DE2042055A1 - Process for the production of high purity isoprene - Google Patents

Process for the production of high purity isoprene

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DE2042055A1 DE19702042055 DE2042055A DE2042055A1 DE 2042055 A1 DE2042055 A1 DE 2042055A1 DE 19702042055 DE19702042055 DE 19702042055 DE 2042055 A DE2042055 A DE 2042055A DE 2042055 A1 DE2042055 A1 DE 2042055A1
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Description

2042055 FARBENFABRIKEN BAYER AG 2042055 FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVE RKUSEN- Bayerwerk Patent-AbteilungLEVE RKUSEN- Bayerwerk patent department

Dä/Rö 2%Aug, 1970Dä / Rö 2% Aug, 1970

Verfahren zur Herstellung von hochreinem IsoprenProcess for the production of high purity isoprene

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Isopren sowie die dazu benutzte Vorrichtung«The invention relates to a process for the production of high-purity isoprene and the device used for this purpose.

Es ist bekannt, 4,4-Dimethyl-1,3-dioxan gegebenenfalls zusammen mit den bei seiner Herstellung gebildeten Nebenprodukten in Gegenwart von Phosphorsäure oder phosphathaltigen Katalysatoren zu Isopren, Formaldehyd und Wasser zu spalten.It is known to use 4,4-dimethyl-1,3-dioxane if necessary together with the by-products formed during its production in the presence of phosphoric acid or phosphate-containing Catalysts split into isoprene, formaldehyde and water.

Bevorzugte Ausführungsformen für den Spaltreaktor sind entweder ein Festbettreaktor (O.B. Litvin, K.S. Solov'en, K,A. Jakovlev, Z. vses. chim. Obsc. 14, (1969) Nr. 3, S. 313-319} DAS 12711o6), ein Wanderbettreaktor (F. Coussement und M. Hellin in Erdöl und Kohle, Erdgas, Petrochemie 15, 274-282 (1962) oder ein Wirbelbettreaktor (BeIg. Patentschrift 735 564, HoIl. O.S. 69o94o8).Preferred embodiments for the cleavage reactor are either a fixed bed reactor (O.B. Litvin, K.S. Solov'en, K, A. Jakovlev, Z. vses. chim. Obsc. 14, (1969) No. 3, S. 313-319} DAS 12711o6), a moving bed reactor (F. Coussement and M. Hellin in petroleum and coal, natural gas, Petrochemie 15, 274-282 (1962) or a fluidized bed reactor (Acc. Patent 735,564, HoIl. O.S. 69o94o8).

Beim Arbeiten im Festbett oder im Wanderbett ist es erforderlich, das Einsatzprodukt dampfförmig und möglichst vordestilliert in den Reaktor einzusetzen und die für die Reaktion erforderliche Wärme durch Zugabe von überhitztemWhen working in a fixed bed or in a moving bed, it is necessary to use the product in vapor form and if possible to be used pre-distilled in the reactor and the heat required for the reaction by adding superheated

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Dampf oder durch in den Reaktor in bekannter Weise eingebaute WärmeZuführungen, wie Mantelheizungen oder Heizrohre, einzubringen. Gleichzeitig muß man, um eine hohe Lebensdauer des Katalysators zu erzielen, die Koksbildung durch Zugabe von hohen Inertgasüberschüssen (Wasserdampf oder Stickstoff) unterdrücken (vergl. Deutsche Auslegeschrift I27II06.Steam or by means of heat supplies built into the reactor in a known manner, such as jacket heaters or heating pipes, bring in. At the same time, in order to achieve a long service life for the catalyst, the formation of coke must be carried out Suppress the addition of large excesses of inert gas (water vapor or nitrogen) (see German Auslegeschrift I27II06.

Diese Maßnahmen erfordern große Wasserdampfmengen, die nach der Reaktion kondensiert werden und als Schmutzwasser das Verfahren zusätzlich mit erheblichen Aufarbeitungskosten belasten. Da das gesamte Einsatzprodukt destilliert und vorverdampft werden muß, sind die Energiekosten beträchtlich. These measures require large amounts of water vapor that after the reaction are condensed and, as waste water, the process also entails considerable work-up costs burden. Since the entire feed must be distilled and pre-evaporated, the energy costs are considerable.

Beim Arbeiten im Wirbelbett mit einer kontinuierlichen Regeneration und Reaktivierung des Katalysators kann man dagegen einen höheren Verkokungsgrad auf dem Katalysator zulassen und damit den Dampfbedarf des Reaktors erheblich absenken. Außerdem kann man nach der in der BeIg. Patentschrift 735 564 beschriebenen Arbeitsweise auf eine Destillation des Einsatzproduktes verzichten und das rohe Dioxangemisch, wie es bei der Herstellung aus Formaldehyd und isobutenhaltigen C^-Schnitten nach Abtrennung der C^-Kohlenwasserstoffe erhalten wird, flüssig in den Reaktor einspeisen. Diese Einspeisung erfolgt zweckmäßigerweise oberhalb der Wasserdampfzuführung (vgl. DAS 1192186). Durch diese Maßnahme nutzt man den Strippeffekt (Abstreifen von enthaftbaren organischen Bestandteilen) des Dampfes aus, um zu verhindern, daß Spaltprodukte mit dem von oben nach unten durch den Reaktor geführten Wärmeträger aus dem Reaktor ausgetragen werden.When working in a fluidized bed with continuous regeneration and reactivation of the catalyst, on the other hand, a higher degree of coking can be allowed on the catalyst and thus considerably lower the steam requirement of the reactor. In addition, after the in the BeIg. Patent specification 735 564 described procedure to dispense with a distillation of the feedstock and the crude Dioxane mixture, as is the case in the production from formaldehyde and isobutene-containing C ^ cuts after separation of the C ^ hydrocarbons are obtained in liquid form in the reactor feed in. This feed is expediently above the steam supply (cf. DAS 1192186). By this measure uses the stripping effect (stripping of removable organic components) of the steam, in order to prevent cleavage products with the heat transfer medium passed through the reactor from top to bottom from the Reactor to be discharged.

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Diese versetzte Anordnung von Dampf und Produktzuführungen ist auch bei dem Verfahren, das in der BeIg. Patentschrift 735 564 beschrieben wird, von Vorteil, da ohne den Stirppeffekt des Dampfes im unteren Teil der Reaktor schnell von Toträumen am Boden des Reaktors aus mit Polymerisaten und verkokten Produkten zuwächst und keine Kreislaufführung mehr möglich ist. Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist es, daß man bei der Zuführung des im Kreislauf geführten heißen, regenerierten Katalysators mit der zulässigen Temperatur auf Werte beschränkt ist, die nicht wesentlich oberhalb der Reaktionstemperatür von 25o - 3oo°C liegen dürfen, da man sonst eine verstärkte Koks- und Nebenproduktbildung (für die Polymerisation unerwünschte iso-Pentene, die destillativ nicht vom Isopren getrennt werden können) erhält. Da der Koks hingegen bei Temperaturen oberhalb 5oo°C abgebrannt werden muß, kann ein Spaltsystem unter Anwendung eines Wirbelbettes nur unter erheblichen Ausbeuteverlusten betrieben werden.This staggered arrangement of steam and product feeds is also used in the method described in the appendix. Patent specification 735 564 is described, of advantage, since without the streaking effect of the steam in the lower part of the reactor quickly from Dead spaces at the bottom of the reactor from growing with polymers and coked products and no more circulation is possible. The disadvantage of this method of operation is that when adding the circulating hot, regenerated catalyst with the permissible temperature is limited to values that are not significantly above the reaction temperature of 25o - 300 ° C may be, since Otherwise there is an increased formation of coke and by-products (iso-pentenes which are undesirable for the polymerization, which are distillative cannot be separated from the isoprene). Since the coke, on the other hand, burned down at temperatures above 500 ° C must be, a cracking system using a fluidized bed can only be achieved with considerable yield losses operate.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man hochreines Isopren in gute Ausbeute durch Spaltung von 4,4-Dimethyl-1,3-dioxan in Gegenwart von Phosphorsäure oder phosphathaltigen Katalysatoren bei erhöhter Temperatur erhält, wenn man einen zwischen einem Regenerator und einem zweistufigen Reaktor in kontinuierlichem Kreislauf geführten Phosphorsäure oder saure Phosphate enthaltenden Katalysator zur Einbringung der für die Spaltung erforderlichen Wärme mit 5oo - 7oo°C in eine erste Stufe des Reaktors einbringt, dort mit Wasserdampf im Wirbelzustand hält und mit bereits im Reaktor befindlichem Katalysator auf die Spalttemperatur von 2oo - 4oo°C vormischt bzw. abkühlt und anschließend rohes 4,4-Dimethyl-m-dioxan in die darüber befindlicheIt has now been found, surprisingly, that highly pure Isoprene in good yield from the cleavage of 4,4-dimethyl-1,3-dioxane in the presence of phosphoric acid or phosphate-containing catalysts at elevated temperature obtained when a continuous cycle is carried out between a regenerator and a two-stage reactor Catalyst containing phosphoric acid or acidic phosphates for introducing the heat required for the cleavage at 5oo - 7oo ° C in a first stage of the reactor, holds there with water vapor in the fluidized state and with already The catalyst located in the reactor is premixed or cooled to the cracking temperature of 2oo - 4oo ° C and then crude 4,4-dimethyl-m-dioxane in the one above

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zweite Wirbelzone einspeist.feeds second vortex zone.

Bevorzugt wird die Spaltung bei 25o - 35o°C ausgeführt.The cleavage is preferably carried out at 25 ° -35 ° C.

Erflndungsgeiafiß känii man also r&hsa 4,4-Dimethyl-m-dioxan bei einer Temperatur von 2oo - 4oo, vorzugsweise 25o - 35o°C spalten, wobei man die Reaktionswärme mit dem auf 5oo 7oo'JC durch Abbrennen der Polymerisate erhitzten Katalysator zuführt. Durch Verwendung eines zweistufigen Reaktors werden Nebenreaktionen durch Überhitzen des Einsatz- oder Endproduktes vermieden. Der in der ersten Wirbelbettzone abgekühlte Katalysator bewirkt die sehr selektive Spaltung des Einsatzproduktes zu Isopren. Vorzugsweise spritzt man mit einer Düsen-Vorrichtung oberhalb der ersten Reaktorstufe rohes 4,4-Dimethyl-1,3-dioxan zusammen mit den bei seiner Herstellung aus Isobuten und Formaldehyd in Gegenwart saurer Katalysatoren in geringen Mengen gebildeten Nebenprodukten, wie z.B. tert.-Butanol, 3-Methylbuten-3-01-1, 3-Methylbuten-2-ol-1, 3-Methylbuten-1-ol-i, 3-Methylbutendiol-1, und anderen enolischen oder glykolartigen Verbindungen, höhersiedenden Kondensationsprodukten des 4,4-Dimethyl-1,3-dioxans mit Formaldehyd, die zum Teil als wasserlösliche Polyglykole oder Alkohole vorliegen und beispielsweise durch Eindampfung der wässrigen Phase isoliert werden, ein.Erflndungsgeiafiß so one känii r & hsa 4,4-dimethyl-m-dioxane at a temperature of 2oo - 4oo, preferably 25o - 35o ° C columns, supplying the heat of reaction with the at 5oo 7oo 'J C heated by burning of the polymers catalyst. By using a two-stage reactor, side reactions caused by overheating of the input or end product are avoided. The catalyst cooled in the first fluidized bed zone causes the very selective cleavage of the feedstock to isoprene. Crude 4,4-dimethyl-1,3-dioxane is preferably sprayed with a nozzle device above the first reactor stage together with the by-products formed in small amounts during its preparation from isobutene and formaldehyde in the presence of acidic catalysts, such as tert-butanol , 3-methylbutene-3-01-1, 3-methylbuten-2-ol-1, 3-methylbuten-1-ol-i, 3-methylbutenediol-1, and other enolic or glycol-like compounds, higher-boiling condensation products of 4,4 -Dimethyl-1,3-dioxane with formaldehyde, some of which are present as water-soluble polyglycols or alcohols and are isolated, for example, by evaporation of the aqueous phase.

Die Zusammensetzung des für das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung findenden Rohdioxans ist nicht kritisch. So können z.B. Rohprodukte Verwendung finden wie sie gemäß Deutscher Auslegeschrift 1233 88o und Belgischer Patentschrift 7o8 799 erhalten werden. Das Rohdioxan kann der Spaltungszone sowohl gasförmig als auch flüssig zugeführt werden.The composition of the crude dioxane used for the process according to the invention is not critical. For example, raw products such as those obtained according to German Auslegeschrift 1233 88o and Belgian patent specification 708 799 can be used. The crude dioxane can be fed to the cleavage zone in either gaseous or liquid form.

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Die Verdampfung der flüssigen Einsatzprodukte erfolgt dann erst im Reaktor. Zur Einführung der Reaktionswärme wird vorzugsweise der Katalysatorkreislauf zwischen Regenerator und dem zweistufigen Reaktor so eingestellt, daß die gesamte für Verdampfung, Überhitzung und Spaltung der Einsatzprodukte benötigte Wärme mit dem Katalysator bei einer Temperatur des einlaufenden Katalysators von 5oo - 7oo°C eingebracht wird. Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Katalysator und Reaktionsprodukte im Gleichstrom von unten nach oben durch die beiden Reaktionsstufen geführt. Die bevorzugte Verweilzeit liegt für die Spaltprodukte zwischen o,5 - 3 Sek.The evaporation of the liquid feedstock then only takes place in the reactor. To introduce the heat of reaction preferably the catalyst circuit between the regenerator and the two-stage reactor adjusted so that the entire heat required for evaporation, superheating and cleavage of the feedstock with the catalyst at one temperature of the incoming catalyst of 500 - 700 ° C is introduced. Preferably in the invention Process Catalyst and reaction products passed cocurrently from bottom to top through the two reaction stages. The preferred residence time for the cleavage products is between 0.5 - 3 seconds.

Der Katalysator hat vorzugsweise einen mittleren Korndurchmesser von o,2 - 3,o mm. Die während der Reaktion auf dem Katalysator als koksförmige Produkte abgelagerten Polymerisate werden vorzugsweise in einem Regenrator bei Temperaturen von 5oo - 7oo°C in üblicher Weise im Wirbelbett mit einem sauerstoffüberschußhaltigen Heizgas abgebrannt.,The catalyst preferably has an average grain diameter of 0.2-3.0 mm. The during the reaction on the Polymers deposited as coke-shaped products are preferably stored in a regenerator at temperatures burned from 500 - 700 ° C in the usual way in a fluidized bed with an oxygen excess containing heating gas.,

Bei Durchführung der Spaltreaktion in der erfindungsgemäßen Weise ergibt sich also eine beträchtliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens: Die Wasserdampf menge wird erheblich reduziert, besondere Maßnahmen zur Einbringung der Reaktionswärme in die Spaltzone sind nicht mehr erforderlich.When the cleavage reaction is carried out in the manner according to the invention, there is therefore a considerable improvement in the Economic efficiency of the process: The amount of water vapor is considerably reduced, special measures for introduction the heat of reaction in the cleavage zone are no longer required.

Die Ausführung des Verfahrens wird anhand der beigefügten Fig. 1 näher beschrieben.The execution of the method is described in more detail with reference to the attached FIG.

In einem Reaktionsraum (1), der vornehmlich frei von Einbauten ist, wird rohes 4,4-Dimethyl-i,3-dioxan (DX)In a reaction space (1), which is mainly free of internals, crude 4,4-dimethyl-i, 3-dioxane (DX)

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katalytisch an einem phosphorsäurehaltigen Katalysator zu Isopren, Wasser und Formaldehyd gespalten. Die Spaltung findet bei Temperaturen von 2oo - 4oo°C, vorzugsweise bei 25o - 35o°C statt. Der sich im Wirbelzustand befindende Katalysator und die Einsatzprodukte steigen in dem Reaktor im Gleichstrom nach oben.catalytically to a phosphoric acid-containing catalyst Isoprene, water and formaldehyde split. The cleavage takes place at temperatures of 200-4oo ° C, preferably at 25o - 35o ° C. The fluidized catalyst and feedstocks rise in the reactor in direct current upwards.

Der Katalysator läuft über einen Überlauf (2) ab und wird zur Trennung von anhaftenden organischen Bestandteilen mit Wasserdampf in einem Stripper (3) gestrippt und gelangt in das Liftsystem (4). Die Reaktionsprodukte treten oben am Reaktor dampfförmig aus und werden in einem Zyklon (5) von mitgerissenem Katalysator befreit, ehe sie zur üblichen Kondensation und Aufarbeitung (15) gelangen.The catalyst runs off via an overflow (2) and becomes for the separation of adhering organic constituents with steam in a stripper (3) and gets into the lift system (4). The reaction products exit in vapor form at the top of the reactor and are in a cyclone (5) of freed entrained catalyst before they get to the usual condensation and work-up (15).

Das aus der Umsetzung von Isobuten und Formaldehyd gewonnene rohe Einsatzprodukt für die Spaltung wird vorzugsweise flüssig in den Reaktor eingebracht. Hierzu eignen sich verschiedene an sich bekannte Ausführungsformen; bevorzugt wird das flüssige Produkt durch eine Anzahl von gleichmäßig über den Reaktor verteilten Düsen (6) in das Wirbelbett eingespritzt. Diese Sinspritzaggregate befinden sich Jedoch nicht- wie bei Wirbelbettreaktoren üblich - am Boden des Reaktors, sondern ir> siaoa erheblichen Abstand, z.B. 1 m vom Boden in einer Ζα-χβ, is ^ler eine gleichmäßige, bereits in Nähe der Reaktionstemperatur liegende Temperatur vorherrscht. Am Boden des Reaktors befinden sich Einsptiz» düsen (7) - hier können ebenfalls die verschiedensten technischen Ausführungsformen angewendet werden - für den für die Spaltung benötigten Wasserdampf Temperatur 15o - 5oo°C, (vorzugsweise 25o - 35o°C). Unmittelbar oberhalb dieser Wasserdampfzugabe (also am Boden des Reaktors) wird der überhitzte Katalysator mit 5oo - 7oo°C (13) eingeführt.The crude feedstock obtained from the reaction of isobutene and formaldehyde for the cleavage is preferably introduced into the reactor in liquid form. Various known embodiments are suitable for this purpose; The liquid product is preferably injected into the fluidized bed through a number of nozzles (6) evenly distributed over the reactor. This Sinspritzaggregate are but non as fluidized bed reactors usual - at the bottom of the reactor, but ir> siaoa considerable distance, eg 1 m from the ground in a Ζα-χβ, is ^ ler uniform, already close to the reaction temperature lying temperature prevails. At the bottom of the reactor there are injection nozzles (7) - a wide variety of technical designs can also be used here - for the water vapor required for the cleavage at a temperature of 150 ° -500 ° C. (preferably 25 ° -35 ° C.). Immediately above this addition of steam (that is to say at the bottom of the reactor) the superheated catalyst is introduced at 50 ° -70 ° C. (13).

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Der heiße Katalysator bringt die Reaktionswärme für die Spaltung ganz oder zum großen Teil in die Reaktionszene ein, d.h. der Wasserdampf wird mit der Temperatur der Spaltung selbst eingeblasen und dient lediglich der Verdünnung der Spaltprodukte und der Aufrechterhaltung des Wirbelbettes im vorgeschalteten Mischteil (9). Der heiid Katalysator wird in an sich bekannter Weise dem Reaktor zugeführt, wobei zweckmäßigerweise mehrere gleichmäßig über den Reaktionsraum verteilte Einlaufstellen angewendet werden. Durch an sich bekannte Maßnahmen, wie die Zugabe von "Belebungsdampf" (8), wird der Katalysator an den Einlaufstellen aufgelockert und kann so in gewissen Grenzen in seiner Zulaufmenge geregelt werden. Die Einlaufstellen für den Katalysator müssen nicht zwangsläufig an der Außenseite des Reaktors angeordnet sein, sondern können von oben durch den Reaktor durchgeführt werden. Prinzipiell sind alle denkbaren Ausführungsformen möglich.The hot catalyst brings the heat of reaction for the Cleavage wholly or largely into the reaction scene, i.e. the water vapor becomes with the temperature of the The fission itself is blown in and only serves to dilute the fission products and maintain the Fluidized bed in the upstream mixing part (9). He is called Catalyst is fed to the reactor in a manner known per se, expediently several evenly Inlet points distributed over the reaction space can be used. By measures known per se, such as the addition of "Activation steam" (8), the catalyst is loosened at the inlet points and can thus within certain limits its feed rate can be regulated. The entry points for the catalyst does not necessarily have to be arranged on the outside of the reactor, but can instead pass through from above the reactor can be carried out. In principle, all conceivable embodiments are possible.

Erfindungsgemäß wird nun in der Vormisch-Zone (9) zwischen Katalysatoreinlauf bzw. Wasserdampfzugabe und der welter oben befindlichen Zugabestelle für das zu spaltende Rohdioxan der frisch einlaufende heiße Katalysator mit dem im Reaktor im Wirbelzustand befindlichen Katalysator durch den Wasserdampf intensiv gemischt und ein Temperaturausgleich herbeigeführt. Der Katalysator, welcher im Wirbelzustand nach oben wandert, erreicht die Zugabestelle für das Rohdioxan also erst nachdem die Temperaturspitzen abgebaut und die eingebrachte Wärme gleichmäßig verteilt ist.According to the invention, in the premixing zone (9) between the catalyst inlet or water vapor addition and the welter at the top of the feed point for the crude dioxane to be cleaved, the freshly incoming hot catalyst with the one in the reactor The fluidized catalyst is intensively mixed by the steam and a temperature equalization is brought about. The catalyst, which migrates upwards in the fluidized state, therefore reaches the point of addition for the crude dioxane only after the temperature peaks have dissipated and the heat introduced has been evenly distributed.

Das vorzugsweise flüssig eingespritzte Rohdioxan verdampft unmittelbar bei der Einspritzung, wobei sich höhersiedende Anteile auf dem Katalysator niederschlagen. Die dampfför- The crude dioxane, which is preferably injected in liquid form, evaporates immediately upon injection, with higher-boiling components being deposited on the catalyst. The steam transport

Le A 13 221 _ 7 _.Le A 13 221 _ 7 _.

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:ni£3n Produkte Steiges schnell nach oben, die Verweilzeit beträft or1 - β Sek., vorzugsweise o,5 - 3, ο Sek. Die cipa'Ltiiiig ler Reaktionsprodukte kann durch die Wahl der: ni £ 3n products walkway quickly upward, the residence time beträft o r 1 - β sec, preferably o, 5 - 3, ο sec The cipa'Ltiiiig ler reaction products can be obtained by the choice of..

sowie der Reaktionstsiaperatur in weitem Bereich werden, vorzugsweise beträgt die Spaltrate mehr air S*..- fi~ Der Wärmebedarf der Reaktion wird aufgebracht dursh heißen Katalysator (5oo° - 7oo°C) der unten (13) einläuft und den Reaktor oben wieder verläßt (2). Der Katalysatorumlauf kann entsprechend dem Wärmebedarf der Reaktion eingestellt werden.as well as the reaction temperature in a wide range, preferably the cleavage rate is more air S * ..- fi ~ The heat requirement of the reaction is applied by hot catalyst (500 ° - 700 ° C) which enters the bottom (13) and leaves the reactor at the top (2). The catalyst circulation can be adjusted according to the heat requirement of the reaction.

Durch die Verdampfung des Dioxans sowie durch die Volumenvergrößerung der Reaktionsprodukte (aus 1 Mol Dioxan entstehen 1 Mol Isopren, 1 Mol Wasser und 1 Mol Formaldehyd) würde die Dampfgeschwindigkeit bei einem zylindrischen Reaktor von unten nach oben stark ansteigen. Um ein gleichmäßiges Wirbelbett zu erzielen, ist es daher bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise zweckmäßig, den Teil des Reaktors, bei welchem nur Wasserdampf für die Verwirbelung verwendet wird, im Durchmesser entsprechend zu verkleinern (9). Darüberhinaus ist es zweckmäßig, den Reaktor nach oben hin entsprechend der fortschreitenden Spaltrate etwas zu erweitern und ganz oben durch eine starke Erweiterung eine Beruhigungszone (1o) für den Katalysator einzubauen, aus welcher der Katalysator überlaufen (2) kann. Der Reaktor ist prinzipiell ein leerer Behälter, jedoch sind auch andere Ausführungsformen, z.B. mit an sich bekannten Einbauten zur Vermeidung großer Gasblasen möglich.Due to the evaporation of the dioxane and the increase in volume the reaction products (1 mole of dioxane produces 1 mole of isoprene, 1 mole of water and 1 mole of formaldehyde) the steam velocity would increase sharply from bottom to top in a cylindrical reactor. To get an even To achieve fluidized bed, it is therefore expedient in the procedure according to the invention, the part of the reactor, in which only steam is used for the turbulence, to reduce the diameter accordingly (9). In addition, it is expedient to close the reactor slightly towards the top in accordance with the progressing cleavage rate expand and build in a calming zone (1o) for the catalytic converter at the very top by means of a strong extension which the catalyst can overflow (2). The reactor is basically an empty container, but there are others too Embodiments, e.g. with internals known per se to avoid large gas bubbles, are possible.

Der aus dem Reaktor austretende Katalysator wird nach dem Strippen über (4) in einen Regenerator (11) eingebracht. Dieser Regenerator befindet sich zweckmäßigerweise oberhalbAfter stripping, the catalyst emerging from the reactor is introduced into a regenerator (11) via (4). This regenerator is conveniently located above

Le A 13 221 - 8 -Le A 13 221 - 8 -

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des Reaktors. Diese Anordnung ist Jedoch nicht unbedingt notwendig, sondern es können vielmehr auch andere Anordnungen gewählt werden, bei denen der Regenrator z.B. seitlich oder unterhalb des Reaktors angeordnet ist. Entsprechend der Anordnung des Regenerators können verschiedene Möglichkeiten angewendet werden, um den Katalysator vom Reaktor in den Regenerator und wieder zurück zu transportieren. Dies kann z.B. durch pneumatische Förderung, einfache mechanische Förderung, z.B. Schnecken, Schaufelräder, oder mittels Förderbändern geschehen.of the reactor. However, this arrangement is not absolutely necessary; rather, other arrangements can also be used can be selected in which the regenerator is arranged e.g. to the side or below the reactor. According to the Arrangement of the regenerator can be used in various ways to move the catalyst from the reactor into the Transport the regenerator and back again. This can be done e.g. by pneumatic conveying, simple mechanical Conveyance, e.g. screws, paddle wheels, or by means of conveyor belts.

Der Regenerator ist vorzugsweise ebenfalls als Wirbelbett ausgebildet, jedoch sind auch andere Ausführungsformen, z.B. ein Wanderbett, prinzipiell anwendbar. Die bevorzugte Ausführungsform des Wirbelbettes beinhaltet einen Regenerator ohne irgendwelche Einbauten. Wegen der hohen Temperaturen ist dieser Regnerator zweckmäßigerweise ausgemauert. Durch direkte Beheizung mit in das Wirbelbett eintauchenden Flammen oder durch indirekte Beheizung mit sauerstoffhaltigem Rauchgas oder auch andere Maßnahmen, wird im Regenerator eine Temperatur von 5oo - 7oo°C aufrechterhalten. Ein Teil der benötigten Wärme wird beim Betrieb des erfindungsg©- mäßen Spaltsystems durch das Abbrennen der auf dem Katalysator selbst befindlichen kohlenstoffhaltigen Harzanteile aufgebracht.Der Wirbelzustand im Reaktor wird vorzugsweise aufrechterhalten durch das Einblasen heißer, sauerstoffhaltiger Gase (12), jedoch kann man prizipiell auch Inertgase oder Wasserdampf hierzu verwenden. Die Verweilzeit wird so gewählt, daß alle auf dem Katalysator befindlichen Harzanteile abgebrannt werden, vorzugsweise beträgt sie 1o - 2o Min., sie ist von der Regeneratortemperatur abhängig.The regenerator is preferably also designed as a fluidized bed, but other embodiments are also possible, e.g. a moving bed, can be used in principle. The preferred embodiment of the fluidized bed includes a regenerator without any internals. Because of the high temperatures, this regenerator is expediently lined with brick. By direct heating with flames immersed in the fluidized bed or indirect heating with oxygen-containing flames Flue gas or other measures, a temperature of 500 - 700 ° C is maintained in the regenerator. A part the heat required is generated during operation of the cracking system according to the invention by burning off the on the catalyst The fluidized state in the reactor is preferred maintained by blowing in hot, oxygen-containing gases (12), but in principle inert gases can also be used or use steam for this. The residence time is chosen so that all resin components on the catalyst are burned, it is preferably 10-20 minutes, it depends on the regenerator temperature.

Le A 13 221 - 9 -Le A 13 221 - 9 -

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Aus dem heißen Regenerator wird der Katalysator - ggf. über ein Puffergefäß - wieder dem Reaktor in der erfindungsgemäßen Weise unten zugeführt (13). Hier können in entsprechender Weise die für das Einbringen des Katalysators in den Regenerator beschriebenen Maßnahmen angewendet werden. Bei der vorzugsweisen Anordnung des Regenerators oberhalb des Reaktors wird der heiße Katalysator im freien Fall - gegebenenfalls noch über einen Schieber geregelt - dem Reaktor wieder zugeführt.The hot regenerator becomes the catalyst - possibly over a buffer vessel - fed back to the reactor at the bottom in the manner according to the invention (13). Here you can use the corresponding Manner, the measures described for introducing the catalyst into the regenerator are applied. at The preferred arrangement of the regenerator above the reactor, the hot catalyst in free fall - if necessary still controlled by a slide - fed back to the reactor.

Als Katalysator für das erfindungsgemäße Spaltsystem eignen sich alle anorganischen oder organischen Materialien, die eine genügende Abriebfestigkeit für das Wirbelbett besitzen, die Temperaturbelastung im Reaktor und vor allem im Regenerator aushalten und sich mit Phosphorsäure bzw. phosphorsäurehaltigen Substanzen tränken lassen. Beispielsweise seien hier genannt : Aluminiumoxiden Kieselsäure, Aluminiumsilikate oder auch Graphit.Suitable as a catalyst for the cleavage system according to the invention all inorganic or organic materials that have sufficient abrasion resistance for the fluidized bed, withstand the temperature load in the reactor and especially in the regenerator and deal with phosphoric acid or phosphoric acid Let substances soak. Examples include: aluminum oxides, silica, aluminum silicates or graphite.

Bevorzugt werden diese anorganischen Materialien für das Wirbelbett in kugelförmiger Form eingesetzt. Die Korngröße ist abhängig von der Ausbildung des Reaktors und in gewissen Grenzen ^.ei-iielu Bew^sngt wird ein mittlerer Teilchendurchmesser ύοώ ü,,3 - 3,c- iaa. Während des "Wirbeins entsteht ein gewisser Abrieb, d»h. das einzelne Katalysatorkorn wird kleiner. Dieses Unterkorn kann kontinuierlich aus dem Zyklonsystem (14) abgezogen und durch Frischkontakt ersetzt werden.These inorganic materials are preferably used in spherical form for the fluidized bed. The grain size depends on the design of the reactor and, within certain limits, a mean particle diameter ύοώ ü ,, 3 - 3, c- iaa. During the "vortex", a certain amount of abrasion occurs, i.e. the individual catalyst grains become smaller. This undersized grain can be continuously withdrawn from the cyclone system (14) and replaced by fresh contact.

Als eigentlicher Katalysator für das erfindungsgemäße Verfahren dienen Phosphorsäure bzw. phosphorsäurehaltige Verbindungen oder Verbindungen, die unter den Reaktionsbe-Phosphoric acid or compounds containing phosphoric acid serve as the actual catalyst for the process according to the invention or compounds under the reaction conditions

Le A 13 221 - 1o -Le A 13 221 - 1o -

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dingungen Phosphorsäure abspalten* Derartige Verbindungen sind z.B. in Ulimanns Enzyklopädie der techn. Chemie, Bd. 13, S. 594/595 (Aufl. 3, 1962) genannt. Beispielhaft seien Triäthylphosphat, Tri-n-buthylphosphat und Tri.-iso-buthylphosphat angeführt.conditions splitting off phosphoric acid * Such compounds are e.g. in Ulimann's encyclopedia of techn. Chemistry, Vol. 13, S. 594/595 (ed. 3, 1962) mentioned. Examples are triethyl phosphate, tri-n-buthyl phosphate and tri-iso-buthyl phosphate cited.

Außer organischen Phosphorsäureester«, und Polyphosphorsäuren wird für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt Phosphorsäure verwendet.In addition to organic phosphoric acid esters and polyphosphoric acids, preference is given to the process according to the invention Phosphoric acid used.

Mit den Reaktionsprodukten wird während der Reaktion Phosphorsäure in kleinen Mengen aus dem System ausgetragen. Es ist daher zweckmäßig, entsprechende Mengen Phosphorsäure " bzw. phosphorsäureabgebende Substanzen nachzugeben. Diese kontinuierliche Zugabe kann an den verschiedensten Stellen des Systems erfolgen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Zugabe dieser katalytischen Substanzen direkt zum Rohdioxan.During the reaction, the reaction products become phosphoric acid discharged from the system in small quantities. It is therefore advisable to use appropriate amounts of phosphoric acid " or give in phosphoric acid-releasing substances. These continuous addition can take place at various points in the system. A particularly preferred embodiment in the process according to the invention is the addition of these catalytic substances directly to raw dioxane.

Die dampfförmig aus dem Reaktor austretenden Produkte werden in einem System von Zyklonen (5) von mitgerissenem Kontakt sowie Kontaktstaub getrennt. Diese Trennung wird in an sich bekannter Weise durchgeführt, wobei der mitgerissene Katalysator in das Spaltsystem zurückgeführt, während der Katalysatorstaub aus dem System endgültig entfernt wird (14). λ Die von Katalysator befreiten dampfförmigen Produkte werden durch an sich bekannte Maßnahmen wie Kühlen, Quenchen oder Komprimieren verflüssigt und anschließend der Weiterverarbeitung zugeführt (15). Das nach dem Verfahren erhältliche hochreine Isopren wird z.B. zur Herstellung von Kautschuk verwendet.The products emerging from the reactor in vapor form are separated from entrained contact and contact dust in a system of cyclones (5). This separation is carried out in a manner known per se, the entrained catalyst being returned to the cracking system, while the catalyst dust is finally removed from the system (14). λ The vaporous products from which the catalyst has been removed are liquefied using known measures such as cooling, quenching or compression and then fed to further processing (15). The high-purity isoprene obtainable by the process is used, for example, for the production of rubber.

Le A 13 221 - 11 -Le A 13 221 - 11 -

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ras erfindiingsgeiöäße Verfahren sei im folgenden Beispiel in ein.?!* speziellen Äusführungsform im einzelnen erläutert :ras inventive method is explained in detail in the following example in a special embodiment:

i)6 i L· "U j ;v J. "ii) 6 i L · "U j; v J." i

Der :i.eaktor bestand aus einem Rohr (s. Fig. 1 ) von 80 mm Durchmesser und einer Lasge von 1.3oo mm. Darüber war das Rohr auf einer Lange von 600 mm konisch erweitert auf einen Durchmesser von 135 mm. Unten war der Reaktor konisch zusammengezogen und dort befand sich eine Einblasdüse für Wasserdampf. Unmittelbar darüber befand sich ein seitlich angeordneter Stutzen zum Einbringen des heißen Kontaktes Über eine Falleitung vom Regenerator. 3oo mm oberhalb des Zulaufstutzens für den Katalysator war eine wassergekühlte Düse zum Einbringen der Dioxaneinsatzmischung angebracht. Der Reaktor bestand also aus einem unteren Teil, in dem nur Dampf und Katalysator aus dem Regenerator vorhanden war und dem eigentlichen Spaltteil darüber mit einer Länge von etwa 1.000 mm.The: i.eactor consisted of a tube (see Fig. 1) with a diameter of 80 mm and a length of 1,3oo mm. Above that, the pipe was conically widened to a length of 600 mm to a diameter of 135 mm. At the bottom the reactor was conically contracted and there was an injection nozzle for water vapor. Immediately above this was a laterally arranged nozzle for introducing the hot contact via a downpipe from the regenerator. A water-cooled nozzle for introducing the dioxane feed mixture was attached 300 mm above the inlet connection for the catalyst. The reactor consisted of a lower part, in which only steam and catalyst from the regenerator were present, and the actual gap part above with a length of about 1,000 mm.

In diesen Reaktor wurden von unten stündlich 3 Gew.-Teile Wasserdampf mit einer Temperatur von 3oo°C eingeblasen und durch eine am Eintritt des Katalysators in den Einführungsstutzen eingeführte Düse noch einmal o,3 - o,4 Gew.-Teile/h Dampf zur Belebung des Katalysatoreinlaufs zugegeben.3 parts by weight of steam at a temperature of 300 ° C. per hour were blown into this reactor from below and again 0.3-0.4 parts by weight / h through a nozzle introduced into the inlet nozzle at the inlet of the catalyst Steam added to activate the catalyst inlet.

Durch die oberhalb der Katalysatormischzone angeordnete wassergekühlte Düse wurden stündlich 12 Gew.-Teile einer Mischung aus einem rohen Dioxan, wie es bei der Umsetzung von Isobuten mit Formaldehyd gewonnen wird, aus Rückführprodukten aus der Spaltung und aus Abdampfrückstand aus dem Abwasser der Dioxanherstellung flüssig eingesprüht.By the water-cooled one arranged above the catalyst mixing zone Nozzle were every hour 12 parts by weight of a mixture of a crude dioxane, as in the implementation of Isobutene is obtained with formaldehyde, from recycle products from the cleavage and from the evaporation residue Wastewater from dioxane production is sprayed in as a liquid.

Le A 13 221 - 12 -Le A 13 221 - 12 -

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Das Mischungsverhältnis der drei angegebenen Komponenten betrug 8 Gew.-Teile Roh-Dioxan, 1 Gew.-Teil Rückführprodukte und 1 Gew.-Teil Abdampfrückstand.The mixing ratio of the three specified components was 8 parts by weight of crude dioxane, 1 part by weight of recycle products and 1 part by weight of evaporation residue.

Die Temperatur des am unteren Ende der Katalysatormischzone aus dem Regenerator zulaufenden Kontaktes betrug 7oo°C, die zügeführte Menge betrug ca. 21 kg/h.The temperature of the contact flowing in from the regenerator at the lower end of the catalyst mixing zone was 700 ° C, the amount supplied was approx. 21 kg / h.

Die Temperatur im eigentlichen Spaltteil, die bereits an der Eintrittsstelle des Dioxane eingestellt war, betrug 275°G. Der Druck im Spaltreaktor betrug ca. o,2 atü.The temperature in the actual cleavage part, which was already set at the entry point of the dioxane, was 275 ° G. The pressure in the cleavage reactor was about 0.2 atm.

Die Spaltprodukte wurden im oberen, erweiterten Teil des Reaktors vom Kontakt abgetrennt, über ein Quench- und Kompressionssystem in an sich bekannter Weise abgekühlt, verflüssigt und gaschromatographisch analysiert. Es wurden stündlich erhalten :The cleavage products were separated from the contact in the upper, expanded part of the reactor, via a quench and compression system cooled in a known manner, liquefied and analyzed by gas chromatography. The following were received every hour:

3»o4 Gew.-Teile Isopren3 »o4 parts by weight of isoprene

1,8 Gew.-Teile Isobuten1.8 parts by weight isobutene

2,2 Gew.-Teile Formaldehyd (1oo % gereclmet)2.2 parts by weight formaldehyde (100 % calculated)

2,2 Gew.-Teile höhersiedende Produkte.2.2 parts by weight of higher-boiling products.

Der Gehalt an unerwünschten iso-Pentenen im Isopren betrug o,28 %.The content of undesired isopentenes in isoprene was 0.28%.

Beispiel 2 (zum Vergleich)Example 2 (for comparison)

In einem Reaktionsrohr, wie in Beispiel 1 beschrieben, bei dem jedoch das Rohdioxan nicht durch eine seitlich oberhalb einer Katalysatormischzone angebrachte Düse, sondern zusammen mit dem Wasserdampf durch eine Zweistoffdüse, die eine zentrale öffnung für Dioxan und einen ringförmigen Spalt fürIn a reaction tube, as described in Example 1, in which, however, the crude dioxane does not pass through a nozzle attached laterally above a catalyst mixing zone, but together with the steam through a two-fluid nozzle which has a central opening for dioxane and an annular gap for

Le A 13 221 - 13 -Le A 13 221 - 13 -

BAD ORIGINAL 209810/1831 BAD ORIGINAL 209810/1831

die Dampfangabe besaß, von unten in die Einlaufebene des heiiien Kontaktes eingespritzt wurde, konnten bei einer Katalysatorzulauftemperatur von ca. 5oo°C und einer Katalysatorumlaufmenge zwischen Reaktor und Regenerator von ca. 45 kg/h und einer zugesetzten Dampfmenge von 4 Gew.-Teilen/h nur 6-7 Gew.-Teile der in Beispiel 1 beschriebenen Dioxanmischung eingespritzt werden, ohne daß der Reaktor durch starken Koksansatz an der Katalysatorzulaufstelle verklebte. Trotzdem betrug der Gehalt an unerwünschten iso-Pentenen zwischen o,5 und 0,6 im Isopren.the steam input possessed, from below into the inlet level of the was injected into a hot contact Catalyst inlet temperature of approx. 500 ° C and a catalyst circulation rate between reactor and regenerator of approx. 45 kg / h and an added amount of steam of 4 parts by weight / h only 6-7 parts by weight of the dioxane mixture described in Example 1 are injected without the Reactor sticky due to heavy buildup of coke at the catalyst inlet point. Even so, the content was undesirable isopentenes between 0.5 and 0.6 in isoprene.

Man erkennt aus dem Vergleichsbeispiel, daß bereis beim direkten Einsprühen der Dioxanmischung auf den 5oo°C heißen Katalysator die Nebenprodukt- und Koksbildung beträchtlich verstärkt waren, obwohl mit einem wesentlich höheren Dampfzusatz als in Beispiel 1 gearbeitet wurde.It can be seen from the comparative example that even when the dioxane mixture is sprayed in directly, the temperature reaches 500.degree Catalyst byproduct and coke formation were significantly increased, albeit with a much higher steam load than worked in Example 1.

Le A 13 221 - 14 -Le A 13 221 - 14 -

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Claims (6)

2 O 4 2 O Γ· 52 O 4 2 O Γ 5 PatenansprüchePatent claims ( 1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Isopren durch Spaltung von 4,4~Dimethyl~1,3-dicxan In Gegenwart vor: Phosphorsäure oder phosphathaltigen Katalysatoren bei erhöh v?r Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man einen zwischen einem Regenerator und einem zweistufigen Reaktor in kontinuierlichem Kreislauf geführten Phosphorsäure oder saure Phosphate enthaltenden Katalysator zur Einbi'ingung der für die Spaltung erforderlichen Wärme mit 500 - ?00°C in eine erste Stufe des Reaktors einbringt, dort mit Wasserdampf im Wirbelzustand hält und mit bereits im Reaktor befindli- | chem Katalysator auf die Spalttemperatur von 200 - 4000C vormischt bzw. abkühlt und anschließend rohes 4,4-Dimethyl-1,3-dioxan in die darüber befindliche zweite Wirbelzone einspeist. ( 1. Process for the production of high-purity isoprene by cleavage of 4,4 ~ dimethyl ~ 1,3-dicxane in the presence of: phosphoric acid or phosphate-containing catalysts at elevated temperature, characterized in that one between a regenerator and a two-stage Reactor in a continuous cycle phosphoric acid or acid phosphate-containing catalyst to incorporate the heat required for the cleavage at 500 -? 00 ° C in a first stage of the reactor, there is kept in a fluidized state with steam and is already in the reactor chem catalyst to the cracking temperature of 200 - 400 0 C, or premixing and then cooled crude 4,4-dimethyl-1,3-dioxane in the thereabove second fluidized zone feeds. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spaltung bei 250 - 3500C durchführt.2. The method according to claim 1, characterized in that the cleavage at 250 - 350 0 C is carried out. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Spaltung erforderliche Wärme ganz oder teilweise durch Abbrennen der auf dem Katalysator niedergeschlagenen polymeren Verbindungen gewinnt.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the heat required for the cleavage is wholly or partially by burning off the polymeric compounds deposited on the catalyst. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysatorumlauf entsprechend dem Wärmebedarf der Spaltreaktion einstellt.4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the catalyst is circulated according to the heat requirement the cleavage reaction stops. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verweilzeit der Spaltprodukte in der zweiten Reaktionsstufe zwischen 0,5 und 3 Sek. hält.5. Process according to Claims 1 to 4, characterized in that the residence time of the cleavage products in the second Holds reaction level between 0.5 and 3 seconds. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen kugelförmigen Katalysator mit einem mittleren Korndurchmesser von 0,2 - 3 mm verwendet.6. Process according to Claims 1 to 5, characterized in that there is a spherical catalyst with a medium Grain diameters of 0.2 - 3 mm are used. Le A 13 221 - 15 - Le A 13 221 - 15 - 2 0 9 810/1831 BAD 0RielNAL 2 0 9 810/1831 BAD 0RielNAL Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen zweistufigen Reaktionsraum verwendet, bestehend aus einem Katalysatormischraum in dem heizer Katalysator aus dem Regenerator mit auf Reaktionstemperatur befindlichem Katalysator durch Verwirbelung mit Wasserdampf gemischt wird und einem darüber befindlichen Reaktionsraum in den durch Düsenvorrichtungen 4,4-Dimethyl-1,3-dioxan zusammen mit bei seiner Herstellung entstehenden Nebenprodukten, gegebenenfalls nach ihrer Isolierung aus der wässrigen Reaktionsphase der 4,4-Dimethyl-1,3 dioxanherstellung, e inge speist, ve rdampft und zu Isopren gespalten wird.Device for carrying out the process according to Claims 1 to 6, characterized in that a two-stage Reaction space used, consisting of a catalyst mixing space in the heated catalyst from the regenerator is mixed with the catalyst at reaction temperature by swirling with steam and one above located reaction space in the nozzle devices 4,4-dimethyl-1,3-dioxane together with at his Production of by-products formed, optionally after their isolation from the aqueous reaction phase 4,4-Dimethyl-1,3 dioxane production, fed in, evaporated and is split into isoprene. Le A 13 221 - 16 - Le A 13 221 - 16 - 209810/1831 - - . .■ 209810/1831 - -. . ■ ORiGWALlNSPECTEDORiGWALlNSPECTED
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