DE2218004A1 - Verfahren zur herstellung von anthracenen - Google Patents
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Description
FARBENFABRIKEN BAYER AG
Zentralbereidi 2218004
Patente, Marken und Lizenzen
Dz/Cr
Verfahren zur Herstellung von Anthracenen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Umwandlung von Diphenylmethanen in Anthracene.
Es ist bereits bekannt, aus Benzyltoluol in der Gasphase thermisch Anthracen darzustellen (Berichte der
Deutschen Chemischen Gesellschaft 5, 1071 (1872)). Bei diesem Verfahren, das in einem hocherhitzten Reaktionsrohr
durchgeführt wird, wird Benzyltoluol teilweise zu Anthracen umgesetzt. Bei diesem Verfahren treten an den Wandungen des
Reaktionsrohres Kohlenstoffablagerungen auf. Die Kohlenstoff
bildung ist besonders stark, wenn man für das Reaktionsrohr eisenhaltige Werkstoffe, z.B. Stahl, verwendet.
Die Kohlenstoffablagerung führt dann zu mechanischen Schwierigkeiten
durch Verstopfung, bedingt eine erhebliche Verschlechterung der Selektivität der Umsetzung und macht eine
kontinuierliche Durchführung der Reaktion über einen längeren Zeitraum unmöglich.
Es wurde nun gefunden, daß man die Kohlenstoffabscheidung
bei der Herstellung von Anthracenen durch thermische Umwandlung von Diphenylmethanderivaten mit einer Methylgruppe
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in o-Stellung zum Methan-Kohlenstoffatom vollständig vermeiden
kann, wenn man die thermische Umwandlung in Gegenwart kleiner Mengen von Schwefel in elementarer oder gebundener
Form durchführt.
Für den Zusatz von Schwefel in gebundener Form zum Einsatzprodukt sind die verschiedensten Schwefelverbindungen geeignet.
Bevorzugt kommen flüchtige Schwefelverbindungen in Betracht. Beispielsweise können anorganische Schwefelverbindungen verwendet
werden, wie Schwefelkohlenstoff, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid. Als organische Schwefelverbindungen kommen
z.B. infrage: Thiole, wie Methylmercaptan, Äthylmereaptan,
n-Propylmercaptan, iso-Propylmercaptan, n-Butylmereaptan,
iso-Butylmercaptan, iso-Butenylmercaptan, tert.-Butylmercaptan,
n-Dodecylmereaptan, Allylmercaptan, Benzylmereaptan, Äthandithiol,
Monothioglykol; Thiophenole, wie Thiophenol, o-Thiokresol, Thiosalicylsäure; Thio-Alkane, wie Diäthylsulfid,
Dipropylsulfid, Äthylpropylsulfid, Thiodiglykolsäure, Diallylsulfid,
Allyl-ß-oxyäthylsulfid, ß-Naththyl-n-hexylsulfid,
Thiocyclopentan, Thiocyclohexan, Äthylensulfid; Disulfide, wie
Diäthyldisulfid, Methyläthyldisulfid, Diallyldisulfid, Diphenyldisulfid,
Dithiodiglykolsäure, Dioxy-diäthyldisulfid,
Cyxtin; organische Polysulfide, wie Äthylhydrogentrisulfid,
Diphenyltrisulfid, Di-o-tolyltrisulfid,Amyltetrasulfid,
Dibenzylpentasulfid; Sulfonsäuren und ihre Derivate, wie
Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, p-Phenolsulfonsäure,
p-Anilinsulfonsäure(=Sulfanilsäure), Methandisulfonsäure,
Isäthionsäure; Sulfone, wie Di-n-buty^sulfon, Diacetonylsulfon,
4-Methyl-diphenylsulfon; Sulfoximine, wie Dimethylsulfoximin;
Sulfensäuren und ihre Derivate; Sulfinsäuren und ihre Derivate, wie Benzolsulfinsäure, Äthansulfinsäure, p-Toluolsulfinsäure;
Sulfoxide und ihre Derivate,wie Diphenyldisulfoxid, Diäthylsulf
oxid, Tetraphenylschwefel; Sulfinimine; Trialkylsulfoniumsalze,
wie Triäthylsulfoniumäthylsulfat; Thiosulfensäureester,
wie Benzolthiosulfonsäurephenylester; Thiosulfinsäureester;
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22180(H
Thioaldehyde, wie Trithioformaldehyd; Thioketone, wie Thiobenzophenon,
Thiocyclopentanon; Monothioacetale, wieci^ß'-Dialkoxydiäthylsulfid;
Mercaptale, wie Diäthylacetonmercaptal;
Mercaptole, wie Benzildiphenylmercaptol; schwefelhaltige Heterocyclen,
wie Thiphene, Thiotolene, Thioxene, Thionaphthen, Thiophthen, Azathiophene, (Diazathiophene), Trithione (z.B.
4,5-Dimethyl-trithion), Thiopyrone, Thiazine, Thioxanthren,
Thianthren; Thiocarbonsäuren und deren Derivate, wie Thioessigsäure, Thiobenzoesäure, Dithiobenzoesäure, Thioformamid;
Thiokohlensäurederivate, wie Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxysulfid, Thiocyansäure, Isothiocyansäure, Dirhodan,
Rhodanwasserstoffsäure, Phenylrhodanid, Thiokohlensäureester,
Xanthogensäurederivate, Thiourethane, Bithiocarbamidsäure,
Thioharnstoff, Isothioharnstoff, Thiuramsulfid. Geeignete Konzentrationen an Schwefel oder Schwefelverbindungen
liegen, gerechnet als elementarer Schwfel, bei 0,001 bis 1, vorzugsweise 0,01 bis 0,1, Gewichtsprozent, bezogen auf das
eingesetzte Diphenylmethan.
Die schwefelhaltigen Substanzen können in verschiedener Form dem Einsatzprodukt zugefügt werden. Sie lassen sich gasförmig
oder flüssig den Einsatzdiphenylmethanen zumischen. Man kann ebenso Lösungen der festen, flüssigen oder gasförmigen Schwefelverbindungen
im Einsatzprodukt herstellen und mittels einer Pumpe dem Hauptstrom an Diphenylmethanen zudosieren.
Flüchtige Schwefelverbindungen lassen sich auch gasförmig in den Einsatzstrom leiten,
Man kann die schwefelhaltigen Verbindungen direkt dem Einsatzprodukt
vor der Verdampfung der Diphenylmethane zufügen, sie lassen sich ebenso direkt in den Verdampfer eingeben oder in
den gasförmigen Strom der Diphenylmethane nach dem Verdampfer.
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Vorzugsweise löst man die flüssigen oder festen Schwefelverbindungen
im Einsatzprodukt oder dosiert leichtflüchtige Substanzen in den gasförmigen Einsatzstrom nach dem Verdampfer.
Als Diphenylmethanderivate können für das erfindungsgemäße Verfahren Verbindungen der allgemeinen Formel
worin
R^ und FL, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder
Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, m eine Zahl von 1-5 bedeutet, und
η für eine Zahl von 1-4 steht,
verwendet werden, wobei Anthracene der allgemeinen Formel
(II)
worin
FU und R/ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder
Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, und ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1-4
bedeuten,
gebildet werden.
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Als Reste R- bis R, kommen beispielsweise Kohlenwasserstoffreste
mit bis zu 12 C-Atomen in Betracht, z.B. Alkylreste, wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, iso-Propyl, η-Butyl, iso-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl,
n-Octyl, iso-Octyl sowie Cyclohexyl; Arylreste, wie Phenyl,
2-Methylphenyl, 4-Methylphenyl, Naphthyl; Aralkylreste, wie
Benzyl, Phenyläthyl, Phenylpropyl, Phenylbutyl. Vorzugsweise stehen die Kohlenwasserstoffreste bis R^ für eine Methylgruppe.
Besonders bevorzugt werden im Rahmen von Verbindungen der Formel (I) Diphenylmethandrivate verwendet, die der folgenden
Formel entsprechen:
(III)
worin
R„' und
R„' und
für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen.
Die Verbindungen der Formel (III) werden nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in Anthracene der allgemeinen Formel (IV) umgewandelt:
(iv)
worin
,f und R^' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen-
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Als Diarylmethane seien im einzelnen beispielsweise genannt:
2-Methyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyldiphenylmethan,
2,2'-Dimethyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan,
2,4-Dimethyldiphenylmethan, 2-Methyl-3-äthyldiphenylmethan,
2-Methyl-4-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-äthyIdiphenylmethan,
2-Methyl-6-Äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-2'-äthyldiphenylmethan,
2-Methyl-3'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4'-äthyldiphenylmethan,
2,3,4-Trimethyldiphenylmethan,
2,3,5-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,6-Trimethyldiphenylmethan,
2,3 ,2'-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,3'-Trimethyldiphenylmethan,
2,3,4'-TrimethyIdiphenylmethan, 2,5,2'-Trimethyldiphenylmethan,
2,5,3'-Trimethyldiphenylmethan, 2,5,4'-Trimethyldiphenylmethan,
2,3-Dimethyl-2'-äthyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyl-3'-äthyldiphenylmethan,
2,3-Dimethyl-4'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3,2'-diäthyldiphenylmethan,
2-Methyl-3,3'-di-n-propyldiphenylmethan,2-Methyl-3,4'-di-n-butyldiphenylmethan,
2-Methyl-5-äthyl-31-isopropyldiphenylmethan,
2-Methyl-5-iso-butyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-äthyl-4'-cyclohexyldiphenylmethan, 2-Methyl-6-äthyl-3'-iso-propyldiphenylmethan,
2-Methyl-5-n-propyl-4'-isooctyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-n-butyl-3',4'-diäthyldiphenylmethan,
2-Methyl-3',4',5'-triäthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3-iso-butyl-3'-n-butyldiphenylmethan,
2,3',4'-Trimethyl-4-n-pentyldiphenylmethan,
2,4-Dimethyl-3',5'-di-isopenthyldiphenylmethan,
2-Me thyl -5 -pheny Id iphenylme than, 2,4-Diphenyl-4'-(4-Methylphenyl)-diphenylmethan,
2,3'-Dimethyl-5-naphthyldiphenylmethan,
2-Methyl-4-(2-methylphenyl)-3',4'-dipropyldiphenylmethan,
2,4-Dimethyl-5-naphthyl-3'-diisopropyldiphenylmethan,
2,4,3'-Trimethyl-3-äthyl-5'-(tert.)-butyldiphenylmethan,
2-Methyl-4'-phenyläthyIdiphenylmethan, 2-Methyl-3-äthyl-4fphenylpropyIdiphenylmethan,
2,4-Dimethyl-3'-phenylbutyldiphenylmethan,
2-Methyl-4-benzyl-3', 4' , 5.'-tributyldiphenylmethan,
2,2'-Dirnethyl-4,5-diäthyl-5'-phenyläthyldiphenylmethan, 2,3'-Dimethyl-5-isobutyl-4'-benzyl-5',6'-diäthyIdiphenylmethan,
2-Methyl-5-phenylpropyl-3-benzyl-4',6'-diäthyl-5'-(tert.)butyldiphenylmethan,
2,3,2'-Trimethyl-4-phenylbutyl-5,6'-diäthyl-41-(4-Methylphenyl)diphenylmethan,
2,3-Dimethyl-5-naphthyl-3',5'rdiisopropyldiphenylmethan.
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Die Umwandlung der Diphenylmethanderivate in Anthracene der Formel (II) kann anhand der folgenden Gleichungen erläutert
werden:
2-Methyldipheylmethan >· Anthracen + 2 H2
2,5-Dimethyldiphenylmethan —>
2-Methylanthracen + 2 H2
Bei den Umwandlungen kann ein Kohlenwasserstoff als Nebenprodukt gebildet werden, beispielsweise Methan, entsprechend der
Gleichung:
2.5-Dimethyldiphenylmethan > Anthracen + Methan + EL
In geringem Maße können auch Nebenreaktionen auftreten, beispielsweise
entsprechend der Gleichung:
2-Methyldiphenylmethan + H2
Diphenylmethan + Methan.
Die Umsetzung kann im Temperaturbereich von 400 bis 800 C,
vorzugsweise von 600 bis 7000C durchgeführt werden, wobei
man bei Normaldruck, erhöhtem oder vermindertem Druck arbeiten kann. Vorzugsweise wird bei Normaldruck oder schwach erhöhtem
Druck, z.B. 1 bis 3 ata, gearbeitet. Die Verweilzeit kann in weiten Grenzen schwanken. Geeignete Verweilzeiten
liegen beispielsweise zwischen 0,1 und 100 Sekunden. Vorzugsweise werden Verweilzeiten von etwa 1 bis 10 Sekunden angewandt.
Es kann vorteilhaft sein, die Umsetzung in turbulenter Gasströmung durchzuführen. Die thermische Umwandlung
kann bei konstanter Temperatur in isothermer Fahrweise oder bsi unterschiedlichen Temperaturen im Temperaturbereich von
AOO bis 8000C bei adiabatischer oder teiladiabatischer Fahrweise
durchgeführt werden. Man kann die Diarylmethane in geradem Durchgang weitgehend vollständig zu Anthracenen umsetzen.
Ss ist ferner möglich, die Diphenylmethane in /,eradem
Durchgang nur teilweise umzusetzen und die nichtumgesetzten
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Diphenylmethanderivate aus dem Raktionsprodukt, z.B. durch
Destillation, abzutrennen und in die Reaktion zurückzuführen, um auf diese Weise eine vollständige Umsetzung zu erzielen.
Die Möglichkeit einer te ohnischen Durchführung des Verfahrens sei im folgenden am Beispiel der Umwandlung von 2-Methyldipheny
lmethan zu Anthracen veranschaulicht.
Man kann z.B. 2-Methyldiphenylmethan bei Normaldruck oder
schwach erhöhtem Druck unter Zusatz von 0,01 - 0,1 Gewichtsprozent Schwefelkohlenstoff verdampfen, das gasförmige Einsatzprodukt
auf die Keaktionstemperatur von 65O0C aufheizen,
bei dieser Temperatur durch ein Reaktionsrohr bei einer Verweilzeit von 0,1 - 100 Sekunden leiten, anschließend das gasförmige
Reaktionsprodukt beispielsweise auf 100 - 2500C
abkühlen, das auf diese Temperatur gekühlte Reaktionsprodukt in eine kontinuierliche Destillationskolonne eingehen, in
der bei Normaldruck oder vermindertem Druck, beispielsweise bei 100. Torr, das nicht umgesetzte Methyldiphenylmethan als
Kopfprodukt aagetrennt und in die Umsetzung zurückgeführt wird,
während das bei der Reaktion entstandene Anthracen am Sumpf oder als Seitenstrom im unteren Teil der Kolonne abgezogen
wird. Es kann vorteilhaft sein, nach dem Abkühlen des gasförmigen Reaktionsproduktes auf 100 - 25O0C in einem Abscheider
eine Trennung vorzunehmen in ein flüssiges Produkt, das im wesentlichen aus Methyldiphenylmethan und Anthracen besteht,
und in ein gasförmiges Produkt, das im wesentlichen aus dem bei der Reaktion gebildeten Wasserstoff besteht. Aus der
Gasphase kann man durch Abkühlen auf Temperaturen unterhalb 50°C in dem Wasserstoffstrom enthaltenes Methyldiphenylmethan
in flüssiger Form abscheiden und in die Destillation oder Umsetzung zurückführen.
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Bei der Umsetzung von Dirnethyldiphenylmethanen kann in ähnlicher
Weise gearbeitet werden wie bei der Umsetzung von 2-Methyldiphenylmethan. Man erhält ein Gemisch aus Anthracen
und Methylanthracen. Es wird fernerhin ein im wesentlichen aus Wasserstoff und Methan bestehendes Abgas erhalten.
Die Umsetzung der Diphenylmethane kann in Gegenwart von inerten Gasen, wie Stickstoff oder Methan, durchgeführt werden. Es
kann vorteilhaft sein, die Umsetzung in Abwesenheit von Sauerstoff durchzuführen. Als Material für die für die Umsetzung
verwendeten Apparaturen, insbesondere für den Vorheizer, den Reaktor und die Kühler, können Stähle, z.B. normaler C-Stahl
oder Spezialstähle, verwendet werden.
370 g 2-Methyldiphenylmethan werden stündlich in ein elektrisch
auf 5000C beheiztes Rohr aus Stahl von 3 m Länge und
6 mm lichter Weite gepumpt, wo Verdampfung und Aufheizung auf 5000C erfolgt. Die Methyldiphenylmethandämpfe werden durch
ein auf 6000C elektrisch beheiztes Reaktionsrohr aus Stahl
von 3 m Länge und 6 mm lichter Weite geleitet, anschließend auf 1500C abgekühlt und in eine flüssige, aus Anthracen und
2-Methyldiphenylmethan bestehende Phase und eine im wesentlichen aus Wasserstoff bestehende Gasphase getrennt. In dem
bei 1500C flüssigen Reaktionsprodukt wird der Gehalt an gebildetem
Anthracen, gebildetem Kohlenstoff und nichtumgesetztem 2-Methyldiphenylmethan bestimmt. Die Versuche werden
mit Zusätzen von verschiedenen Schwefelverbindungen zum Einsatzprodukt und in einem Vergleichsversuch ohne Zusatz von
Schwefel oder Schwefelverbindungen durchgeführt. Die erhaltenen
Versuchsergebnisse gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor:
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Zusatz von Schwefel
in Gew.-% bezogen auf eingesetztes 2-Methyldipheny!methan
in Form von
Reaktionsprodukte
in g/h
in g/h
Anthracen Kohlenstoff
0,00 0,C5 0,05 0,05 0,05
ohne Zusatz 30
Schwefelkohlenstoff 42
elementarer Schwefel 40
Schwefelwasserstoff 41
Methylmercaptan 40
10
0,0 0,0 0,0 0,0"
0,0 0,0 0,0 0,0"
Bei dem Versuch ohne Zusatz von Schwefel oder Schwefelverbindungen
trat nach 36 Stunden ein Druckanstieg auf. Ausbau und Aufschneiden des Reaktionsrohres zeigte eine Verstopfung
durch an den Wandungen abgeschiedenen Kohlenstoff. Bei den Versuchen mit Zusatz von Schwefel oder Schwefelverbindungen
konnte nach einer Laufzeit von jeweils 200 Stunden in dem Reaktionsrohr keine Abscheidung von Kohlenstoff festgestellt
werden.
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Beispiel 1 wurde mit Zusatz von 0,05 Gew.-% Schwefel (bezogen
auf eingesetztes 2-M3thyldiphmylmethan) in Form von Schwefelkohlenstoff
wiederholt, jedoch betrug die Reaktionstemperatur 620 C. Außerdem wurde ein 6 m langes Reaktionsrohr anstelle
des in Beispiel 1 benutzten 3 m langen Reaktionsrohres verwendet. Es wurden stündlich 95 g Anthracen gebildet.
Kohlenstoffbildung konnte nicht festgestellt werden.
Es wird wie in Beispiel 2 gearbeitet, jedoch wird die Umsetzung bei 65O°C durchgeführt und das Reaktionsprodukt
destillativ in nichtumgesetztes Me thyldiphenylme than und
Anthracen aufgetrennt und das nichtumgesetzte Methyldiphenylmethan
in die Reaktion zurückgeführt. Im Zeitraum von 100 bis 200 Betriebsstunden wurden folgende Ergebnisse
erhalten:
Mengen in g/h:
Frisch-Methyldiphenylmethan 160 Rückf ühr-Me thyldiphenylme than 210
CS2 0,4
Anthracen in g/h 147
Kohlenstoffbildung konnte nicht festgestellt werden.
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch die Umsetzung bei 6'7O°C unter Verwendung von Quarz als Reaktionsmaterial
durchgeführt. Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle
hervor:
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Einsatzprodukt Schwefelzusatz
Kohlenstoffabscheidung an den Reaktorwänden nach 10 h
2-Methyldiphenylmethan 2-Methyldiphenylmethan
2,5-Dimethyldiphenylmethan 2,5-Dimethyldipheny!methan
kein
0,1 Gew.-% CS2
kein
0,1 Gew.-96 CS2
ja
nein ja nein
"A
336
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Claims (9)
- Patentansprüche:ι > Verfahren zur Herstellung von Anthracenen durch thermische Umwandlung von Diphenylmethanderivaten mit einer Methylgruppe in o-Stellung zum Methan-Kohlenstoffatom, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwand- lung in Gegenwart kleiner Mengen Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwandlung in Gegenwart von 0,001 bis 1 Gewichtsprozent Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwandlung bei Temperaturen von 400 bis 8000C durchführt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Diphenylmethanderivate der allgemeinen Formelworinund R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen,m eine Zahl von 1-5 bedeutet, und η für eine Zahl von 1-4 steht,Le A 14 336 - 13 -309845/1113in Anthracene der allgemeinen FormelwormR, und R, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, undρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1-4 bedeuten,umwandelt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Diphenylmethanderivate der allgemeinen FormelworinR1 1 und R2' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen,in Anthracene der allgemeinen FormelworinR,' und R,' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen, «umwandelt.Le A 14 536 - 14 -30984 5/1113
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 2-Methyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyldiphenylmethan, 2,5-Dimethyldiphenylmethan oder 2,6-Dimethyldiphenylmethan verwendet,
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart von 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart von Schwefel in Form von Schwefelkohlenstoff durchführt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktormaterial für die thermische Umwandlung Stahl verwendet.Le A 14 336 - 15 -309845/1 1 Ί 3
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