DE2044623C3 - Process for the production of isoprene - Google Patents
Process for the production of isopreneInfo
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Description
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Es ist bekannt, Isobuten und Formaldehyd in Gegenwart von sauren Katalysatoren zu 4,4-DimethyI-1,3-dioxan zu kondensieren und dieses Produkt in Gegenwart von phosphorsäurehaltigen oder phosphathaltigen Katalysatoren zu Isopren, Formaldehyd und Wasser zu spalten.It is known that isobutene and formaldehyde can be converted into 4,4-dimethyl-1,3-dioxane in the presence of acidic catalysts to condense and this product in the presence of phosphoric acid or phosphate containing Catalysts split into isoprene, formaldehyde and water.
Beispielsweise seien genannt:For example:
Das Verfahren des Französischen Erdölinstituts, beschrieben in Erdöl und Kohle, 15, S. 274 bis 282 und 348 bis 352 (1962), ein in Rußland durchgeführte Verfahren beschrieben in Zh. Vses. Khim. Obshchesi 14 3 S 313 bis 319 (1969), DT-AS 12 71 106 und ei] Verfahren der Farbenfabriken Bayer AG1 DT-A: 12 33 880 und belgische Patentschrift 7 35 564.The method of the French Petroleum Institute, described in Erdöl und Kohlen, 15, pp. 274-282 and 348-352 (1962), a method carried out in Russia described in Zh. Vses. Khim. Obshchesi 14 3 S 313 to 319 (1969), DT-AS 12 71 106 and ei] method of the paint factories Bayer AG 1 DT-A: 12 33 880 and Belgian patent 7 35 564.
Bei den genannten Verfahren wird die Umsetzung des Jsobutens mit Formaldehyd zu 4,4-Dimeth>l m-dioxan in Gegenwart von verdünnter Schwefelsäun oder von sauren Ionenaustauschern als Katalysato durchgeführt, während die Spaltung des 4,4-Dimethyi m-dioxans zu Isopren, Formaldehyd und Wasser it Gegenwart von gegebenenfalls auf Trägern aufge brachter Phosphorsäure oder sauren Phosphaten er folgt. Bei dieser Reaktion ist es notwendig, sowohl di< mit den Reaktionsprodukten flüchtige Säure zi ergänzen als auch die durch thermische Umwandlungei in den Phosphaten und in der Phosphorsäure ab nehmende freie Acidität durch in die Spaltung ein gebrachte Phosphorsäure aufrechtzuerhalten.In the processes mentioned, the reaction of isobutene with formaldehyde is converted into 4,4-dimeth> l m-dioxane in the presence of dilute sulfuric acid or of acidic ion exchangers as a catalyst carried out while the cleavage of 4,4-Dimethyi m-dioxane to isoprene, formaldehyde and water it Presence of phosphoric acid or acidic phosphates, which may be supported on carriers follows. In this reaction it is necessary to use both volatile acid and the reaction products supplement as well as the thermal conversion in the phosphates and in the phosphoric acid increasing free acidity by phosphoric acid introduced into the cleavage.
Nach DT-AS 12 71 106 und DT-AS 18 13 354 er folgt die Nachdosierung durch Zugabe von 0,02 bi; 0,06 Gewichtsprozent bzw. 0,001 bis 0 1 Gewichts prozent Orthophosphorsäure (bezogen auf die einge setzte Dampfmenge) mit dem der Spaltung zugesetzter Wasserdampf, oder nach belgischer Patentschrifi 7 35 564 durch Zugabe von Phosphorsäureestern z. B. 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent Tri-iso-butylphosphat bezogen auf die Menge an Einsatzprodukt, zusammen mit dem Dioxaneinsatzprodukt, besonders vorteilhaft, in diesem homogen gelöst.According to DT-AS 12 71 106 and DT-AS 18 13 354 he follows the post-dosing by adding 0.02 bi; 0.06 percent by weight or 0.001 to 0.1 percent by weight orthophosphoric acid (based on the included set amount of steam) with the steam added to the cleavage, or according to Belgian patent specification 7 35 564 by adding phosphoric acid esters z. B. 0.1 to 0.2 weight percent tri-iso-butyl phosphate based on the amount of feed, together with the dioxane feed, especially advantageous, dissolved in this homogeneously.
Bei den beschriebenen Verfahren entstehen bei dei Herstellung des 4,4-Dimethyl-m-dioxans eine Reihe von Nebenprodukten, die zum Teil extrem wasserlöslich und nicht wasserdampfflüchtig sind, so daß sie auch beim Abstreifen von Wasser und wasserdampfflüciitigen Produkten zur Aufkonzentrierung der im Kreislauf geführten Säure in Lösung bleiben.In the processes described, a number of products are produced during the production of 4,4-dimethyl-m-dioxane of by-products, some of which are extremely water-soluble and not volatile in steam, so that they also when wiping off water and water vapor Products for concentrating the circulating acid remain in solution.
Be'm Arbeiten mit Schwefelsäure als Katalysatoi werden diese Produkte bei kontinuierlicher Arbeitsweise beim Aufkonzentrieren der Säure (Abtrennung des mit der wäßrigen Formaldehydlösung eingebrachten Wassers) stetig angereichert. Diese Anreicherung ist nur bis zu der Konzentration möglich, bei der eine Verkokung eintritt. Deshalb muß ein Teil der Säure kontinuierlich aus dem Kreislauf entfernt und durch Frischsäure ersetzt werden. Die Vernichtung oder Aufarbeitung dieser Produkte ist technisch sehr aufwendig,When working with sulfuric acid as a catalyst these products become with continuous operation when concentrating the acid (separation of the water introduced with the aqueous formaldehyde solution) is steadily enriched. This enrichment is only possible up to the concentration at which coking occurs. So it must be some of the acid continuously removed from the cycle and replaced with fresh acid. The destruction or processing this product is technically very complex,
Beim Arbeiten mit sauren Ionenaustauschern als Katalysator für die Herstellung des 4,4-Dimethylm-dioxans aus Isobuten und Formaldehyd (DT-AS 32 33 880) kann man diese Schwierigkeiten bei dei Kreislaufführung des Katalysators dadurch umgehen, daß man eine mechanische Trennung von Katalysator und Abwasser vornimmt. Aus dem so gewonnenen, praktisch säurefreien Abwasser können nach französischer Patentschrift 15 54 005 die wasserlöslichen organischen Produkte durch vollständige Eindampfunj isoliert und nach der belgischen Patentschrift 7 35 564 zusammen mit dem Dioxan-Einsatzprodukt: in die Spaltung eingesetzt und zur Isoprenerzeugung nutzbringend verwendet werden.When working with acidic ion exchangers as a catalyst for the production of 4,4-dimethylm-dioxane from isobutene and formaldehyde (DT-AS 32 33 880) you can find these difficulties with dei Circumvent the circulation of the catalyst by mechanically separating the catalyst and sewage makes. From the practically acid-free wastewater obtained in this way, according to French Patent specification 15 54 005 the water-soluble organic products by complete evaporation isolated and according to Belgian patent 7 35 564 together with the dioxane feedstock: in the Cleavage can be used and used beneficially for isoprene production.
Neben der Verwendung von Schwefelsäure oder sauren Ionenaustauschern bei der Herstellung des 4,4-Dimethyl-m-dioxans ist es bekannt, zur Umsetzung von Isobuten mit Formaldehyd, andere Mineralsäuren, z. B. Orthophosphorsäure, als Katalysator zu verwenden. In addition to the use of sulfuric acid or acidic ion exchangers in the manufacture of the 4,4-Dimethyl-m-dioxane is known to react isobutene with formaldehyde, other mineral acids, z. B. orthophosphoric acid to be used as a catalyst.
So zeigen E. Arundale und L A. M i k e s a,E. Arundale and L A. M i k e s a show that
Reviews 51, S. 508 (1952), daß man bei Vervon 8 %iger Orthophosphorsäure bei höheren r lerftuien mäßige Ausbeuten an 4,4-Dimethyl-Sr (in nachfolgenden Tabellen als 4,4-D-m-DX bezeichnet) erhält, während man bei "Verwendung von ?Ϊ Orthophosphorsäure bei niedrigen Tempedie Ausbeute verbessern kann., und führen aus, S Verwendung von Phsophorsäure stets schLch-Fr Jbn™ "als die Verwendung von Schwefelsäure r? D^USA-Patentschrift 29 97 480 lehrt in Scr Weise daß es notwendig ist, höhere Phosphorfationen (im Berekh Wn 15 bis 25 GeanzaweWn und bei Verwendung von als Katalysator 850C nicht zu über-STrSn U^deinerseits eine genügende Acidität im Reitonsgernisch zu halten und andererseits eine Atzung des Dioxans zu vermeiden. Ähnlich lehrt ^^Patentschrift 33 90 059, daß man bei Konzen-ίrationen von 5 bis 25 Gewichtsprozent Onhophosnhorsäure 4 4-Dimethyl-m-dioxan herstellen kann, daß f b twendig ist/höhere Temperaturen, bei denenReviews 51, p. 508 (1952) that when 8% orthophosphoric acid is used, moderate yields of 4,4-dimethyl-Sr (referred to in the tables below as 4,4-Dm-DX) are obtained with higher results, while with "use of? Ϊ orthophosphoric acid at low temperatures can improve the yield., and lead out, S use of phosphoric acid is always better-Fr Jbn ™" than the use of sulfuric acid r? D ^ USA patent specification 29 97 480 teaches in Scr manner that it is necessary to use higher phosphorus ions (in the Berekh Wn 15 to 25 GeanzaweWn and when using 85 0 C as a catalyst not to over-STrSn U ^ on your part a sufficient acidity in Reitonsgernisch and on the other hand to avoid etching of the dioxane. Similarly, ^^ patent 33 90 059 teaches that one can produce 4-dimethyl-m-dioxane at concentrations of 5 to 25 percent by weight of onophosphoric acid, that fb is necessary / higher temperatures, at them
i5 Gewinnung der wasserlöslichen Nebenprodukte in diesen gelöst zurückgewinnt und zusammen mit dem 4,4-Dimethyl-m-dioxan zur Auirechterhaltung der Acidität des Katalysators der Dioxanspaltstufe in disse einsetzen kann. i 5 recovery of the water-soluble by-products dissolved in them and recovered together with the 4,4-dimethyl-m-dioxane to maintain the acidity of the catalyst of the dioxane cleavage stage in this.
Die Gewinnung der in der wäßrigen Phase gelosten Nebenprodukte ist bei Verwendung von flussigen Mineralsäuren als Katalysatoren für die Umsetzung der ersten Stufe nicht ohne weiteres durchfuhrbar Bei der Eindampfung der wäßrigen Phase würden,sich die nach den bisher bekannten Verfahren erforderlichen Mengen an Säure, z. B. 5 bis 35% Schwefelsäure oder 15 bis 75% Phosphorsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung (vgl. britische Patentschrift 8 25 034, S. 2, Zeile 102 bis 108), weiter anreichern und zur chemischen Veränderung, in der Regel zur Verharzung der polyglykolartigen Nebenprodukte, fuhren Deshalb wird beispielsweise in der französischen Patentschrift 15 54 005, S. 1, rechte Spalte, zweiter Absatz, ausgeführt, daß man für die Durchfuhrung der Anreicherung der Polyglykole in dem AbwasserThe recovery of the by-products dissolved in the aqueous phase is possible when using liquid Mineral acids as catalysts for the implementation the first stage cannot be carried out without further ado evaporation of the aqueous phase would result in the according to the previously known methods required amounts of acid, for. B. 5 to 35% sulfuric acid or 15 to 75% phosphoric acid, based on the total weight of the solution (see British patent specification 8 25 034, p. 2, lines 102 to 108), further enrich and for chemical change, usually for Resinization of the polyglycol-like by-products lead Therefore, for example, in French patent specification 15 54 005, p. 1, right column, second Paragraph, stated that one is responsible for carrying out the enrichment of polyglycols in the sewage
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En auf die wäßrige Formaldehydmenge, mit guten Schwierigke.ten. Dagegen laßt sich Ausbeuten herzustellen und daß es möglich ist, die säure oder ™™V^™.™^J wasserlöslichen Nebenprodukte der Synthese durch 30 Konzentrat.onen naturgemäß nicht ohneEn on the aqueous amount of formaldehyde, with good difficulties. On the other hand, yields can be produced and that it is possible, of course, to use the acidic or water-soluble by-products of the synthesis by means of concentrates
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ρ „7uk«u»Ad£, Phosphorsäure, eind^yf, anschüe- h„s,e» ,ng jjnd D,ox.nspalton ™*cakti ρ "7uk" u " A d £, phosphoric acid, ad ^ yf, ansh" s, e ", ng jjnd D, ox.nspal ton ™ * cakti
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,nspeist und gcgcbcnenfaHs die bei der Spaltung durch Wasserdampf ausgetragene und durch Kondensation erhaltene phosphorsiurehalt.ge Formaldchydlosung ester, feeds and can be used to break through Phosphorus acid content of formaldehyde solution removed from water vapor and obtained by condensation ester
7e J.ndunger ^ ^ def techn 7 e J.ndunger ^ ^ def techn
13 S 5M/595 A^fI. I 1962), genannt13S 5M / 595 A ^ fI. I 1962), called
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tracht, ζ. Β. vorwiegend Kieselsäure enthaltende Katalysatoren.costume, ζ. Β. predominantly silica-containing catalysts.
Das Verfahren kann im Prinzip wie folgt durchgeführt werden: In einer Kesselkaskade werden Formaldehyd und Isobuten, welches in Form eines isobutenhaltigen C4-Schnittes eingesetzt wird, in flüssiger Phase umgesetzt. Zweckmäßigenveise wird man den Formaldehydumsatz möglichst quantitativ durchführen und das Isobuten im Überschuß einsetzen und nach der Umsetzung das verbleibende C4-Gemisch abtrennen. Eine intensive Durchmischung der beiden Phasen ist für die katalytische Reaktion wesentlich. Die Ausführung der Kesselkaskade kann beliebig sein, man kann statt Kessel auch Reaktionsschleifen oder andere Reaktionsbehälter verwenden. Bei der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Konzentration an Phosphorsäure von 0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent wendet man einen Druck an, der so hoch ist, daß die Reaktionsmischung in flüssiger Phase gehalten wird. Die Reaktionstemperatur beträgt 90 bis 180, vorzugsweise 120 bis 16O0C.In principle, the process can be carried out as follows: In a tank cascade, formaldehyde and isobutene, which is used in the form of an isobutene-containing C 4 fraction, are reacted in the liquid phase. The formaldehyde conversion will expediently be carried out as quantitatively as possible and the isobutene will be used in excess and the remaining C 4 mixture will be separated off after the reaction. Intensive mixing of the two phases is essential for the catalytic reaction. The design of the boiler cascade can be any, you can use reaction loops or other reaction vessels instead of the boiler. At the concentration of phosphoric acid of 0.01 to 1.5 percent by weight used according to the invention, a pressure is applied which is so high that the reaction mixture is kept in the liquid phase. The reaction temperature is 90 to 180, preferably 120 to 16O 0 C.
Nach der Umsetzung werden die beiden Phasen getrennt. Aus der organischen Phase wird das nichtumgesetzte C4-Gemisch durch Destillation abgetrennt und das als Sumpfprodukt dieser Kolonne anfallende rohe 4,4-Dimethyl-m-dioxan zusammen mit allen bei seiner Bildung entstandenen Nebenprodukten in den Spaltreaktor weitergeleitet.After the reaction, the two phases are separated. The unreacted C 4 mixture is separated off from the organic phase by distillation and the crude 4,4-dimethyl-m-dioxane obtained as the bottom product of this column is passed on to the cleavage reactor together with all by-products formed during its formation.
Die wäßrige Phase des Abscheiders wird zur Gewinnung der Phosphorsäure sowie sonstiger noch darin enthaltener Reaktionsprodukte eingedampft und der Destillationssumpf zusammen mit dem rohen Dioxan in die Spaitung eingeführt. Vor oder nach der Eindampfung der wäßrigen Phase kann man eine Reinigung, z. B. durch Extraktion, durchführen, wobei man als Extraktionsmittel das in die Reaktion eingesetzte C4-Gemisch verwenden kann.The aqueous phase of the separator is evaporated to obtain the phosphoric acid and other reaction products still contained therein and the distillation bottoms are introduced into the pipe together with the crude dioxane. Before or after evaporation of the aqueous phase, you can purify, for. B. by extraction, perform, where you can use the C 4 mixture used in the reaction as the extractant.
Für die katalytische Spaltung des 4,4-Dimethyl-1,3-dioxans zu Isopren, Formaldehyd und Wasser unter Anwendung der erfindungsgemäßen Katalysatorführung sind alle denkbaren Ausführungsformen, z. B. Festbett, Wanderbett und Wirbelbett, möglich. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren im Wirbelbett durchgeführt, wobei der auf dem Katalysator niedergeschlagene Koks in einem Regenerator abgebrannt und der Katalysator kontinuierlich im Kreis geführt wird. Als Katalysator wird ein mit Phosphorsäure getränkter Träger, vorzugsweise Kieselsäure, eingesetzt. Es ist an sich nicht notwendig, den Katalysator vorher zu tränken, da er sich langsam mit der im Kreislauf geführten Phosphorsäure auflädt. Da dieser Vorgang jedoch geraume Zeit in Anspruch nimmt, ist es sinnvoll, einen bereits mit Phosphorsäure getränkten Träger einzusetzen. Die Spaltreaktion wird bei Temperaturen von 200 bis 400°C, bevorzugt 250 bis 350°C, durchgeführt. Zur Erleichterung der Spaltung sowie zur besseren Aufrechterhaltung des Wirbelzustandes kann in den Reaktor zusätzlich Wasserdampf eingespritzt werden.For the catalytic cleavage of 4,4-dimethyl-1,3-dioxane to isoprene, formaldehyde and water using the catalyst management according to the invention are all conceivable embodiments, e.g. B. fixed bed, moving bed and fluidized bed, possible. Preferably the inventive method is carried out in a fluidized bed, with the on the catalyst Deposited coke is burned off in a regenerator and the catalyst is continuously in the Circle is led. A carrier impregnated with phosphoric acid, preferably silica, is used as the catalyst used. It is not actually necessary to soak the catalyst beforehand, as it slowly increases with it which charges the circulating phosphoric acid. However, since this process takes a long time it makes sense to use a carrier that has already been soaked in phosphoric acid. The cleavage reaction will at temperatures of 200 to 400 ° C., preferably 250 to 350 ° C., carried out. To facilitate the split as well as to better maintain the state of the vortex steam can also be injected into the reactor.
Die Reaktionsprodukte verlassen den Spaltreaktor und werden in bekannter Weise kondensiert. Beim Arbeiten im Wirbelbett benutzt man zweckmäßiger weise ein System von Zyklonen, um zunächst den Katalysator abzuscheiden. Die Kühlung und Kondensation der Reaktionsprodukte wird zweckmäßigerweise in einem Quenchsystem durchgeführt. Die kondensierten Reaktionsprodukte scheiden sich in zwei Phasen: eine obere organische und eine untere wäßrige Phase. In der wäßrigen Phase befindet sich nun die aus dem Spaltsystem ausgetragene Phosphorsäure, die im Kreislauf zusammen mit dem ebenfalls in der wäßrigen Phase enthaltenen Formaldehyd als Katalysator in die Stufe 1 zurückgeführt wird.The reaction products leave the cleavage reactor and are condensed in a known manner. At the When working in a fluidized bed, a system of cyclones is expediently used to initially generate the Separate catalyst. The cooling and condensation of the reaction products is expedient carried out in a quench system. The condensed reaction products separate into two Phases: an upper organic and a lower aqueous phase. In the aqueous phase is now the Phosphoric acid discharged from the cleavage system, which is circulated together with that also in the aqueous Phase contained formaldehyde is returned to stage 1 as a catalyst.
Die obere Phase der Reaktionsprodukte nach dem Kühlsystem wird in an sich bekannter Weise durch Destillation aufgearbeitet, um reines Isopren zu erhalten. Nicht kondensierbare Anteile, z. B. Isobuten, können durch Kompression verflüssigt werden.The upper phase of the reaction products after the cooling system is carried out in a manner known per se Distillation worked up to obtain pure isoprene. Non-condensable parts, e.g. B. isobutene, can be liquefied by compression.
Erfindungsgemäß wird also für Stufe 1 und 2 des Verfahrens Phosphorsäure im Kreislauf über beide Stufen geführt.According to the invention, phosphoric acid is thus circulated over both for stages 1 and 2 of the process Steps led.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert, die das Verfahren jedoch keineswegs in den einzelnen Durchführungsformen einschränken und nur der Verdeutlichung dienen.The process according to the invention will be explained in more detail with reference to the following examples which illustrate the process However, in no way restrict the individual forms of implementation and only for clarification serve.
In einem Rührautoklav von 0,71 Inhalt wurden 151 g 37gewichtsprozentige Formaldehydlösung mit unterschiedlichen Zusätzen an Phosphorsäure und 200 g eines C4-Kohlenwasserstoffgemisches mit einem Gehalt von 46,5 Volumprozent Isobuten bei verschiedenen Temperaturen gerührt. Nach jeweils 1 Stunde wurde der Rührer abgeschaltet und nach dem Ab-In a stirred autoclave with a volume of 0.71, 151 g of 37 weight percent formaldehyde solution with various additions of phosphoric acid and 200 g of a C 4 hydrocarbon mixture with a content of 46.5 volume percent isobutene were stirred at various temperatures. After 1 hour in each case, the stirrer was switched off and after it was switched off
kühlen der Überschuß an Q-Kohlcnwasserstoffen über eine Gaspipette (zur Analyse) und eine Gasuhr zur Mengenmessung entspannt. Der Rückstand wurde anschließend in eine wäßrige und eine organische Phase aufgetrennt und beide Produkte gaschromatographisch untersucht. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 1.cool the excess Q-hydrocarbons relaxed via a gas pipette (for analysis) and a gas meter for volume measurement. The residue was then separated into an aqueous and an organic phase and both products by gas chromatography examined. Table 1 shows the results.
In der Versuchsanordnung wie im Beispiel 1 wurden 151 g 37gewichtsprozentige Formalinlösung und 200 g eines Q-Gemisches mit einem Gehalt von 46,5 % Isobuten bei verschiedenen Temperaturen und mit verschiedenen Phosphorsäuregehalten 20 Minuten ge-In the test arrangement as in Example 1, 151 g of 37 weight percent formalin solution and 200 g of a Q mixture with a content of 46.5 % isobutene were used for 20 minutes at different temperatures and with different phosphoric acid contents.
rührt. Anschließend wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 2.stirs. The procedure was then as in Example 1. The results are shown in Table 2.
°Ctemperature
° C
aiiipressure
aiii
Formaldehyd
lösung
GewichtsprozentH 3 PO 4 in the
formaldehyde
solution
Weight percent
UmsatzFormaldehyde-
sales volume
UmsatzIsobutene
sales volume
umgesetzten umgesetztes
Formaldehyd IsobutenDioxane selectivity based on:
implemented implemented
Formaldehyde isobutene
62,5%
68,7%
66,7%62.9%
62.5%
68.7%
66.7%
Nr.attempt
No.
130
130
120140
130
130
120
30
31
2335
30th
31
23
0,28
0,56
0,560.28
0.28
0.56
0.56
90,6%
96,3%
86,2%97.9%
90.6%
96.3%
86.2%
56,2%
63,8%
48,8%67.9%
56.2%
63.8%
48.8%
76,8%
80,3%
67,2%78.1%
76.8%
80.3%
67.2%
2
3
41
2
3
4th
110
110
130
140
140
170110
110
130
140
140
170
19
22
26
32
40
5819th
22nd
26th
32
40
58
1.13% 0,56% 0,28% 0,28% 0.14% 0,i4%1.13% 0.56% 0.28% 0.28% 0.14% 0.14%
56,7% 54,4% 62,5% 88,9% 72.7% 94,0%56.7% 54.4% 62.5% 88.9% 72.7% 94.0%
29,6%
30,5%
36,5%
57,5%
44 9«/29.6%
30.5%
36.5%
57.5%
44 9 «/
63,5%63.5%
68,2% 67,3% 62,8% 69,0% 79,5% 71,3%68.2% 67.3% 62.8% 69.0% 79.5% 71.3%
73,3% 67,3% 63,6% 59,7% 72,3% 59,2%73.3% 67.3% 63.6% 59.7% 72.3% 59.2%
a) 4,4-Dimethyl-l,3-dioxanherstelIunga) 4,4-Dimethyl-1,3-dioxane production
Die Versuchsanordnung zur kontinuierlichen Herstellung von 4,4-Dimethyl-l,3-dioxan ist in anliegender F i g. 1 dargestellt.The experimental set-up for continuous production of 4,4-dimethyl-1,3-dioxane is shown in the attached FIG. 1 shown.
Durch eine Rührkesselkaskade von 7 Kesseln, mit einem Gesamtvolumen von 20,4 Liter, von denen die Kessel (1 bis 3) und (4 bis 6) durch je dreifache Kammerung zweier größerer Kessel entstanden sind, wurden unter einem Druck von 29 atü und bei Temperaturen von 1300C in den Kesseln (1 bis 3), 1350C in den Kesseln (4 bis 6) und 1370C in Kessel (7) pro Stunde 12,1 kg 37%iger Formaldehyd (20) mit einem Gehalt von 0,24 Gewichtsprozent an Phosphorsäure als Katalysator und 12,9 kg eines von Butadien durch Extraktivdestillation befreiten Krack-C4-Schnittes (18) mit einem Gehalt von 6,1 kg Isobuten durchgepumpt. Zusätzlich wurden als Spülung für die Stopfbuchsen der Rührer 2,0 kg Wasser eingesetzt.Through a stirred tank cascade of 7 tanks with a total volume of 20.4 liters, of which the tanks (1 to 3) and (4 to 6) were created by each triple chambering of two larger tanks, were under a pressure of 29 atm and at Temperatures of 130 ° C. in the kettles (1 to 3), 135 ° C. in the kettles (4 to 6) and 137 ° C. in the kettle (7) per hour with a content of 12.1 kg of 37% formaldehyde (20) of 0.24 percent by weight of phosphoric acid as a catalyst and 12.9 kg of a cracked C 4 cut (18) which has been freed from butadiene by extractive distillation and has a content of 6.1 kg of isobutene. In addition, 2.0 kg of water were used to rinse the stuffing boxes of the stirrer.
Hinter dem letzten Rührkessel befand sich ein Abscheider (8) in dem die Reaktionsmischung in ein·? organische (12) und eine wäßrige Phase (13) getrennt wurde.Behind the last stirred tank there was a separator (8) in which the reaction mixture was separated into a ·? organic (12) and an aqueous phase (13) was separated.
Die organische Phase wurde in eine Destillationskolonne (9) abgezogen und in 9,4 kg/Stunde eines C4-Schnittes (14) am Kopf der Kolonne mit einemThe organic phase was drawn off into a distillation column (9) and in 9.4 kg / hour of a C 4 cut (14) at the top of the column with a
Gehalt von 28,51% i-Buten und in 6,32 kg/Stunde eines rohen Dioxangemisches (15) mit einem Gehalt von 82,0% 4,4-Dimethyl-l,3-dioxan am Sumpf aufgetrennt. Die wäßrige Phase (13) aus dem Abscheider wurde in einer Vakuumkolonne (10) destilliert. Dabei wurden am Sumpf erhalten: 1,1 kg/Stunde eines organischen Rückstandes (16), der 1,8% Phosphorsäure enthielt und am Kopf ein Destillat (17), das zur Entfernung von 4,4-Dimethyl-l,3-dioxan und tert.-Butanol in einer Extraktionskolonne (11) mit dem als Einsatzprodukt dienenden C4-Schnitt (18) extrahiert wurde. Nach der Extraktion wurden aus dem Extraktor 10,1 kg Abwasser (19) erhalten mit einem Restgehalt an Formaldehyd von 1,36 kg/Stunde. Das Reaktionsergebnis betrug demnach:Content of 28.51% i-butene and 6.32 kg / hour of a crude dioxane mixture (15) with a content of 82.0% 4,4-dimethyl-1,3-dioxane at the bottom. The aqueous phase (13) from the separator was distilled in a vacuum column (10). The following were obtained at the bottom: 1.1 kg / hour of an organic residue (16) which contained 1.8% phosphoric acid and at the top a distillate (17) which is used to remove 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and tert-butanol was extracted in an extraction column (11) with the C 4 cut (18) serving as the feedstock. After the extraction, 10.1 kg of waste water (19) were obtained from the extractor with a residual formaldehyde content of 1.36 kg / hour. The result of the reaction was therefore:
Formaldehydumsatz 69,7 %Formaldehyde conversion 69.7%
Isobutenumsatz 56,1 %Isobutene conversion 56.1%
Dioxanselektivität (bezogen auf Formaldehyd) 75,9%Dioxane selectivity (based on formaldehyde) 75.9%
Dioxanseiektivität (bezogen auf ge-Dioxane activity (based on
samtes umgesetztes Isobuten) 72,5%total converted isobutene) 72.5%
Verweilzeit in der Kaskade 37 MinutenDwell time in the cascade 37 minutes
In der gleichen Versuchsanordnung wurden unter den gleichen Reaktionsbedingungen vier weitere Versuchsreihen gefahren, deren charakteristische Daten in Tabelle 3 zusammengefaßt sind.In the same experimental set-up, four further series of experiments were carried out under the same reaction conditions whose characteristic data are summarized in Table 3.
12,4 kg/h 0,12%12.4 kg / h 0.12%
mit 4,6 kg bez. aufwith 4.6 kg related to
HCHO Form-HCHO Form
(100%) aldehyd(100%) aldehyde
11,95 kg/h 0,5%
mit 4,42 kg bez. auf
HCHO Form-(100%) aldehyd11.95 kg / h 0.5%
with 4.42 kg relative to
HCHO form (100%) aldehyde
15,0 kg/h 0,48%
mit 4,50 kg
HCHO
(100%)15.0 kg / h 0.48%
with 4.50 kg
HCHO
(100%)
15,0 kg/h
mit Rückführformalin Gehalt
4,48 kg
HCHO
000%)15.0 kg / h
with return formal content
4.48 kg
HCHO
000%)
0,48%0.48%
12,9 kg/h 49,7% — 5,0 kg/h 82,9%12.9 kg / h 49.7% - 5.0 kg / h 82.9%
C4-GemischC 4 mixture
mit 5,94 kgwith 5.94 kg
IsobutenIsobutene
12,9 kg/h 79,5% 70,3% 7,54 kg/h 80,5%12.9 kg / h 79.5% 70.3% 7.54 kg / h 80.5%
C4-GemischC 4 mixture
mit 5,94 kgwith 5.94 kg
IsobutenIsobutene
15,1 kg/h 75,4% 54,3% 6,76 kg/h 82,0%15.1 kg / h 75.4% 54.3% 6.76 kg / h 82.0%
C4-GemischC 4 mixture
mit 7,02 kgwith 7.02 kg
IsobutenIsobutene
13,1 kg/h 75,8% 57,8% 6,15 kg/h 82,3%13.1 kg / h 75.8% 57.8% 6.15 kg / h 82.3%
C4-GemischC 4 mixture
mit 6,1 kgwith 6.1 kg
HCHOHCHO
(100%) 93,8;(100%) 93.8;
77,2%77.2%
82,4% 69,5%82.4% 69.5%
77,6% 64,1%77.6% 64.1%
60? 608/14i60? 608 / 14i
ίοίο
Mischung UmsatzExperiment with use of dioxane - Dioxane
Mix sales
lösung mit
Formaldehyd-
Konzentrationformaldehyde
solution with
Formaldehyde-
concentration
in der Rück-
formaldehyd-
lösung Η ,, ΡΟ, -Κοηζ.
in the back
formaldehyde-
solution
ProdukteHigher boiling
Products
Dioxan + 1,0 kg/h
Abdampfrückstand
mit 0,7% H3PO4 2 11.0 kg / h raw 96.3%
Dioxane + 1.0 kg / h
Evaporation residue
with 0.7% H 3 PO 4
mit 21,4%
Formaldehyd11.25 kg / h
with 21.4%
formaldehyde
Dioxan + 0,3 kg/h
Λ bdampfrückstand
mit 1,8% H3PO4
+ 0,7 kg/h Rück-
führ-Produkt aus
der Spaltung3 11.0 kg / h raw 97.6%
Dioxane + 0.3 kg / h
Λ vapor residue
with 1.8% H 3 PO 4
+ 0.7 kg / h return
lead product
the split
mit 20,3 %
Formaldehyd11.16 kg / h
with 20.3%
formaldehyde
b) Dioxanspaltungb) Dioxane cleavage
Die Spaltung des nach a) hergestellten 4,4-DimethyI-1,3-dioxans wurde in der an Hand anliegenden F i g. 2 beschriebenen Versuchsapparatur durchgeführt.The cleavage of the 4,4-dimethyl-1,3-dioxane prepared according to a) was in the attached Fig. 2 described experimental apparatus carried out.
Der Reaktor (I) der Versuchsanlage bestand aus einem Rohr von 80 mm Durchmesser und einer Länge von 1300 mm. Oben war das Rohr auf einer Länge von 600 mm erweitert auf einen Durchmesser von 135 mm. Unten war der Reaktor konisch zusammengezogen, und dort befand sich eine Düse (2) für den Einsatz von Wasserdampf. Unmittelbar über dem Konus befand sich ein seitlich angeordneter Stutzen mit einer Dampfdüse zur Belebung (3) für den Katalysatorzulauf über eine Falleitung (4) aus dem Regenerator (5). 300 mm oberhalb des Zulaufstutzens für den Katalysator war eine wassergekühlte Düse (6) zum Einbringen der Dioxaneinsatzmischung eingesetzt. In den unteren Teil des Reaktors wurde der aus dem Regenerator mit einer Temperatur von 580 bis 61O0C ankommende Katalysator eingebracht, mit stündlich 3,2 kg Wasserdampf durch die Düse im Wirbelzustand gehalten und mit kälterem Katalysator im Reaktor gemischt. Zum besseren Einlauf des Katalysators wurden durch Düse (3) stündlich 400 bis 600 g Belebungsdampf eingrblasen.The reactor (I) of the experimental plant consisted of a pipe 80 mm in diameter and 1300 mm in length. At the top, the pipe was extended over a length of 600 mm to a diameter of 135 mm. At the bottom the reactor was conically contracted, and there was a nozzle (2) for the use of steam. Immediately above the cone was a laterally arranged nozzle with a steam nozzle for activation (3) for the catalyst feed via a downpipe (4) from the regenerator (5). A water-cooled nozzle (6) for introducing the dioxane feed mixture was used 300 mm above the inlet connection for the catalyst. In the lower part of the reactor, the incoming from the regenerator having a temperature of 580 to 61O 0 C catalyst was charged with 3.2 kg per hour of water vapor held by the nozzle in the fluidized state and mixed with colder catalyst in the reactor. To improve the running-in of the catalyst, 400 to 600 g of activation steam were blown in every hour through nozzle (3).
Durch die Einsatzdüse für das Dioxangemisch (6) wurden stündlich 12 kg des nach a) gewonnenen Roh-Dioxans mit einem Gehalt von 0,2 Gewichtsprozent Tri-isobutylphosphat kalt in den Reaktor eingespritzt. Die Temperatur im Spaltteil des Reaktors betrug 300 bis 3100C, der Druck 0,2 bis 0,3 atü. Sofort nachdem Einsprühen verdampfte das Dioxan, und die Spaltung setzte ein. Der Katalysator und die Spaltprodukte stiegen im Reaktor nach oben und trennten sich im oberen, erweiterten Teil des Reaktors.Through the insert nozzle for the dioxane mixture (6), 12 kg of the crude dioxane obtained according to a) and containing 0.2 percent by weight of tri-isobutyl phosphate were injected cold into the reactor every hour. The temperature in the gap part of the reactor was 300 to 310 0 C, the pressure 0.2 to 0.3 atm. Immediately after the spraying, the dioxane evaporated and the cleavage began. The catalyst and the cleavage products rose to the top of the reactor and separated in the upper, enlarged part of the reactor.
Der Katalysator lief durch eine Abstreifzone (7), in der der ablaufende Katalysator mit einer Dampfmenge von 0,5 kg/h abgestreift wurde, aus dem Reaktor ab und wurde in dem pneumatischen Lift (8) in den Regenerator befördert. Dort wurde der Koks abgebrannt und dem Katalysator die für die Spaltreaktion benötigte Wärme zugeführt.The catalyst passed through a stripping zone (7) in which the catalyst drained off with an amount of steam of 0.5 kg / h was stripped from the reactor and was in the pneumatic lift (8) in promoted the regenerator. There the coke was burned off and the catalyst for the cracking reaction required heat supplied.
Die gasförmigen Spaltprodukte gelangten zunächst zur Abscheidung von Katalysatorstaub in einen Zyklon (9) und von dort in ein Abkühl- und Kompressionssystem (10), in dem die Produkte in an sich bekannter Weise abgekühlt und verflüssigt wurden.The gaseous cleavage products were first placed in a cyclone for the separation of catalyst dust (9) and from there into a cooling and compression system (10) in which the products are known per se Way were cooled and liquefied.
Schließlich wurden die einzelnen Produkte in einem Destillationssystem aufgearbeitet. Über das Reinigungssystem wurden zusätzlich 2,0 kg Waschwasser dem Spaltprozeß zugeführt.After all, the individual products were rolled into one Worked up distillation system. An additional 2.0 kg of washing water was passed through the cleaning system fed to the cleavage process.
Nach dem Aufarbeiten erhielt man:After working up, you got:
Isopren 3,40 kg/hIsoprene 3.40 kg / h
Isobuten 0,40 kg/hIsobutene 0.40 kg / h
Eine Rückformaldehydlösung mit einem Gehalt von 19% Formaldehyd
und 0,01 % freier Phosphorsäure .... 11,0 kg/h
Dioxan und sonstige Produkte zurA formaldehyde solution containing 19% formaldehyde
and 0.01% free phosphoric acid .... 11.0 kg / h
Dioxane and other products for
Rückführung 1,0 kg/hReturn 1.0 kg / h
Hochpolymere und sonstige Nebenprodukte "! 0,33 kg/hHigh polymers and other by-products "! 0.33 kg / h
Der Dioxanumsatz betrug 96,3 %.The dioxane conversion was 96.3%.
Die Ergebnisse zweier weiterer Versuchsreihen sind in Tabelle 4 angegeben.The results of two further series of tests are given in Table 4.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (5)
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RO7168174A RO70179A (en) | 1970-09-09 | 1971-09-09 | PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF IZOPRENE |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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---|---|
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DE2044623B2 DE2044623B2 (en) | 1975-07-03 |
DE2044623C3 true DE2044623C3 (en) | 1976-02-19 |
Family
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