DE2135158C3 - Process for the production of isoprene - Google Patents

Process for the production of isoprene

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DE2135158C3 DE19712135158 DE2135158A DE2135158C3 DE 2135158 C3 DE2135158 C3 DE 2135158C3 DE 19712135158 DE19712135158 DE 19712135158 DE 2135158 A DE2135158 A DE 2135158A DE 2135158 C3 DE2135158 C3 DE 2135158C3
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Kazuo; Wada Takeo; Furuoya Itsuo; Osaka Okada (Japan)
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Description

Um den steigenden Bedarf an Isopren als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Synthesekautschuk u. dgl. zu decken, ist ein Verfahren erwünscht, das es ermöglicht, Isopren leicht in hoher Reinheit und in guter Ausbeute herzustellen. Zu diesem Zwecke wurde die direkte Herstellung (Einstufenverfahren) durch Kondensation von Isobutylen und Formaldehyd auf Grund der vereinfachten Arbeitsweise vorgeschlagen. Für dieses Einstufenverfahren sind mehrere Katalysatoren, z. B. Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd, Cadmiumphosphat, Phosphorsäure-Chromoxyd (oder Chromhydroxyd), Phosphorsäure-Manganoxyd (oder Manganhydroxyd), bekannt. Diese bekannten Katalysatoren haben jedoch die folgenden Nachteile:To meet the increasing demand for isoprene as a starting material for the production of synthetic rubber and the like, a method is desired that enables isoprene to be easily converted into high To produce purity and in good yield. For this purpose, the direct production (one-step process) proposed by condensation of isobutylene and formaldehyde due to the simplified procedure. For this one-step procedure are several catalysts, e.g. B. aluminum oxide, silicon dioxide-aluminum oxide, cadmium phosphate, Phosphoric acid-chromium oxide (or chromium hydroxide), phosphoric acid-manganese oxide (or Manganese hydroxide), known. However, these known catalysts have the following disadvantages:

1. Geringer Umsatz des Formaldehyds (d. h. Verhältnis der Menge des umgesetzten Formaldehyds zur Menge des eingesetzten Formaldehyds).1. Low conversion of formaldehyde (i.e. ratio of the amount of converted formaldehyde the amount of formaldehyde used).

2. Schlechte Ausbeute an Isopren, bezogen auf umgesetzten Formaldehyd.2. Poor yield of isoprene based on converted formaldehyde.

Da diese bekannten Verfahren durch zwangläufig bei der Kondensationsreaktion gebildete Kohlenstoffverbindungen vergiftet werden, nimmt der Umsatz von Formaldehyd im Verlauf der Reaktionsdauer schnell ab. Mit anderen Worten, bei Verwendung der bekannten Katalysatoren muß die Regenerierung durch Abbrennen der Katalysatoren zur Entfernung der Kohlenstoffverbindungen in sehr kurzen Abständen wiederholt werden. Diese häufige Regenerierung ist vom technischen Standpunkt unerwünscht.Since these known processes are inevitably formed by carbon compounds during the condensation reaction are poisoned, the conversion of formaldehyde increases in the course of the reaction time off quickly. In other words, when the known catalysts are used, the regeneration must be carried out by burning off the catalysts to remove the carbon compounds at very short intervals be repeated. This frequent regeneration is undesirable from a technical point of view.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die vorstehend genannten Nachteile ausgeschaltet werden, wenn ein fester Katalysator verwendet wird, der Siliciumdioxyd und eine Wismutkomponente enthältIt has now surprisingly been found that the abovementioned disadvantages are eliminated when a solid catalyst is used, the silica and a bismuth component contains

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein großtechnisch durchführbares Verfahren zur Herstellung von Isopren in hoher Reinheit sowie in hoher Ausbeute bei langer Lebensdauer des Katalysators.The invention accordingly provides a process for production that can be carried out on an industrial scale of isoprene in high purity and in high yield with a long service life of the catalyst.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isopren, das dadurch gekennzeichnet ist,The invention relates to a method for the production of isoprene, which is characterized in

ίο daß man Isobutylen mit Formaldehyd in der Dampfphase in Gegenwart eines festen Katalysators, der Siliciumdioxyd und eine Wismutkomponente enthält, umsetzt.
Der beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete feste Katalysator wird hergestellt, indem eine Siliciumkomponente mit eine/ Wismutkomponente Zusammengegeben und das erhaltene Gemisch erhitzt wird.
Als Siliciumkomponente eignen sich beispielsweise Siliciumdioxyd (z. B. Silicaxerogel, Silicahydrogel, Kieselsol, kristallines Siliciumdioxyd), kieselsaure Salze (z. B. Kaliumsilicat und Natriumsilicat), Siliciumhalogenide (ζ. B. Siliciumtetrachlorid und Siliciumtetrafluorid), Kieselsäureester (ζ. B. Tetraäthylorthosilicat), andere Verbindungen, die sich leicht in die Siliciumkomponente umwandeln lassen, und Tonminerale, die solche Verbindungen enthalten.
Als Wismutkomponente eignen sich beispielsweise Wismutoxyd (z. B. Wismuttrioxyd und Wismutpentoxyd), Wismuthydroxyd [ζ. Β BiO(OH) und Bi(OH)3], Wismutsäure und ihre Salze (z. B. Orthowismutsäure, Natriumwismutat, Kaliumwismutat und Ammoniumwismutat), Wismuthalogenide, Ammonowismut oder seine Teilhydrolysate (z. B. Wismutpentachlorid, Wismuttrichlorid, Wismutammonobromid und Wismutoxychlorid), Wismutsalze mit anorganischen Säuren oder die entsprechenden basischen Wismutsalze (z. B. Wismutnitrat, Wismutsulfat und basisches Wismutsulfat), Wismutcarbonat und basisches Wismutcarbonat, Wismutchalcogenide (z. B. Wismutsulfid, Wismutselenid und Wismuttellurid), organische Wismutverbindungen (z. B. CH3BiCl2), Wismutsalze mit organischen Säuren
ίο that isobutylene is reacted with formaldehyde in the vapor phase in the presence of a solid catalyst containing silicon dioxide and a bismuth component.
The solid catalyst used in the process according to the invention is prepared by combining a silicon component with a bismuth component and heating the resulting mixture.
Suitable silicon components are, for example, silicon dioxide (e.g. silica xerogel, silica hydrogel, silica sol, crystalline silicon dioxide), silicic acid salts (e.g. potassium silicate and sodium silicate), silicon halides (ζ. B. silicon tetrachloride and silicon tetrafluoride), silicic acid esters (ζ. Tetraethylorthosilicate), other compounds that can easily be converted into the silicon component, and clay minerals containing such compounds.
Suitable bismuth components are, for example, bismuth oxide (e.g. bismuth trioxide and bismuth pentoxide), bismuth hydroxide [ζ. Β BiO (OH) and Bi (OH) 3 ], bismuth acid and its salts (e.g. ortho bismuth acid, sodium bismuthate, potassium bismuthate and ammonium bismuthate), bismuth halides, ammonowismuth or its partial hydrolysates (e.g. bismuth pentachloride, bismuth trichloride oxychloride, bismuth ammonium chloride) , bismuth salts with inorganic acids or the corresponding basic bismuth salts (eg. as bismuth nitrate, bismuth sulfate, and basic bismuth sulfate), bismuth carbonate, and basic bismuth carbonate, Wismutchalcogenide (z. B. bismuth sulphide, bismuth selenide and bismuth telluride), organic bismuth compounds (eg. B. CH 3 BiCl 2 ), bismuth salts with organic acids

(z. B. Wismutpyrogallat), Wismutalkoholate [z. B. Bi(OC2Hg)3], Wismutrhodanat und metallisches Wismut.(e.g. bismuth pyrogallate), bismuth alcoholates [e.g. B. Bi (OC 2 Hg) 3 ], bismuth rhodanate and metallic bismuth.

Die beiden Komponenten werden durch Mischen oder Umsetzung nach an sich bekannten Verfahren zusammengegeben, z. B.The two components are mixed or reacted by methods known per se put together, z. B.

1. durch Mischen einer wäßrigen Lösung der Siliciumkomponente mit einer wäßrigen Lösung der Wismutkomponente, wobei Gelbildung der beiden Komponenten stattfindet,1. by mixing an aqueous solution of the silicon component with an aqueous solution the bismuth component, whereby gelation of the two components takes place,

2. Imprägnierung einer Komponente mit einer wäßrigen Lösung der anderen Komponente,2. Impregnation of one component with an aqueous solution of the other component,

3. Ionenaustausch,3. ion exchange,

4. auf physikalischem Wege mit Hilfe einer Kugelmühle, eines Kneters u. dgl.,4. by physical means with the help of a ball mill, a kneader, etc.,

5. gleichmäßiges Aufdampfen einer Wismutverbindung auf Siliciumdioxyd und5. Uniform vapor deposition of a bismuth compound on silicon dioxide and

6. Mischen einer organischen Wismutverbindung mit einer Organosiliciumverbindung und Hydrolyse des erhaltenen Gemisches.6. Mixing an organic bismuth compound with an organosilicon compound and hydrolysis of the mixture obtained.

Wenn kein Siliciumdioxyd, sondern eine andere Verbindung als Siliciumkomponente verwendet wird, oder wenn kein Wismutoxyd, sondern eine andereIf a compound other than silicon dioxide is used as the silicon component, or if not bismuth oxide, but a different one

Wisrnutverbindung als Wismutkomponeate verwendet wird, ist es zweckmäßig, das Gemisch der beiden Komponenten mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Säure (z. B. Salzsäure und Schwefelsäure und/oder durch Erhitzen in Gegenwart von Sauerstoff zu hydrolysieren.Wisrnutverbindungen used as bismuth component it is advisable to mix the two components with an aqueous solution an inorganic acid (e.g. hydrochloric acid and sulfuric acid and / or by heating in the presence to hydrolyze oxygen.

Das Verhältnis der Wismutkomponente zum Siliciumdioxyd im festen Katalysator kann innerhalb eines weiten Bereichs liegen, beträgt jedoch gewöhnlich etwa 0,001:1 bis 1:1, vorzugsweise etwa 0,01:1 bis 0,6:1, wobei ein Verhältnis von etwa 0,01:1 bis 0,1:1, gerechnet als Atomverhältnis von Wismut zu Silicium, besonders bevorzugt wird.The ratio of the bismuth component to the silicon dioxide in the solid catalyst can be within of a wide range, but is usually about 0.001: 1 to 1: 1, preferably about 0.01: 1 to 0.6: 1, with a ratio of about 0.01: 1 to 0.1: 1, calculated as the atomic ratio of Bismuth to silicon, is particularly preferred.

Die auf diese Weise kombinierten Komponenten werden dann auf eine Temperatur von etwa 40 bis 1000° C, vorzugsweise etwa 180 bis 800° C, erhitzt. Erhitzt wird gewöhnlich in Gegenwart von Luft, Inertgasen (z. B. Stickstoff und Kohlendioxyd), Sauerstoff, Wasserstoff, Wasserdampf oder Gemischen dieser Gase. Vorzugsweise wird in Gegenwart von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen erhitzt. Da die Kondensationsreaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd im allgemeinen bei einer Temperatur über etwa 180° C durchgeführt wird, ist es nicht unbedingt notwendig, den Katalysator vor der Verwendung für die Reaktion zu erhitzen.The components combined in this way are then brought to a temperature of about 40 to 1000 ° C, preferably about 180 to 800 ° C, heated. Heating is usually done in the presence of air, Inert gases (e.g. nitrogen and carbon dioxide), oxygen, hydrogen, water vapor or mixtures of these gases. It is preferred in the presence of oxygen or oxygen-containing gases heated. Since the condensation reaction between isobutylene and formaldehyde generally occurs carried out at a temperature above about 180 ° C it is not absolutely necessary to use the catalyst for the reaction before using it heat.

Der in dieser Weise hergestellte feste Katalysator enthält Siliciumdioxyd und eine Wismutkomponente. Die Wismutkomponente im festen Katalysator kann in Form von elementarem Metall, Ionen oder wismuthaltigen Verbindungen, z. B. Oxyden, Hydroxyden oder Übergangsstufen zwischen diesen Verbindungen, vorliegen, jedoch liegt wenigstens ein Teil der Wismutkomponente in Form ihres Oxyds, z. B. als Bi2O., vor.The solid catalyst prepared in this way contains silica and a bismuth component. The bismuth component in the solid catalyst can be in the form of elemental metal, ions or compounds containing bismuth, e.g. B. oxides, hydroxides or transition stages between these compounds, but at least part of the bismuth component is in the form of its oxide, e.g. B. as Bi 2 O., before.

Der gemäß der Erfindung verwendete feste Katalysator kann außerdem als weiteren Bestandteil weniestens eines der Elemente Al, P, B, W, Fc, Ti, Zr, V, Cr, Mo, Mn, Co, Ni, Cu, Ag, Cd, Mg, Ca, Tl, Sn, Pb, Rb, Cs, Sr, Ba, Nd1 In und Te in einer Menge enthalten, die einem Gewichtsverhältnis des untergeordneten Bestandteils zu Siliciumdioxyd von etwa 0,0001:1 bis 0,5 :1, gerechnet als Atomverhältnis des entsprechenden Elements oder der entsprechenden Elemente zu Silicium, entspricht. Besonders zu empfehlen auch vom Standpunkt der Lebensdauer des festen Katalysators ist der Zusatz von Aluminium.The solid catalyst used according to the invention can also be used as a further component of at least one of the elements Al, P, B, W, Fc, Ti, Zr, V, Cr, Mo, Mn, Co, Ni, Cu, Ag, Cd, Mg, Ca, Tl, Sn, Pb, Rb, Cs, Sr, Ba, Nd 1 In and Te contained in an amount equivalent to a weight ratio of minor ingredient to silica of about 0.0001: 1 to 0.5: 1, calculated as Atomic ratio of the corresponding element or elements to silicon. The addition of aluminum is particularly recommended from the standpoint of the service life of the solid catalyst.

Der Zusatz der vorstehend genannten Elemente als Nebenbestandteile kann vor dem Zusammengeben der Siliciumkomponente mit der Wismutkomponente oder nach dem Zusammengeben dieser beiden Komponenten erfolgen. Diese Elemente können den Katalysator beispielsweise in Form der entsprechenden Nitrate, Halogenide, Sulfate, Salze mit organischen Säuren (z. B. Essigsäure), Ammoniumsalzen oder anderen üblichen Verbindungen zugesetzt werden.The above-mentioned elements can be added as minor components before they are combined the silicon component with the bismuth component or after combining these both components. These elements can be the catalyst, for example in the form of the appropriate Nitrates, halides, sulfates, salts with organic acids (e.g. acetic acid), ammonium salts or other common compounds can be added.

Das Mengenverhältnis der Nebenbestandteile zu Siliciumdioxyd im festen Katalysator liegt vorzugsweise bei etwa 0,001:1 bis 0,2:1, gerechnet als Atomverhältnis des entsprechenden Elements oder der entsprechenden Elemente zu Silicium. Die Zugabe der Nebenbestandteile kann nach den oben genannten Verfahren erfolgen.The quantitative ratio of the secondary constituents to silicon dioxide in the solid catalyst is preferably at about 0.001: 1 to 0.2: 1, calculated as the atomic ratio of the corresponding element or of the corresponding elements to silicon. The addition of the secondary constituents can be as mentioned above Procedure.

Wenigstens ein Teil der als Nebenbestandteile vorhandenen Elemente im festen Katalysator liegt in Form des entsprechenden Oxyds, z. B. als Al2O3, P2O5, B2O3, WO3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, V2O5, Cr2O3, Mo3, MnO2, Co0O3, NiO, CuO, Ag2O, CdO, MgO, CaO, Tl2O, SnO2, PbO, Rb2O, Cs2O, SrO, BaO, Nd2O3, Ia2O3 und TeO8, vor.At least some of the elements present as minor components in the solid catalyst are in the form of the corresponding oxide, e.g. B. as Al 2 O 3 , P 2 O 5 , B 2 O 3 , WO 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Mo 3 , MnO 2 , Co 0 O 3 , NiO, CuO, Ag 2 O, CdO, MgO, CaO, Tl 2 O, SnO 2 , PbO, Rb 2 O, Cs 2 O, SrO, BaO, Nd 2 O 3 , Ia 2 O 3 and TeO 8 , before.

Die Herstellung von Isopren gemäß der Erfindung erfolgt durch die Kondensationsreaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd in der Dampfphase in Gegenwart des oben beschriebenen Katalysators. DasThe production of isoprene according to the invention takes place through the condensation reaction between Isobutylene and formaldehyde in the vapor phase in the presence of the catalyst described above. The

ίο Molverhältnis von Isobutylen zu Formaldehyd kann in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen variiert werden, jedoch wird das Isobutylen vorzugsweise im Überschuß, ζ. B. in einer Menge von mehr als 3 Mol pro Mol Formaldehyd, verwendet. Diese beiden Ausgangsmateriaüen werden in der Dampfphase gewöhnlich bei einer Temperatur von mehr als 180° C, vorzugsweise etwa 250 bis 330° C, umgesetzt.
Die Verweilzeit der Reaktionsteünehmer, d. h. des Isobutylens und Formaldehyds über dem sauren Katalysator, kann ebenfalls in Abhänigkeit von den übrigen Reaktionsbedingungen variiert werden, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 bis 100 g/Std. pro Mol der Reaktionsteilnehmer bei etwa 0,5 bis 20 Atm. Die Reaktion kann bei Normaldruck, vermindertem Druck oder erhöhtem Druck durchgeführt werden, jedoch wird zur Erzielung einer hohen Isoprenproduktion zweckmäßig bei leicht erhöhtem Druck gearbeitet.
ίο molar ratio of isobutylene to formaldehyde can be varied depending on the reaction conditions, but the isobutylene is preferably in excess, ζ. B. in an amount of more than 3 moles per mole of formaldehyde is used. These two starting materials are usually reacted in the vapor phase at a temperature of more than 180.degree. C., preferably about 250 to 330.degree.
The residence time of the reactants, ie of the isobutylene and formaldehyde over the acidic catalyst, can also be varied as a function of the other reaction conditions, but is preferably in the range from about 0.1 to 100 g / hour. per mole of reactants at about 0.5 to 20 atmospheres. The reaction can be carried out at normal pressure, reduced pressure or increased pressure, but to achieve high isoprene production it is advisable to work at slightly increased pressure.

Dem Reaktionssystem können als Verdünnungsmittel der Ausgangsmaterialien gewisse Stoffe zugesetzt werden, die die Reaktion nicht stören. Geeignet als inerte gasförmige Verbindungen sind beispielsweise Wasserdampf, Methanol, Stickstoff, Luft, Kohlendioxyd und Paraffinkohlenwasserstoffe (z. B. Methan, Äthan und Propan). Besonders erwünscht ist die Anwesenheit von Wasserdampf, da hierdurch ein plötzlicher Abfall der Aktivität des Kiftalysators verhindert und die auf umgesetzten Formaldehyd bezogene Ausbeute an Isopren erhöht wird.Certain substances can be added to the reaction system as diluents for the starting materials that do not interfere with the reaction. Examples of suitable inert gaseous compounds are Water vapor, methanol, nitrogen, air, carbon dioxide and paraffinic hydrocarbons (e.g. Methane, ethane and propane). The presence of water vapor is particularly desirable, as this results in it a sudden drop in the activity of the kiftalyser prevented and the isoprene yield based on converted formaldehyde is increased.

Wenn die Aktivität des festen Katalysators nach langer Reaktionszeit in bezug auf Umsatz und Selektivität stark abgenommen hat, wird der Katalysator regeneriert, indem er in Gegenwart von Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf erhitzt wird, worauf er erneut in die Kondensationsreaktion eingesetzt werden kann.If the activity of the solid catalyst in terms of conversion and selectivity after a long reaction time has decreased sharply, the catalyst is regenerated by being in the presence of air, oxygen or steam is heated, whereupon it can be used again in the condensation reaction can.

Der Katalysator kann in Form eines Festbetts, einer Wirbelschicht, eines bewegten Betts od. dgl.The catalyst can be in the form of a fixed bed, a fluidized bed, a moving bed or the like.

eingesetzt werden, jedoch ist der Einsatz als Festbett in einem System, bei dem mehrere Reaktoren verwendet werden und nach Deaktivierung des Katalysators auf ein frisches Bett umgeschaltet wird, am vorteilhaftesten.used, however, is the use as a fixed bed in a system in which multiple reactors are used and switched to a fresh bed after deactivation of the catalyst, on most advantageous.

Das Reaktionsprodukt wird kondensiert oder in einem geeigneten Lösungsmittel absorbiert und in bekannter Weise durch Fraktionierung oder nach anderen üblichen Verfahren isoliert. Nicht umgesetztes Isobutylen und nicht umgesetzter Formaldehyd können abgetrennt und als Ausgangsmaterialien in die Kondensationsreaktion zurückgeführt werden.The reaction product is condensed or absorbed in a suitable solvent and in isolated in a known manner by fractionation or by other conventional methods. Not implemented Isobutylene and unreacted formaldehyde can be separated and used as starting materials in the condensation reaction can be recycled.

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird Isopren mit hohem Umsatz und mit hoher Ausbeute sowie in sehr hoher Reinheit von mehr als 99% gebildet. In the manner described above, isoprene becomes high in conversion and in high yield and formed in a very high purity of more than 99%.

In den folgenden Beispielen sind der Umsatz und die Isoprenausbeute als Mittelwerte in der genannten Reaktionszeit angegeben.In the following examples, the conversion and the isoprene yield are average values in the stated Response time indicated.

Beispiel 1example 1

Natriumsilicat (Na2O · nSiO. - xH2O; SiO, 28 his 30%, Na2O 9 bis 10%, Oberfläche 450 mVg, Porenvolumen 0,80 cc/g, mittleres spezifisches Gewicht 0,48 g/cc, mittlerer Porendurchmesser 71 A) wird neutralisiert und mit Schwefelsäure geliert, zur Entfernung des Natriums mit Wasser gewaschen und dijcn bei 100° C getrocknet. Das auf diese Weise erhaltene SUicaxerogel wird zerkleinert und gesiebt. 500 g der Siebfraktion von 0,84 bis 4 mm werden zu 1,21 3n-Salzsäure gegeben, die 106,5 g Wismuttrichlorid und 8,2 g Aluminiumtrichlorid enthält. Unter ständigem Rühren wird das Gemisch 1 Tag bei Raumtemperatur stehengelassen. Es wird dann in eine Verdampfungsschale überführt, wo es auf dem Wasserbad 5 Stunden bei 100° C zur Trockene eingedampft wird, wobei Wasser und Chlorwasserstoffgas abgedampft werden. Der trockene Rückstand wird in einem Luftstrom, der Wasserdampf enthält, 2 Stunden bei 400° C gehalten, wobei ein fester Katalysator erhalten wird.Sodium silicate (Na 2 O nSiO. - xH 2 O; SiO, 28 to 30%, Na 2 O 9 to 10%, surface 450 mVg, pore volume 0.80 cc / g, mean specific weight 0.48 g / cc, average pore diameter 71 A) is neutralized and gelled with sulfuric acid, washed with water to remove the sodium and dried at 100.degree. The SUicaxerogel obtained in this way is crushed and sieved. 500 g of the sieve fraction from 0.84 to 4 mm are added to 1.21 3N hydrochloric acid, which contains 106.5 g of bismuth trichloride and 8.2 g of aluminum trichloride. The mixture is left to stand at room temperature for 1 day with constant stirring. It is then transferred to an evaporation dish, where it is evaporated to dryness on a water bath at 100 ° C. for 5 hours, during which the water and hydrogen chloride gas are evaporated. The dry residue is kept at 400 ° C. for 2 hours in a stream of air containing water vapor, a solid catalyst being obtained.

15 Gewichtsteile des in dieser Weise hergestellten festen Katalysators werden in einen Röhrenreaktor gefüllt. Isobutylen (50,49 Gewichtsteile'Std.) und gasförmiger Formaldehyd, der aus einer 40%igen wäßrigen Formaldehydlbsung verdampft wurde (9,65 Gewichtsteile/Std.), werden bei 300° C in den Reaktor eingeführt. Die Reaktion wird 10 Stunden15 parts by weight of the solid catalyst prepared in this way are placed in a tubular reactor filled. Isobutylene (50.49 parts by weight) and gaseous formaldehyde, which is obtained from a 40% strength aqueous formaldehyde solution has been evaporated (9.65 parts by weight / hour), are at 300 ° C in the Reactor introduced. The reaction is 10 hours

ίο bei Normaldruck durchgeführt. Das gebildete Isopren wird gekühlt und in flüssiger Form isoliert, während nicht umgesetzter Formaldehyd und Wasserdampf durch Absorption in Wasser abgetrennt werden. Isopren einer Reinheit von mehr als 99 % wirdίο carried out at normal pressure. The isoprene formed is cooled and isolated in liquid form, while unreacted formaldehyde and water vapor separated by absorption in water. Isoprene is more than 99% pure

durch Fraktionierung des isolierten Produkts erhalten obtained by fractionation of the isolated product

Der Umsatz von Formaldehyd und die Selektivität zu Isopren bei der vorstehend beschriebenen Reaktion sind nachstehend als Mittelwerte für jeweils 2 Stunden angegeben.The conversion of formaldehyde and the selectivity to isoprene in the reaction described above are given below as mean values for each 2 hours.

Zeit nach Beginn der Reaktion, Std. 0 bis 2 2 bis 4 4 bis 6Time after the start of the reaction, hours 0 to 2 2 to 4 4 to 6

6 bis 86 to 8

8 bis 108 to 10

Mittelwert für 10 Std.Mean value for 10 hours

Formaldehydumsatz, %
Selektivität zu Isopren, %
Formaldehyde conversion,%
Selectivity to isoprene,%

93,2
52,8
93.2
52.8

90,2
80,8
90.2
80.8

88,8
78,5
88.8
78.5

86,9
77,9
86.9
77.9

90,98
72,96
90.98
72.96

Beispiel 2Example 2

In 100 g Natriumsilicat (Na2O · nSiO„ · xH„O; SiO2 26 bis 30%, Na2O 9 bis 10%, Oberfläche 450mz/g, Porenvolumen 0,80 cc/g, mittleres spezifisches Gewicht 0,48 g/cc, mittlerer Porendurchmesser 71 A) werden 5,00 g Natriumwismutat dispergiert. Im Gemisch werden 1,02 g Neodymcarbon atdecahydrat gleichmäßig suspendiert. Das Gemisch wird durch Zusatz von 200 ml 3 n-Orthophosphorsäure in ein Gel überführt, worauf weiterhin die gleiche 3 n-Phosphorsäure allmählich zugesetzt wird, bis kein Kohlendioxyd mehr entwickelt wird. Das erhaltene Gel wird mit Wasser gewaschen, bis kein Natriumion mehr nachgewiesen wird, und 12 Stunden bei 100° C getrocknet. Dann wird es 2 Stunden auf 350° C erhitzt, während ammoniakhaltige Luft durchgeleitet wird, wobei ein fester Katalysator gebildet wird.In 100 g of sodium silicate (Na 2 O · nSiO "· xH"O; SiO 2 26 to 30%, Na 2 O 9 to 10%, surface 450m z / g, pore volume 0.80 cc / g, mean specific weight 0, 48 g / cc, mean pore diameter 71 A), 5.00 g of sodium bismuthate are dispersed. 1.02 g of neodymium carbon atdecahydrate are evenly suspended in the mixture. The mixture is converted into a gel by adding 200 ml of 3N-orthophosphoric acid, whereupon the same 3N-phosphoric acid is gradually added until no more carbon dioxide is evolved. The gel obtained is washed with water until no more sodium ion is detected and dried at 100 ° C. for 12 hours. It is then heated to 350 ° C. for 2 hours while air containing ammonia is passed through, forming a solid catalyst.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 genannten Bedingungen unter Verwendung des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten festen Katalysators durchgeführt. Die folgenden Ergebnisse werden erhalten:The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours below those mentioned in Example 1 Conditions using the solid prepared in the manner described above Catalyst carried out. The following results are obtained:

Formaldehydumsatz 85 %Formaldehyde conversion 85%

Isoprenausbeute 75%Isoprene yield 75%

Reinheit des Isoprens über 99 %Isoprene purity over 99%

Beispiel 3Example 3

1 kg handelsübliches Silicaxerogel (SiO2 99,5%, Na2O 0,25%, AI2O3 0,15%,CaO 0,05%; Siebfraktion 0,84 bis 4 mm) wird zu einer Lösung von 48,5 g Wismutnitrat in 200 ml 6 η-Salpetersäure gegeben. Das Gemisch wird auf dem Wasserbad zur Trockene eingedampft.1 kg of commercially available silica xerogel (SiO 2 99.5%, Na 2 O 0.25%, Al 2 O 3 0.15%, CaO 0.05%; sieve fraction 0.84 to 4 mm) becomes a solution of 48, Put 5 g bismuth nitrate in 200 ml 6 η-nitric acid. The mixture is evaporated to dryness on a water bath.

Gesondert werden 4,23 g Silberdihydrogenphosphat zu etwa 200 ml Wasser gegeben, worauf 30 ml einer wäßrigen 3 n-NH3-Lösung zugesetzt werden, wobei eine Lösung gebildet wird. Zu dieser LösungSeparately, 4.23 g of silver dihydrogen phosphate are added to about 200 ml of water, whereupon 30 ml of an aqueous 3N NH 3 solution are added to form a solution. To this solution

wird der oben beschriebene trockene Rückstand gegeben. Das erhaltene Gemisch wird in der oben beschriebenen Weise erneut zur Trockene eingedampft. Durch Einführen von Luft, die Wasserdampf enthält, wird der trockene Rückstand allmählich erhitzt, bis die Temperatur 500° C erreicht hat. Bei dieser Temperatur wird der Rückstand 2 Stunden gehalten, wobei ein fester Katalvsator gebildet wird.the dry residue described above is given. The mixture obtained is described in the above Way again evaporated to dryness. By introducing air containing water vapor, the dry residue is gradually heated until the temperature has reached 500 ° C. At this The residue is held at temperature for 2 hours, a solid catalyst being formed.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 p,enannten Bedingungen unter Verwendung des in der oben beschriebenen Weise hergestellten Katalysators durchgeführt. Hierbei werden die folgenden Ergebnisse erhalten:The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours below that in Example 1 p Conditions using the catalyst prepared in the manner described above accomplished. The following results are obtained:

Formaldehydumsatz 85%Formaldehyde conversion 85%

Isoprenausbeute 71 %Isoprene yield 71%

Reinheit des Isoprens über 99%Isoprene purity over 99%

Beispiel 4Example 4

Zu einer Lösung von 128 g Wismuttrichlorid in 500 ml 2 η-Salzsäure werden 500 ml einer wäßrigen 2 n-NH3-Lösung gegeben, wobei basisches Wismutchlorid ausgefällt wird. Die Fällung wird abfiltriert und mit 500 g körnigem Silicaxeroe,el und 100 ml Wasser versetzt. Das Gemisch wird 12 Stunden in einer Kugelmühle geknetet. Das erhaltene Gel wird getrocknet und zerkleinert und die Fraktion .0,84 bis 4 mm abgesiebt. Diese Siebfraktion wird 5 Tage in einem Luftstrom bei 400° C gehalten, wobei ein fester Katalysator erhalten wird. 500 ml of an aqueous 2N NH 3 solution are added to a solution of 128 g of bismuth trichloride in 500 ml of 2N hydrochloric acid, basic bismuth chloride being precipitated. The precipitate is filtered off and 500 g of granular Silicaxeroe, el and 100 ml of water are added. The mixture is kneaded in a ball mill for 12 hours. The gel obtained is dried and crushed and the fraction .0.84 to 4 mm is sieved off. This sieve fraction is kept in a stream of air at 400 ° C. for 5 days, a solid catalyst being obtained.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 ee-The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours under the ee in Example 1

nannten Bedingungen unter Verwendung des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten festen Katalysators durchgeführt. Hierbei werden die folgenden Ergebnisse erhalten:mentioned conditions using the solid prepared in the manner described above Catalyst carried out. The following results are obtained:

Formaldehydumsatz 82°/oFormaldehyde conversion 82%

Isoprenausbeute 77 %Isoprene yield 77%

Reinheit des Isoprens über 99 %>Isoprene purity over 99%>

Beispiel 5Example 5

Zu 2500 g Kieselsol, das 20 Gewichtsprozent SiO2 enthält, werden allmählich 1000 ml 2 η-Salzsäure gegeben, die 256 g Wismuttrichlorid und 45 g Eisen(III)-chlorid enthält. Unter Rühren wird dieses Gemisch durch Zusatz einer wäßrigen 3 n-NH3-Lösung auf pH 8 eingestellt, wodurch die Gelbildung vollendet wird. Das Gel wird getrocknet und zerkleinert und die Siebfraktion 0,84 bis 4 mm abgesiebt und 2 Stunden in einem Wasserdampf enthaltenden Luftstrom auf 500° C erhitzt, wobei ein fester Katalysator gebildet wird.1000 ml of 2η hydrochloric acid, which contains 256 g of bismuth trichloride and 45 g of iron (III) chloride, are gradually added to 2500 g of silica sol containing 20 percent by weight of SiO 2. While stirring, this mixture is adjusted to pH 8 by adding an aqueous 3N NH 3 solution, whereby the gel formation is completed. The gel is dried and comminuted and the 0.84 to 4 mm sieve fraction is sieved and heated to 500 ° C. for 2 hours in a stream of air containing water vapor, a solid catalyst being formed.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 genannten Bedingungen unter Verwendung des in der oben beschriebenen Weise hergestellten festen Katalysators durchgeführt. Hierbei werden die folgenden Ergebnisse erhalten:The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours below those mentioned in Example 1 Conditions using the solid catalyst prepared as described above accomplished. The following results are obtained:

Formaldehydumsatz 92 %Formaldehyde conversion 92%

Isoprenausbeute 72 %Isoprene yield 72%

Reinheit des Isoprens über 99 °/oIsoprene purity over 99%

Beispiel 6Example 6

Zu einer Lösung von 112 g Wismutnitrat in 480 ml 6 n-Sai petersäure gibt man unter ständigem Rühren 1 kg Natriumsilicat (Na„O-nSiOv*H2O; SiO2 28 bis 3O°/o, Na2O 9 bis 10%" Oberfläche 450 m2/g,"Porenvolumen 0.80 cc/g, mittleres spezifisches Gewicht 0.48 g/cc, mittlerer Porendurchmesser 71 A), das mit 6 1 Wasser verdünnt worden ist, wobei sich ein Sol bildet. Man stellt das Sol auf einen pH-Wert von etwa 3 ein und erhitzt das Sol 3 Stunden auf 100° C, wobei sich ein gallertartiges Hydrogel bildet. Man schneidet das Hydrogel mit einem Messer zu Würfeln von etwa 8 cm·1 und wäscht mit entionisiertem Wasser, bis kein Natriumion mehr festgestellt wird. Man gibt das Hydrogel in 5 1 einer wäßrigen 0,1 n-Silbernitratlösung und hält das Gemisch 12 Stunden bei Raumtemperatur. Vom Hydrogel, das auf diese Weise einem Ionenaustausch gegen Silberionen unterworfen worden ist, läßt man die Lösung ab. Man wäscht mit Wasser, trocknet und mischt mit 32,5 g pulverförmiger gelber Wolframsäure. Man mahlt das Gemisch 12 Stunden in einer Kugelmühle, gibt das hierbei erhaltene Pulver zu 500 ml einer wäßrigen Lösung, die 5,0 g Orlhoborsäure enthält, und dampft das Gemisch in einer Verdampfcrschale zur Trockene ein.1 kg of sodium silicate (Na "O-nSiOv * H 2 O; SiO 2 28 to 30 %, Na 2 O 9 to 10% "Surface area 450 m 2 / g," pore volume 0.80 cc / g, mean specific weight 0.48 g / cc, mean pore diameter 71 A), which has been diluted with 6 l of water, a sol being formed. The sol is adjusted to a pH of about 3 and the sol is heated to 100 ° C. for 3 hours, a gelatinous hydrogel being formed. Cut the hydrogel into cubes approximately 8 cm x 1 with a knife and wash with deionized water until no more sodium ion is detected. The hydrogel is added to 5 l of an aqueous 0.1 N silver nitrate solution and the mixture is kept at room temperature for 12 hours. The solution is drained from the hydrogel, which has been ion-exchanged for silver ions in this way. It is washed with water, dried and mixed with 32.5 g of powdered yellow tungstic acid. The mixture is ground for 12 hours in a ball mill, the powder obtained in this way is added to 500 ml of an aqueous solution containing 5.0 g of oxoboric acid, and the mixture is evaporated to dryness in an evaporator dish.

ίο Zum Rückstand gibt man 50 ml Kieselsol, das 20 Gewichtsprozent SiO, und 1,5 I Wasser enthält. Man trocknet das Gemisch 10 Stunden bei 1000C, mahlt und siebt die Fraktion 0,84 bis 4 mm ab. Man erhitzt das Granulat in einem wasserdampfhaltigen Luftstrom 6 Stunden auf 350° C, wobei man einen festen Katalysator enthält.50 ml of silica sol containing 20 percent by weight SiO and 1.5 l of water are added to the residue. The mixture is dried for 10 hours at 100 ° C., ground and the fraction 0.84 to 4 mm is sieved off. The granules are heated in a stream of air containing water vapor for 6 hours at 350 ° C., a solid catalyst being contained.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 genannten Bedingungen durchgeführt, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten werden:The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours below those mentioned in Example 1 Conditions are carried out whereby the following results are obtained:

Formaldehydumsatz 95 %Formaldehyde conversion 95%

Isoprenausbeute 75 °/oIsoprene yield 75%

Reinheit des Isoprens über 99 °/oIsoprene purity over 99%

Beispiel 7Example 7

Zu 1500 ml 2 η-Salpetersäure gibt man 1000 g eines Kieselsols, das 20 Gewichtsprozent SiO2,1000 g of a silica sol containing 20 percent by weight of SiO 2 ,

64,6 g Wismutnitrat, 5,0 g Aluminiumnitrat, 13,5 g Eisen(III)-chlorid und 2,3 g 85%>ige wäßrige Orthophosphorsäurelösung enthält. Man stellt das Gemisch durch allmählichen Zusatz einer wäßrigen 3 n-NH3-Lösung unter Rühren auf einen pH-Wert von etwa 8 ein, wodurch die Gelbildung vollendet wird. Man trocknet das erhaltene Gel 15 Stunden bei 100° C, mahlt siebt die Fraktion 0,84 bis 4 mm ab und erhitz! 3 Stunden in einem Wasserdampf enthaltenden Luftstrom auf 400° C, wobei ein fester Katalysator gebildet wird.Contains 64.6 g of bismuth nitrate, 5.0 g of aluminum nitrate, 13.5 g of iron (III) chloride and 2.3 g of 85% strength aqueous orthophosphoric acid solution. The mixture is adjusted to a pH of about 8 by gradually adding an aqueous 3N NH 3 solution with stirring, whereby the gel formation is completed. The gel obtained is dried for 15 hours at 100 ° C., the 0.84 to 4 mm fraction is grinded and heated! 3 hours in a stream of air containing water vapor at 400 ° C., a solid catalyst being formed.

Die Reaktion zwischen Isobutylen und Formaldehyd wird 10 Stunden unter den im Beispiel 1 genannten Bedingungen unter Verwendung des in der ober beschriebenen Weise hergestellten Katalysators durchgeführt. Hierbei werden die folgenden Ergebnisse erhalten: The reaction between isobutylene and formaldehyde is 10 hours below those mentioned in Example 1 Conditions carried out using the catalyst prepared in the manner described above. The following results are obtained:

Formaldehydumsatz 91 °/oFormaldehyde conversion 91%

Isoprenausbeute 76 °/oIsoprene yield 76%

Reinheit des Isoprens über 99 %Isoprene purity over 99%

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Isopren, dadurch gekennzeichnet, daß man Isobutylen mit Formaldehyd in der Dampfphase in Gegenwart eines festen Katalysators umsetzt, der Siliciumdioxyd und eine Wismutkomponente enthält.1. A process for the production of isoprene, characterized in that isobutylene Reacts with formaldehyde in the vapor phase in the presence of a solid catalyst, which contains silica and a bismuth component. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Katalysator gearbeitet wird, in dem das Verhältnis der Wismutkomponente zu Siliciumdioxyd etwa 0,001:1 bis 1:1, vorzugsweise etwa 0,01:1 bis 0,6:1, gerechnet als Atomverhältnis von Wismut zu Silicium, beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that it is carried out with a catalyst in which the ratio of the bismuth component to silicon dioxide is about 0.001: 1 to 1: 1, preferably about 0.01: 1 to 0.6: 1, calculated as the atomic ratio of bismuth to silicon. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem festen Katalysator arbeitet, der außerdem als weiteren Bestandteil wenigstens eines der Elemente Al, P, B, W, Fe, Ti, Zr, V, Cr, Mo, Mn, Co, Ni, Cu, Ag, Cd, Mg, Ca, Tl, Sn, Pb, Rb, Cs, Sr, Ba, Nd, In und Te in einer Menge enthält, die einem Gewichtsverhältnis des untergeordneten Bestandteils zu Siliciumdioxyd von etwa 0,0001:1 bis 0,5:1, gerechnet als Atomverhältnis des entsprechenden Elements oder der entsprechenden Elemente zu Silicium, entspricht.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that one is with a solid catalyst works, which also as a further component of at least one of the elements Al, P, B, W, Fe, Ti, Zr, V, Cr, Mo, Mn, Co, Ni, Cu, Ag, Cd, Mg, Ca, Tl, Sn, Pb, Rb, Cs, Sr, Ba, Nd, Contains In and Te in an amount equal to a weight ratio of the minor ingredient to silicon dioxide from about 0.0001: 1 to 0.5: 1, calculated as the atomic ratio of the corresponding Element or the corresponding elements to silicon. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Katalysator Al als untergeordneten Bestandteil enthält.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the solid catalyst Al as contains subordinate component.
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