaktionsproduktes, und daß das Produkt gewonnen wird durch kontinuierliches Extrahieren der festen Verbindung in einem anschließenden Verfahrensschritt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Verbindung selektiver Adsorption eines Reaktionsproduktes verwendet wird, und daß das Reaktionsprodukt in einem Desorptionsschritt wiedergewonnen wird durch Durchgang durch wenigstens eine Stufe der pulsierenden Extraktionskolonne (4).

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine feste Verbindung selektiver Extraktion eines unerwünschten Nebenproduktes der Reaktion verwendet wird, daß die aus der pulsierenden Kolonne (1, 15) extrahierte feste Verbindung kontinuierlich durch Kalzinierung regeneriert wird, und daß sodann die feste Verbindung am Einlaß der pulsierenden Kolonne (1, 15) kontinuierlich eingespeist wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein fester Katalysator, der nach dem Durchgang durch eine pulsierende Kolonne wiedergewonnen wird, regeneriert wird, und daß diese sodann kontinuierlich am Einlaß in eine pulsierende Kolonne (1, 15) eingeleitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein fester Katalysator in der pulsierenden Kolonne (15) im Gegenstrom zu jeder flüssigen Reaktionsphase von oben nach unten strömen gelassen wird, und daß dieser feste Katalysator mit einer Granulometrie verwendet wird, die verschieden ist von jener einer jeden festen Verbindung selektiver Extraktion, derart, daß das Gemisch aus dem festen Katalysator und der festen Verbindung selektiver Extraktion durch Filtern oder Sieben abgetrennt werden kann.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der pulsierenden Kolonne (1, 15) eine flüssige Extraktionsphase kontinuierlich umgewälzt wird, derart gewählt, daß diese nicht mischbar ist mit jeder flüssigen Reaktionsphase, und um eine oder mehrere chemische Verbindungen selektiv zu lösen oder zu extrahieren.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Reaktionsphase eine zuckrige Lösung ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zuckrige Ausgangslösung eine Zuckerkonzentration von mehr als 200 g/l aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Reaktionskolonne (1, 15) auf eine Temperatur von über 75°C gebracht wird, insbesondere zwischen 80 und 200°C.