DE2412191A1 - Verfahren zur reinigung des butadien und des isopren durch selektive hydrierung der darin enthaltenen acetylenischen verunreinigungen - Google Patents
Verfahren zur reinigung des butadien und des isopren durch selektive hydrierung der darin enthaltenen acetylenischen verunreinigungenInfo
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Description
Verfahren zur Reinigung dea Butadien und des Isopren durch selektive Hydrierung der darin enthaltenen acetylenischen
Es ist bekannt, daß das Butadien und das Isopren, vor allem
wenn sie durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gewonnen werden, acetylenische Kohlenwasserstoffe enthalten, die
eine besonders unwillkommene Art von Verunreinigung darstellen.
Bei den am häufigsten eingesetzten Verfahren zur Entfernung der Acetylene bei der Reinigung des Butadien und des Isopren
werden sehr kostspielige extraktive Destillationen verwendet. Ferner ist vorgeschlagen worden, eine selektive
Hydrierung - hauptsächlich der C.-Iraktion - in Gegenwart
von Katalysatoren aus Edelmetallen wie Palladium vorzunehmen. Der Nachteil bei dieser Technik besteht in einem erheblichen
Verlust an Butadien. Der gleiche Nachteil tritt auf, wenn man andere Katalysatoren, z.B. Eisen, Kobalt oder Nickel,
verwendet,
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Man hat nunmehr festgestellt, daß man bei Anwesenheit von Cyclopentadien
in der Charge überraschenderweise erheblich bessere Selektivitäten erhält und daß diese Wirkung bei Katalysatoren
auf der Grundlage von Hichtedelmetellen besonders ausgeprägt
ist. Bei Edelmetallen dagegen ist die Wirkung wenig ausgeprägt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Wasserstoff mit einer verunreinigtes Butadien und/oder Isopren (z.B. als C.- und/oder
Cc-iraktion) und Cyclopentadien enthaltenden flüssigen Phase
in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators bei einer Temperatur unterhalb 800C in Kontakt gebracht. Die bevorzugten Temperaturen
liegen zwischen 10 und 50 C.
Die C.- und C^-iraktionen können aus irgendeinem beliebigen
Pyrolyseverfahren bei hoher Temperatur stammen, mit denen olefinische, diolefinisehe und acetylenische Verbindungen gewonnen
werden, und insbesondere aus der Wasserdampfkrackung, mit der ungesättigte Verbindungen wie Butadien, Isopren und
Cyclopentadien in großen Mengen sowie acetylenische Verbindungen in kleinen Mengen hergestellt werden. Die letzteren sind für
die ρetrochemischen Weiterverwendungen unerwünscht: Bei der
Polymerisation z.B. müssen sie auf ein ifiveau von einigen -zig ppm zurückgeführt werden.
Die partiellen Wasserstoffdrücke liegen gewöhnlich zwischen
0,2 und 70 Bar, vorzugsweise zwischen 0,5 und 20 Bar, und müssen groß genug sein, um die zu hydrierenden Verbindungen in flüssiger
Phase zu halten.
Man kann nach Belieben Lösungsmittel einsetzen. Die Lösungsmittel,
die entweder als Verdünnungsmittel oder als stationäre Phase verwendet werden können, wenn man mit homogenen oder in der
flüssigen Phase dispergierten Katalysatoren arbeitet, sind vorzugsweise die Kohlenwasserstoffe mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen
wie z.B. Benzol, Toluol, Cetan oder Dekalin.
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Man kann entweder eine Cc-itaktion allein hydrieren, vorausgesetzt
daß sie Cyclopentadien enthält, oder eine C.-Eraktion,
der Cyclopentadien zugesetzt worden ist; man kann aber auch
gemäß der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung eine C,-Fraktion,
der eine Cyclopentadien enthaltende C^-iraktion zugesetzt
worden ist, oder direkt eine aua der .Destillation eines .Pyrolyseabströmungsproduktes stammende C.+Cc-Irakt.ionbehandeln.
Die. Cyclopentadienmenge stellt gewöhnlich das 0,1- "bis 10-fache
Gewicht des Butadien und/oder Isopren dar. Bei C.- und/oder Cj-iraktionen
der Pyrolyse kann der Cyclopentadienanteil in der Charge zwischen 1 und 40 Gew.$ liegen; vorzugsweise liegt er
oberhalb 5$.
Bei einem zu niedrigen Gehalt an Cyclopentadien wird nämlich der gewünschte selektivierende Effekt nicht erzielt, und ein
zu hoher Gehalt ist aus wirtschaftlicher Sicht nicht interessant.
Wie bereits vorstehend erwähnt, muß die Umsetzungstemperatur gemäßigt sein. Oberhalb 500C und insbesondere oberhalb 800C
neigt das Cyclopentadien nämlich zur Polymerisation und vermindert die Aktivität des Katalysators»
Die Katalysatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können in der flüssigen Phase löslich
oder dispergiert sein oder mittels herkömmlicher Verfahren auf mineralische oder organische Träger aufgebracht werden.
Die verwendbaren Metalle sind die der Gruppen IV., V., VI., VII^ und VIII (Nichtedelmetalle) und vorzugsweise Eisen, Kobalt
und/oder Molybdän.
Diese Metalle werden vorzugsweise als Carboxylate und insbesondere
als solche verwendet, die 5 bis 20 Kohlenstoff atome pro
Carb oxylatgruppe enthalt en.
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Die bevorzugten Reduktionsmittel entsprechen der Formel Al R~,
wobei jede Gruppe R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sein kann.
Das Atonrverhältnis Al/Metall liegt vorzugsweise zwischen 1 und
20.
Bei den so erhaltenen Katalysatoren kann nicht genau angegeben werden, ob das katalytische Metall im Metallzustand oder als
Salz oder teilweise reduzierte: Komplexverbindung vorliegt.
Bei Verwendung eines Katalysators auf einem Träger beträgt der Gehalt an aktivem Element, berechnet in Metall, z.B. Co, Pe
oder Mo, 0,1 bis 10 Gew.^.
Die Katalysatoren können z.B. mittels der nachstehend aufgeführten
verschiedenen Verfahren hergestellt werden:
1) Man kann einen in den Kohlenwasserstoffen löslichen oder
fein dispergierten Katalysator durch Umsetzung eines Salzes eines Übergangsmetalls mit einem Metallhydrid oder einem metallorganischen
Reduktionsmittel wie einer organischen Magnesiumverbindung, einer organischenLithiumverbindung, einer organischen
Natriumverbindung oder einer organischem Aluminiumverbindung erhalten.
2) Die nach der Technik 1 erhaltenen Katalysatoren können auf organischen oder mineralischen Trägern wie Siliciumdioxid oder
Aluminiumoxid aufgebracht werden.
3) Der Katalysator kann auch durch Imprägnieren eines Trägers mittels einer Lösung eines organischen Salzes eines Übergangsmetalls
in einem Kohlenwasserstoff erhalten werden, mit nachfolgender Trocknung und Reduktion durch Wasserstoff oder durch
metallorganische Reduktionsmittel oder Hydride.
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4) Ein anderes Verfahren "besteht darin, einen Träger mittels
einer wässrigen Lösung eines Salzes eines Übergangsmetalls zu imprägnieren, zu trocknen und/oder zu kalzinieren und entweder
mit Wasserstoff oder mit einem metallorganischen Reduktionsmittel oder einem Hydrid zu reduzieren. ■·
Die vorstehend genannten Methoden werden informationshalber aufgeführt, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Die Verfahren zur Durchführung richten sich nach den verschiedenen
Katalysatoren, die erfindungsgemäß eingesetzt werden
können:
1 ) J1Ur die löslichen Katalysatoren bevorzugt man ein schweres
Lösungsmittel, wie eines der weiter oben genannten, als stationäre Phase, und zieht die Produkte in Dampfphase ab.
2) Pur die festen Katalysatoren bevorzugt man einen röhrenförmigen
Reaktionsbehälter. Man erhält dann den Trägerkatalysator, indem man eine homogene Katalysatorlösung auf den zuvor in
Stellung gebrachten Träger leitet. Die Reduktionen tdurch Wasserstoff,
metallorganische Reduktionsmittel oder die Hydride erfolgen in der Einheit,
Das Molverhältnis des Wasserstoffs zu den vorhandenen Acetylenverbindungen
kann zwischen 1 und 1 000 und vorzugsweise zwischen
2 und 50 liegen.
Die Durchflußgeschwindigkeiten richten sich nach den Leistungen, die man erzielen will.
Wie auch die Durchführungsart sein mag: Man erhält ein Abströmungsprodukt,
das im allgemeinen weniger als 100 ppm Acetylene bei einem unerheblichen Verlust an Diolefinen enthält.
Die nachstehenden Beispiele, auf die die Erfindung nicht beschränkt
ist, dienen der Erläuterung der Erfindung.
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Dieses Beispiel wird vergleichshalber angeführt. In einen Reaktor
von 100 cm leitet man 50 cm einer 10 V0I./& Isopren und
1 Vol.^ 2-Butin enthaltenden Benzollösung. Man hält die Temperatur
auf 200C und führt 5 cm einer Lösung eines durch Umsetzung
von 0,35 Millimol Eisenstearat und 1,4 Millimol Triäthylaluminium erhaltenen Katalysators in Benzol zu. Man erhöht
den Wasserstoffdruck auf 2 Bar und rührt.
Nach 20 Minuten zieht man 1 cm !flüssigkeit ab und analysiert
diese. Das 2-Butin ist zu 95% verschwunden, und das Verhältnis
Methylbutene/Butene, das den Verbrauch an Isopren angibt, beträgt 2,05. Nach 30 Minuten ist das But in vollkommen aufgebraucht,
und das Verhältnis Methylbutene/Butene beträgt 2,3.
■a 3
Man wie derholt Beispiel 1, indem man 5 cm Benzol durch 5 cm
Cyclopentadien ersetzt. Die Analyse des AbStrömungsproduktes
nach 5 Stunden Umsetzung zeigt, daß das But in verschwunden ist und das Verhältnis Methylbutene/Butene 0,18 beträgt. Das Cyclopentadien
ist nicht aufgebraucht worden.
Man wiederholt Beispiel 2, ändert jedoch die Art des Übergangsmetalls .
Beispiel | Metall | Dauer in | Minuten Umwandler, des |
2-Butin | |||
3 | Ni(D | 4 | 95 |
4 | Go(D | 10 | 98 |
5 | Pd(2) | VJl | 90 |
6 | Mo(D | 300 | > 99 |
7 | Mn(3) | 200 | 25 |
8 | Cr(D | 300 | 31 |
Methylbutene/ Buxene
2,5
10
0,47
0,25
0,23
: Stearat, (2): Acetylacetonat, (3)ϊ Octanoat.
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In den Beispielen 4, 6, 7 und 8 wird daa Cyclopentadien zu einem
sehr geringen Anteil hydriert. In den Beispielen 3 und vor allem 5 wird das Cyclopentadien zu einem größeren Anteil hydriert.
Daa vorstehende Beispiel 5 zeigt,.daß die Selektivität mit Palladium
sehr mäßig ist.
Man wiederholt Beispiel 2, jedoch mit einem Wasserstoffdrack von
10 Bar. !Fach 1 Stunde Umsetzung stoppt man ab und analysiert.
Die Umwandlung des 2-Butin liegt oberhalb 99$, und das Verhältnis Methylbutene/Butene beträgt 0,23.
In einen röhrenförmigen Reaktor gibt man unter Argon 5 g Katalysator,
den man dadurch erhalten hat, daß man 5 g Siliciumdioxid mit einer Benzollösung, die die Produkte der Umsetzung von 0,35
Millimol Eisenstearat und 1,4 Millimol Triäthylaluminium enthält,
imprägniert und danach unter Vakuum trocknet. Auf diesen Katalysator leitet man 50 cnr/h einer Benzollösung, die 10 Vol.$ Isopren,
10 Vol.$ Cyclopentadien und 10 Vol.$ 2-Butin enthält, und einen Durchsatz von 1 l/h Wasserstoff unter einem Gesamtdruck von
10 Bar und bei einer Temperatur von 200C. Die Analyse des Abströmungsproduktes
zeigt eine Umwandlung des 2-Butin von 95$ und ein
Verhältnis Methylbutene/Butene von 0,2 an.
Man wiederholt Beispiel 10, jedoch mit 5 g Katalysator, der 2$
Eisen enthält und durch Imprägnieren von Siliciumdioxid mittels Eisennitrat in wässrigem Medium, Kalzinieren und Reduktion unter
Wasserstoffstrom bei 4000C erhalten wurde. Die Analyse des Abströmungsproduktes
zeigt, daß die Umwandlung des 2-Butin viel schwächer ist (= 70$), daß jedoch die Selektivität, ausgedrückt
in Methylbutene/Butene, 0,2 beträgt.
In einen Reaktor von 100 cnr leitet man 50 cnr einer C^-Eraktion
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aus der Wasserdaiiipfkrackung, die 25 Vol.$ Isopren, 30 Vol.$ Cyclopentadien
und 0,5 ToI.$ Acetylene enthält; der Rest "besteht aus
gesättigten, olefinischen Kohlenwasserstoffen und anderen Diole-
•7.
finen. Man setzt 5 cm einer Lösung aus dem Umsetzungsproduktv. „
■von 1 Millimol Eisenstearat und 3,5 Millimol Triisobutylaluminium
in Dekalin zu. Man stellt die Temperatur auf 20°C ein, und nach Druckerhöhung auf 10 Bar rührt man. Nach 2 Stunden hält man die
Reaktion an und analysiert die flüssige Phase. Die Gesamtmenge der verbliebenen Acetylene liegt unterhalb 100 ppm. Das Cyclopentadien
ist nicht umgewandelt worden, und das restliche Isopren stellt 24,5$ des Abströmungsproduktes dar.
Zum Vergleich hat man mit dem selben Katalysator und unter den gleichen Bedingungen eine Hydrierung einer C.-iraktion der Dampfkrackung
vorgenommen, die Butan, Butene, 35$ (in YoI.) Butadien
und 0,7$ verschiedener Acetylene enthält. Nach 0,1 Stunden Umsetzung
ergibt die Analyse 200 ppm restlicher Acetylene und 30^.2 $
Butadien. Man stellt also fest, daß die Selektivität bei Abwesenheit von Cyclopentadien schlecht ist.
Man mischt die C.- und die C1--Fraktion so, daß man 15$ Cyclopentadien,
0,6$ Acetylene, 12,5$ Isopren und 17,5$ Butadien hat.
Man arbeitet unter den Bedingungen von Beispiel 12 und erhält nach
1 Stunde Umsetzung die folgende Analyse:
Acetylene ....·........ O00 ppm
Cyclopentadien 15 $
Isopren 12,35$
Butadien 17,05 $
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Claims (14)
1) Verfahren zur Reinigung von aeetylenische "Verunreinigungen
enthaltendem Butadien und/oder Isopren, wobei' man Wasserstoff mit einer das genannte Butadien und/oder Isopren enthaltenden
flüssigen Phase in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators, der mindestens ein Nichtedelmetall einer der Gruppen IV^ bis
VII. oder VIII enthält, in Kontalrfc bringt, dadurch gekennzeichnet,
daß die flüssige Phase auch Cyclopentadien enthält und daß man bei einer ^Temperatur unterhalb 80° C arbeitet.
2) Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur 10 bis 50°G
. und der Wasserstoff druck 0,2 bis 70 Bar beträgt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Katalysator dadurch
erhalten wird, daß man mindestens eine Verbindung eines Nichtedelmetalls einer der Gruppen IV^ bis VII» oder VIII mit
einem Metallhydrid oder einer metallorganischen Verbindung J . umsetzt. ■
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Katalysator
Eisen enthält.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ?, wobei der Katalysator
Molybdän enthält.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, wobei der Katalysator
Kobalt enthält.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die flüssige Phase eine C^-Praktion der Pyrolyse ist.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die flüssige
Phase ein Gemisch aus einer C.- und einer C,--Jtaktion der
4 D
Pyrolyse ist.
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- ίο -
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Cyclopentadienmenge in der flüssigen Phase das 0,1- "bis 10-fache Gewicht des Isopren oder Butadien darstellt.
10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Cyclopentadienmenge
in der flüssigen Phase zwischen 1 und 40 Gew.$
liegt.
11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Cyclopentadienmenge
in der flüssigen Phase zwischen 5 und 40 Gew.$>
liegt.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Katalysator
in der flüssigen Phase löslich ist.
13) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Katalysator
fest und in einem festen Bett angeordnet ist.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Molverhältnis H2/Acetylene zwischen 1 und 1000 liegt.
\ ■
409838/1049
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