DE2237187A1 - Verfahren zur herstellung von phosphatkatalysator zur selektiven aufspaltung der identisch gleich c-o-bindung in organischen verbindungen, insbesondere fuer die aufspaltung von 4,4-dimethyldioxan-1,3 zu isopren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von phosphatkatalysator zur selektiven aufspaltung der identisch gleich c-o-bindung in organischen verbindungen, insbesondere fuer die aufspaltung von 4,4-dimethyldioxan-1,3 zu isopren

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Description

  • Beschreibung zu der Patentanmeldung des betreffend VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON PHOSPHATKATALYSATOR ZUR SELEK-TIVEN AUFSPALTUNG DER = C - O -BINDUNG IN ORGANISCHEN VERBINDUKGEN, INSBESONDERE FÜR DIE AUFSPALTUNG VON 4,4-DI-METHYLDIOXAN -1,3 ZU ISOPREN Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von Isopren aus Isobutylen und Formaldehyd oder genauer auf Verfahren zur Herstellung von Phosphatkatalysatoren zum selektiven Aufspalten der=C - O -Bindung in organischen Verbindungen, insbesondere für die Aufspaltung von 4,4-Dimethyldioxan -1,3, welches in nachfolgenden als DWiD bezeichnet wird, zu Isopren.
  • Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Phosphatkatalysatoren zur Aufspaltung von »: zu Isopren beruhen auf der Ausfällung der Phosphate aus wässerigen Lösungen phosphorsaurer Salze der Metalle der II.Gruppe, vorzugsweise des Kalziums und Kadmiums.
  • Es gelangen insbesondere zur industriellen Verwendung Kalziumorthophosphate mit Zusatz von Kadmium und ohne dieses (Urheberschein der UdSSR Nr. 218844).
  • Jedoch gewährleisten alle bekannten Katalysatoren dieses Typs keine ausreichend hohe Selektivität des Prozesses der Aufspaltung von DND.
  • Die größten technischen Schwierigkeiten bei der Verwendung dieser Katalysatoren zur Aufspaltung von DUD zu Isopren sind verbunden mit der Bildung kohleartiger Zerfallprodukte, die die aktive Oberfläche des Katalysators blockieren.
  • Dieser letztgenannte Umstand, der besonders stark in der Änfangsperiode des Betriebes frisch eingesetzter Katalysatoren in Erscheinung tritt, führt nicht nur zu einer Senkung der Ausbeute an Isopren um einige Prozent, sondern auch verlängert (bis 12 Stunden und mehr) und erschwert deren periotische oxidative llegenerierung, wodurch der Betriebsrythmus der Reaktorsysteme gestört und die Notwendigkeit auftritt, Reservereaktoren zur Verfügung zu haben.
  • Ein weiterer Nachteil dieser Katalysatoren, der ebenfalls mit erhöhter Kohlebildung verbunden ist, ist eine verhältnismäßig kurze Dauer der Arbeits%yklen des Katalysators von höchstens 3 Stunden, wonach die erwähnte langwierige Regenerierung des Katalysaters notwendig wird. Und schließlich tritt die ungenügende Selektivität der bekannten Kataly satoren auch hinsichtlich der Bildung von freiem Wasserstoff beim Zerfall von Formaldehyd in Erscheinung, der das Isopren unter Bildung von Isopentenen hydriert. Die letzterpen aber werden zum eil mit Formaldehyd unter Bildung von Hexad renkohlenlvasserst offen und deren Derivaten kondensiert.
  • Infolge der beschriebenen Nebenreaktionen sinkt die Aus beute an Endprodukt, dem Isoren wesentlich.
  • Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
  • Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein verfahren zur Herstellung von Katalysatoren auf der Basis vor Phosphaten der Metalle der II.Gruppe.zu entwickeln, welches eine bedeutend höhere Selektivität der Aufspaltung der C-0- Bindungen in organischen Verbindungen, insbesondere bei der Äufspaltung von DMD, in erster Linie durch-Verminderung der Kohleablagerung auf dem Katalysator gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur Herstellung eines Phosphatkatalysators gelöst welches erfindungsgemäß in thermischer Passivierung der Phosphate der Metalle der II.
  • Gruppe bei temperaturen von 550 bis 700°C besteht, die durch Burchleiten eines gasförmigen Wärmeträgers durch das genannte Phosphat erreicht werden. Als Wärmeträger können überhitzter Wasserdampf oder Gemisch desselben mit der Luft oder einem Inertgas verwendet werden.
  • Bei einer solchen Behandlung kommt es zu einer teilweisen Inaktivierung zu- sehr aktiver katalytischer Zentren, bie fähig sind, die genannten schädlichen Reaktionen zu verstärken. Infolgedessen steigt die Selektivität des Katalysators.
  • Die erfinungsgemäßen Untersuchungen zeigten auch, daß man zu besonders wirksamen, besonders selektiven und mechanisch festen Katalysatoren bei der thermischen Passivierung neutralerPhosphate gelangt, die analytisch durch ein Molverhältnis MeO : P205, worin Me Metall der II.Gruppe bedeutet, von mindestens 2,95 (theoretisches Verhältnis für das neutrale Phosphat Me3 (PO4)2 beträgt 3,00) gekenn zeichnet werden, was das Vorliegennur sehr kleiner saurer .Phosphate im Phosphat vorausbestimmt, die bei den genannten Passivierungstemperaturen unbeständig sind.
  • Ein solches neutrales Phosphat kann z.B. durch Ausfällen aus wässerigen Lösungen der Salze der metalle der IE.Gruppe und der wasserlöslichen Phosphate unter Zugabe von Ammoniak erhalten werden, welches einen pH-Wert der Lö-Sung von nicht unterhalb 9,0 gewahrleistet.
  • Das erhaltene neutrale Phosphat, insbesondere Kalzium-oder Kadmiumphosphat, wird einer thermischen Passivierung, vorzugsweise bei einer Temperatur ven 650 bis 700°, durch Durchleitendurch von überhitztem Wasserdampf oder eines Gemisches. desselben mit Luft oder einem Inertgas unter worfen.
  • Das Wesen der vorgeschlagenen Erfindung wird durch Beispiele für die Herstellung und Prüfung der Katalysatoren, die unter den genannten Bedingungen einer Passivierung unter worfen wurden, illustriert.
  • Das neutrale Äusgangs-Kalziumphosphat wurde durch Ausfällen aus verdünnten wässerigen Lösungen von CaCl2 und Na2(NH4) PO4 mit einem ueberschuß von Ammoniak, der einem pH-Wert von 9,1 entspricht, in der Kälte bereitet. Der ausgefallene Niederschlag wurde mit destilliertem Wasser bis zur Erzielung eines Gehaltes des Waschwassers an Chlorion von 0,5% gewaschen.
  • Die erhaltene Paste wurde zu "Würmchen" von 4 mm Durch messer. geformt, die bei einer Temperatur von 1200C 4 Stunden getrocknet wurden.
  • Das fertige Phosphat entsprach nach der Analyse einem Molverhältnis CaO :P2O5 u 2,98 bei einem Schüttgewicht von 0,70 kg/l. Die Festigkeit der getrockneten "Würmchen" gegen Aufspalten betrug 16,1 kg/cm.
  • Dieses Ausgangsphosphat verwendete man zur Bereitung aller Proben des passivierten Katalysators in den nachstehend angeführten Beispielen.
  • Die Prüfung der Kalalysatoren auf Aktivität und Selektivität erfolgte unter zwei standardisierten Bedingungen: 1) bei einer hohen Temperatur von 375°C und einer Volumgeschwindigkeit des zugefülirten DMD von 0,7 Vol./Vol. Katalysator. Std. unter Verdünnen des DMD mit Wasserdampf in einem Gewichtsverhältnis von 1:2 und 2) bei einer niedrigen Temperatur von 325°C mit einer Volumgeschwindigkeit des zugefahrten DzID von 1,0 Vol./Vol. Katalysator . Std bei gleicher Verdünnung von DMD mit Wasserdampf.
  • In beiden Fällen erfolgte während der Katalyse kontinuierliche Nachspeisung des Katalysators mit Phosphorsäure in einer Menge von 0,01 % zum Gewicht des zugeführten Die.
  • Die Passivierungsbedingungen und die Prüfergebnisse nowohl.des nichtpassivierten Ausgangsphosphates als auch der aus diesem erhaltenen passivierten Katalysatoren sind in Tabelle 1 (Beispiele 1 bis 5) und Tabelle 2 (Beispiele 6 bis 8) angeführt.
  • Tabelle 1 Prüfung der Katalysatoren bei 375°C Nr.Nr.der Beispiele 1 2 3 4 5 Passivierungs- Temperatur,°C fehlt 550 600 650 700 bedingungen¹) Dauer, Stunden fehtl 6 4 4 3 Äufspaltungsgrad der DMD,% % 95 91 95 94 90 Ausbeuten, Mol.% F, bezogen auf umgesetztes DMD: Isopren 78,2 79,3 81,9 83,0 84,9 Isobutylen 10,2 11,3 11,0 11,9 11,8 Isopentene 2,6 2,0 1,2 0,4 0,2 Hexadiene 1,3 1,4 1,3 1,0 0,7 Methylidhydropyran 0,3 0,6 0,7 0,8 0,4 ungesättigte Alkohole 0,2 0,9 0,4 1,0 1,0 hochsiedende Produkte 0,9 0,7 0,5 1,0 0,8 Kohle auf dem Katalysator 6,3 3,8 3,9 0,9 0,2 Insgesamt: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Anmerkungen: 1) Passivierung erfolgte in Wasserdampfatmosphäre Tabelle 2 Prüfung der Katalysatoren bei 3250C Nr.Nr. der Beispiele 6 7 8 Passivierungsbedin- Temperatur,°C 600 650 700 gungen1) Dauer, Stunden 24 4 Aufspaltungsgrad der DMD,% % 93 95 93 Ausbeuten, Mol.%, bezogen auf umgesetztes DMD: Isopren @ 84,9 84,7 86,5 Isobutylen 8,7 8,5 7,9 Isopentene 0,1 0,1 0,1 Hexadien 1,6 1,7 1,0 Methyldihydropyran2) 2,6 2,7 3,3 ungesättigte Alkohole 1,1 1,0 0,3 hochsiedende Produkte 0,6 0,7 0,6 Kohle auf dem Katalysator 0,4 0t6 0,3 Insgesamt: 100,0 100,0 100,0 Anmerkungen: 1) Passivierung erfolgte in der Atmosphäre von Wasserdampf in Gemisch mit Luft.
  • 2) Enthält eine Beimengung von Methylentetrahydropyran 3) Erhitzung erfolgte zwischen Zimmertemperatur und 7000C, wonach sofort Abkühlung begann.
  • Eine Betrachtung der Beispiele 1 bis 5 in Tabelle 1 zeigt, daß die Erhöhung der Temperatur der Passivierung bei unbedeutender Veranderung der- Dauer zu einer starken Senkung der Kohleablagerung auf dem Katalysator führt (um das 30fache gegenüber dem nichtpassivierten Phosphat) und einer Verminderung der Ausbeute an Isopentenen (um das 13fache), und der an Hexadienen (um das 2 fache).
  • In Übereinstimmung damit steigt die Ausbeute an Isopren ungefähr um 19%.
  • Noch günstigere Ergebnisse erreicht man bei der Wahl dei optimaler Dauer der Passivierung und bei der Durchführung des Prozesses der Aufspaltung von DMD bei niedrigeren Temperaturen.
  • Die in Tabelle, 2 angeführten Angaben zeigen, daß die hS Aktivität des Katalysators (in den Beispielen 6 bis 8) auch bei einer Temperatur von 3250 einen sehr hohen Grad der Au£-spaSung sowohl des DiD (93 bis 95 %) als auch der ungesättig ten Alkohole gewährleistet, deren Gehalt im Katalysator sich praktisch von dem beim Hochtemperaturprozeß (siehe Uabelle 1) gewonnenen Gehalt nicht unterscheidet.
  • Diese Angaben zeigen, daß der vorgeschlagene Katalysato für die Reaktionen der Dehydratisierung der Alkohole wirksam ist.
  • Ein wichtiger Vorteil des passivierten Katalysators im Niedertemperaturprozeß ist die Möglichkiet einer bedutenden Senkung der Ausbeuten an sich als Nebenprodukt bildendem Isobutylen (von 10 bis 12 S in tabelle 1 auf 8 bis 9% in Tabelle 2).
  • Bin Vergleich der Angaben der Tabelle 1 und der Tabelle 2 zeigt auch, daß es durch die Wahl der notwendigen Dauer der Passivierung möglich wird, eine hohe Aktivität des pastivierten Katalysators auch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen der Aufspaltung zu gewährleisten.
  • Jedoch hängt der Zusaamenhang zwischen der Dauer und der Temperatur der Passivierung von dem Verfahren zur Herstellung des neutralen Äusgangsphosphates, insbesondere von Kationen der Ausgangssalze ab.
  • Deshalb sollen für jeden Typ des Ausgangsphosphates die optimalen Parameter der Passivierung empirisch auf der GrunG-lage der Ergebnisse einer laboratoriumsmäßigen Standardprüfung ermittelt werden.
  • Die in Tabelle 2 angeführte Passivierungsdauer ist für neutrales Kalziumphosphat empfohlen, das nach der oben beschriebenen Methodik bereitet wurde.
  • Die Angaben der Tabelle 2 zeigen, daß unter den Zerfallprodukten des DMD Methyldihydropyran und ungesättigte Alkohole CSH9OH anwesend sind, die sich nach den bekannten Verfahren leicht und in hoher Ausbeute in Isopren umwandeln lassen. Bei ihrer nochmaligen Verarbeitung erreicht die Gesa@ ausbeute an Isopren 88 bis 90 /o der Tneorie. Zusammen init dem praktisch in reiner Form abgetrennten Isobutylen beträgt die großtechnische Gesamtmenge der wertvollen Produkte 95 bis 97 %.
  • Neben den oben-genannten Hauptvorteilen des passivierten KatalysatDrs zeichnet es sich dadurch aus, daß seine katalytischen und mechanischen Eigenschaften zum Unterschied von den früher bekannten Katalysatoren für die Aufspaltung von DMD von der ersten bis zur letzten Stunde seines längere Zeit dauernden Betriebes (1590 Stunden und mehr) praittisch unverändert erhaltenbleiben.
  • Der oben genannte bekannte industrielle Katalysator bewirkt während der ersten einigen hundert Stunden seines Betriebes eine stark erhöhte Kohlebildung und verliert allmählich mehr als die Hälfte seiner ursprünglichen mechanischen Festigkeit. Der passivierte Katalysator ist von diesem Nachteil frei. Die J?estigkeit des passivierten Katalysators gegen Spaltung beträgt von Anfang bis zum Ende seiner Lebensdauer 8 bis 10 kg/cm.
  • Die erniedrigte Kohlebildung- auf dem passivierten Katalysator während der ganzen Periode seines Betriebs macht es möglich, nicht nur die Zeit seiner oxydativen-Regenerierung zu verkürzen, sondern auch um mindestens zwei Male (bis zu 6 Stunden und mehr) die Dauer seines Betriebszyklus zwischen den Regenerierungen zu vergrößern.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung Katalysator auf der Basis von Phosphaten der Metalle der II.Gruppe zur selektiven Aufspaltung der = C-O-Bindungen in organischen Verbindungen, insbesendere für die Aufspaltung von 4,4-Dimethyldioxan-1,3 zu Isopren und Dehydratisierung der Alkohole, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man Phosphate der Metalle der II.Gruppe einer thermischen Passivierung bei Temperatuvon von 550 bis 7000C unterwirft, die durch Durctleiten durch das genannte Phosphat eines gasförmigen Wärmeträgers erreicht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, daß man als Ausgangsphosphat ein neutrales, d.h. vollständig substituiertes Phosphat der Metalle der II. Gruppe verwendet, das durch ausfällen aus wässerigen Lösungen der Salze der Metalle der II. Gruppe und der wässerlöslichen Salze der Phosphorsäure bei einem pH-Wert von nicht unterhalb 9 erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß man die thermische Passivierung des neutralen Phosphats bei einer Temperatur von 650 bis 700°c durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2,3, d a d u r c h g ck e n n z e i c h n e t, daß man als Wärmeträger überhitzten Wasserdampf verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß man als Wärmeträger ein Gemisch von Wasserdampf mit Luft oder einem Inertgas verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t, daß man der Passivierung zu Granulen geformtes Phosphat der Metalle der II.Gruppe unterwirft.
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