DE2602418A1 - Verfahren zur herstellung von butindiol - Google Patents

Verfahren zur herstellung von butindiol

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DE2602418A1
DE2602418A1 DE19762602418 DE2602418A DE2602418A1 DE 2602418 A1 DE2602418 A1 DE 2602418A1 DE 19762602418 DE19762602418 DE 19762602418 DE 2602418 A DE2602418 A DE 2602418A DE 2602418 A1 DE2602418 A1 DE 2602418A1
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Juergen Dipl Phys Dr Dehler
Herwig Dipl Chem Dr Hoffmann
Heinrich Dr Pasedach
Wolfgang Dipl Chem Dr Reiss
Siegfried Dipl Chem Dr Winderl
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BASF SE
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/843Arsenic, antimony or bismuth
    • B01J23/8437Bismuth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/36Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring increasing the number of carbon atoms by reactions with formation of hydroxy groups, which may occur via intermediates being derivatives of hydroxy, e.g. O-metal
    • C07C29/38Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring increasing the number of carbon atoms by reactions with formation of hydroxy groups, which may occur via intermediates being derivatives of hydroxy, e.g. O-metal by reaction with aldehydes or ketones
    • C07C29/42Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring increasing the number of carbon atoms by reactions with formation of hydroxy groups, which may occur via intermediates being derivatives of hydroxy, e.g. O-metal by reaction with aldehydes or ketones with compounds containing triple carbon-to-carbon bonds, e.g. with metal-alkynes

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Butindiol
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Butin-2-diol-1,4 durch Umsetzung von Acetylen und Formaldehyd in wässriger Lösung bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck an einem Katalysator, der im wesentlichen aus einem Reaktionsprodukt von Acetylen, Formaldehyd und auf einem Kieselsäureträger niedergeschlagenen Kupfer(II)-Verbindungen besteht.
  • Dieses Verfahren wird meistens in der Weise ausgeübt, daß der Katalysator in Form einer Packung fest angeordnet wird und das umzusetzende Reaktionsgemisch als Rieselfilm über die Packung strömt. Aus der mitanwesenden Gasphase wird das verbrauchte Acetylen jeweils nachgeliefert. Ausffihrliche Darstellungen dieser bewährten Verfahrensanordnung sind z.B.- aus Ullmann, Encyclopädie der technischen Chemie, Stichwort Äthinylierung bekannt.
  • Andere, weniger gebräuchliche Verfahren verwenden feinteilige, im Reaktionsgemisch suspendierte Katalysatoren und lassen Acetylen in Blasenform durch das Reaktionsgemisch perlen.
  • Allen Verfahren ist gemeinsam die Begrenzung des Umsatzes durch die Leistung des Katalysators, da sich die Konzentration der Reaktionsteilnehmer (z.B. Acetylen) durch Erhöhung des Drucks nicht beliebig steigern läßt.
  • Im übrigen geht das Bestreben dahin, den Reaktionsdruck zu vermindern, da die Verwendung von Acetylen unter Druck zwar sicherheitstechnisch beherrscht wird, aber einen ungewöhnlichen Aufwand erfordert.
  • Es besteht daher die Aufgabe, Katalysatoren zu entwickeln, die eine besonders hohe spezifische Reaktionsgeschwindigkeit erlauben und zudem eine lange Lebensdauer besitzen. Herkömmliche Katalysatoren besitzen auch unter günstigen Bedingungen nur eine Lebensdauer von wenigen Wcchen oder bestenfalls Monaten.
  • Es ist z.B. aus der DT-AS 18 04 696 bekannt, daß gewisse Fortschritte mittels trägerfreier Katalysatoren erzielt werden können, die allerdings nur in suspendierter Form verwendbar sind. Hierbei ist auch angegeben worden, daß die Art und Weise der Umsetzung der Kupferverbindungen des sogenannim Katalysatorvorläufersmit Acetylen und Formaldehyd, wobei die aktive Form des Katalysators entsteht, einen Einfluß auf die speziellen Katalysatoreigenschaften hat.
  • Allgemein ist bekannt, daß Reaktionsgeschwindigkeit und Katalysatoreigenschaften abhängig sind vom Säuregrad des Mediums.
  • Die US-Patentschrift 3 650 985 gibt für Katalysatorentwicklung und Umsetzung jeweils pH-Bereiche zwischen 3 und 10 an; bevorzugt werden Bereiche um den Neutralpunkt.
  • An sich ist dabei bekannt, daß die Athinylierungsreaktion im alkalischen oder wenigstens nicht sauren Bereich gut verläuft: Das Abfangen der sauren Reaktionsprodukte, die z.B. bei der Reduktion des zweiwertigen zum einwertigen Kupfer während der Katalysatorentwicklung aus dem verbrauchten Formaldehyd entstehen, mit Puffersubstanzen (z.B. CaC03) ist schon in der DT-PS 725 326 empfohlen worden. Andererseits ist öfter darauf hingewiesen worden, daß die Reaktion zweckmäßig in schwach saurem Medium ablaufen soll (vgl. z.B. DT-AS 12 35 295, 10 72 985).
  • Es wurde nun gefunden, daß man besonders aktive, langlebige und bemerkenswerterweise auch gegen Alkali gut beständige Katalysatoren erhalten kann, wenn man, allgemein gesprochen, die sogenannte Katalysatorentwicklung (Formierung), d.h. den Umsatz der Kupfer(II)-Verbindungen mit Acetylen und Formaldehyd in schwach saurer Umgebung vornimmt, während die eigentliche Athinylierungsreaktion durchaus und mit Vorteil unter neutralen bis schwach alkalischen Bedingungen stattfinden kann.
  • Unmittelbarer Erfindungsgegenstand ist demnach das eingangs bezeichnete Verfahren, wobei die Erfindung darin besteht, daß man die Umsetzung bei einem pH-Wert des Reaktionsgemischs oberhalb von 5,5 an einem Katalysator vornimmt, der durch Reaktion der Kupfer(II)-Verbindungen, Acetylen und Formaldehyd in wässriger Lösung bei einem pH-Wert unterhalb von 5,5 erhalten wurde, wobei die Reaktion zur Herstellung des Katalysators als beendet angesehen wird, wenn mindestens 2 g-Mol Formaldehyd je g-Atom Kupfer verbraucht sind.
  • Es ist zweckmäßig die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 70 und 110 C vorzunehmen und als Katalysator ein Reaktionsprodukt zu verwenden, das bei 60 bis 90°C erhalten wurde.
  • Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil sich hiermit auch im drucklosen Betrieb Reaktionsgeschwindigkeiten unter üblichen Temperaturbedingungen einstellen, die nach allgemeiner Ansicht bisher dem Betrieb unter Druck vorbehalten waren. 1 kg Butindiol je kg bzw. Liter Katalysator und Tag sind erreichbar, ohne daß zu trägerfreien Katalysatoren gegriffen werden müsste, die aus Materialgründen kostspieliger sind und bisher zur festen Anordnung als Packung in den vorhandenen Anlagen ungeeignet sind, sich vielmehr lediglich in suspendierter Form anwenden lassen.
  • Da vorhandene Anlagen zudem für die Beherrschung von Acetylendruckreaktionen ausgelegt zu sein pflegen (wegen der Erfordernisse solcher Reaktionen wird auf das Buch von W. Reppe: Chemie + Technik der Acetylen-Druck-Reaktionen, 2. Auflage, Weinheim 1952 verwiesen), lassen sich mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren Umsätze von 3 und mehr kg je Liter Reaktionsraum bzw. Katalysator und Tag erzielen, wenn ein Acetylendruck bis etwa 5 bar eingehalten werden kann.
  • Die Bedingungen bei der Herstellung des Katalysatorvorläufers unterscheiden sich im allgemeinen nicht von den gewöhnlichen Bedingungen.
  • Die Träger dienen im allgemeinen vorgeformte Kieselsäurezubereitungen bzw. Kieselgele. Während Kieselsäuren Porenradien zwischen etwa 12 und 15 nm haben, sind die Poren bei Kieselgelen (über die Zwischenstufe eines Kieselsäuresols erhaltene Kieselsäuren) etwa 4 bis 5 nm weit.
  • Wenn der Katalysator fest (d.h. in Form einer Packung) angeordnet werden soll, so gibt man dem Träger die Form von Strängen, Pillen oder Kugeln von z.B. 2 bis 10 mm Durchmesser. üblich ist eine Porosität von 0Es8 bis 1 cm3/g. Die innere Oberfläche liegt im allgemeinen bei 50 bis 500 m Ig. Es ist aber ebenso möglich, Trägerkatalysatoren fUr die Verwendung als Katalysatorsuspension vorzusehen, es versteht sich von selbst} daß in diesem Falle der Träger bzw. die auf Träger aufgebrachten Katalysatoren entsprechend feinteilig sein müssen. Teilchengrößen von 0,05 bis O,j mm> die gewöhnlich ihrerseits eine bestimmte Korngrößenverteilung aufweisen, sind für derartige Suspensionskatalysatoren üblich.
  • Auf den Träger wird gewöhnlich eine Kupfer(IT)-Verbindung in Form eines wasserlöslichen Salzes aufgebracht> das beim Erhitzen ein Oxid bzw. Oxidhydrat hinterlässt. Man kann sowohl tränken als auch durch Besprühen äußerlich aufbringen> wobei man poröser Träger naturgemäß eher tränkt, während dichtere Zubereitungen auch durch Besprühen mit Kupfer versehen werden können. Es ist üblich, bezogen auf das Trägergewicht etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent Kupfer (berechnet als Metall) aufzubringen.
  • Bevorzugt sind 10 bis 15 %. Eine geringere Menge (1 bis 5 Gewichtsprozent Metall berechnet auf das Trägergewicht) an Wismutverbindungen wird ebenfalls meist mitverwendet, da sich hiermit gewisse Störungen zurückdrängen lassen. Vielfach ist allerdings angegeben, daß unter günstigen Bedingungen auf diesen Zusatz auch verzichtet werden kann.
  • Bei der Z-ubereitung der Katalysatoren wird somit, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, zunächst ein geeigneter Kieselsäureträger mit Kupfer- und gegebenenfalls Wismutverbindungen getränkt, getrocknet und bis zur Gewichtskonstanz erhitzt. Im allgemeinen benötigt man bei den üblichen Katalysatoren eine Trocknungszeit von 10 bis 30 Stunden bei einer Temperatur zwischen 70 und 10 G. Die Vertreibung der flüchtigen Bestandteile (Nitrate, evtl. Chloride) geschieht bei 500 bis 60o C.
  • Danach liegen die katalytisch wirksamen Bestandteile in der Regel als Oxide vor. Natürlich ist auch die Anwesenheit von Kupferverbindungen des Trägers selbst nicht ausgeschlossen.
  • Die Erfindung setzt bei der Einwirkung von Formaldehyd und Acetylen auf den Katalysatorvorläufer ein, Es ist zwar nicht notwendig, die in der Regel schwach saure Formaldehydlösung von vornherein zu puffern, Jedoch sollte für die Dauer der Katalysatorentwicklung der pH-Wert etwa zwischen 4>5 und 5,5 liegen, d.h. nicht stark sauer sein. Andererseits findet je nach der angewandten Menge an Formaldehydlösung doch eine beträchliche Verschiebung des pH-Werts der ungepufferten Lösung statt, wenn man berücksichtigt, daß während der Entwicklung des Katalysators je g-Atom Kupfer etwa 05 g-Mol Formaldehyd in Ameisensäure übergehen. Dieser Überlegung liegt die Vorstellung zugrunde, daß während der Entwicklung zweiwertiges Kupfer in einwertiges Übergeht.
  • Es ergibt sich somit daß in manchen Fällen ein gewisser Zusatz an Alkali (z.B. Alkali) vor oder während der Entwicklung vorgenommen wird, wobei die Formaldehydlösung kurzfristig etwa neutral reagiert. Bei der Entwicklung schwingt jedoch der pH-Wert bald wieder in den erfindungsgemäßen Bereich. Es wird selbstverständlich bevorzugt, den pH-Wert dauernd zu Uberwachen, so daR er im allgemeinen ständig zwischen etwa 4 und 5,5 liegt.
  • Zur Regelung des pH-Werts ist besonders Alkalicarbonat bzw.
  • -bicarbonat oder -hydroxid geeignet. Früher empfohlene Mittel wie Magnesium- oder Calciumcarbonat haben sich weniger bewährt oder besitzen Nachteile. Andererseits ist es manchmal von Vorteil, Puffer, also Mischungen schwacher Säuren mit ihren Alkalisalzen zu verwenden, z.B. Borsäure und Natriumborat, Phosphat-und Zitratpuffer. Zweckmäßig werden Jeweils die zur Anwendung gebrachten Lösungen, bevor sie mit dem Katalysator bzw. dem Katalysatorvorläufer in BerUhrung kommen, auf den entsprechenden pH-Wert gebracht, so daß örtlich der Katalysator nicht mit extremen pH-Werten in Berührung kommt.
  • Das Ende der Entwicklung (gleichzeitig Anwesenheit von Acetylen vorausgesetzt) kündigt sich dadurch an, daß die Geschwindigkeit des Formaldehydverbrauchs, die zunächst im allgemeinen abnimmt, nunmehr zunimmt. Dabei beträgt der analytisch erfassbare Gesamtverbrauch seit Beginn der Entwicklung im allgemeinen 2 bis 10, insbesondere 2 bis 6 g-Mol Formaldehyd je g-Atom Kupfer. Es versteht sich, daß die Umstimmung auf einen pH-Wert oberhalb von 5,5 nicht unmittelbar nach dem Ende der Katalysatorentwicklung vorgenommen werden muß, da auch unterhalb von pH 5,5 durchaus Butindiol gebildet wird. Die volle Leistung des Katalysators setzt aber einen pH-Wert von 5,5 oder mehr, vorzugsweise 6 bis 7 voraus.
  • Eine längere Behandlung des fertig entwickelten Katalysators mit pH-Werten unterhalb von 5,5 sollte jedoch vermieden werden.
  • Nachdem die Reaktion selbst, d.h. die Bildung von Butindiol, solchermaßen in Gang gekommen ist, wird daher zur Erzielung des Nutzens der Erfindung der pH-Wert des Reaktionsgemisches derart verschoben, daß er oberhalb von 5,5 liegt. Es kann dies durch Zusatz von mehr oder entsprechend stärkeren Alkalien geschehen.
  • Andererseits wird dadurch, daß die Entwicklung des Katalysators abgeschlossen ist und somit aus dem vorhandenen Formaldehyd keine Säure mehr entsteht, der Verbrauch an Alkali selbst geringer. Eine fortlaufende Kontrolle ist daher in vielen Fällen von da an entbehrlich, es genügt vielmehr, in angemessenen Abständen zu kontrollieren. Zu beachten ist, daß eine ausreichende Acetylenkonzentration aufrecht erhalten wird; erfahrungsgemäß führt geringer Acetylenpartialdruck zu einem vermehrten Alkaliverbrauch. Ebenso nimmt der Alkaliverbrauch mit steigender Temperatur zu. Eine möglichst niedrige Reaktionstemperatur sollte daher angestrebt werden.
  • Ein so vorbehandelter und in Betrieb genommener Katalysator besitzt eine hervoragende Aktivität, lange Lebensdauer und neigt nicht dazu, die Anlage mit seinen Zerfallsprodukten zu überschwemmen, so daß ein störungsarmer, wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet ist.
  • Beispiel 1 Ein Reaktor von 10 1 Nutzinhalt aus Glas mit einem Durchmesser von 80 mm und 2 m Länge wird mit 6 kg eines unbehandelten Trägerkatalysators gefüllt, dessen Analyse einen Gehalt an 85 Gewichtsprozent Kieselsäure, 12 M Kupfer und 3 % Wismut ergab.
  • Die Katalysatorteilchen bilden Stränge von 3 mm Durchmesser und 4 bis 8 mm Länge; Kupfer und Wismut sind in Form ihrer Oxide anwesend.
  • Die Ausstattung der Anlage mit Flüssigkeitsumwälzung, Kühleinrichtungen und meßgeräten entspricht der in Beispiel 1 der DT-AS 19 41 633 angegebenen (s. Abbildung am Ende dieser Beschreibung).
  • Die Anlage ird mit 30 -iger wäßriger Formaldehydlösung gefüllt, die mit einer Geschwindigkeit von ca. 400 l/h entsprechend einer Fldssigkeitsbelastung des leeren Reaktors von 80 m3/m2 h umgewälzt wird. In einem Flüssigkeitsvorheizer wird eine Reaktionstemperatur von 70 0C eingestellt und gleichzeitig soviel Acetylen zugeführt, daß ein Drittel der zugeführten Acetylenmenge den Reaktor als Abgas verläßt. Der Acetylendruck im Reaktorrohr beträgt 1,0 bis 1,2 bar. Durch Zugabe von stündlich 20 cm3 4 %-iger Natronlauge unter guter Durchmischung läßt sich der pH-Wert der umgepumpten Lösung auf 7,5 halten.
  • Wenn man diesen pHrt weiterhin einhält, so wird selbst nach ca. 72 Stunden Einwirkungszeit weder die Bildung von Cuproacetylid noch eine Bildung von Butindiol beobachten.
  • Erfindunegemäß wird jedoch der weitere Zusatz von Alkalilauge zunächst unterlassen. Die Lösung nimmt saure Reaktion an und erreicht nach ca. 15 Stunden einen pH-Wert zwischen 4 und 4,5.
  • Der Formaldehydumsatz setzt nunmehr deutlich ein und es bildet sich Butindiol. Nach insgesamt 24-stündiger Reaktionszeit wird die Temperatur auf 75 0C eingestellt und nun durch stündliche Zugabe von 25 cm5 4 X-iger Natronlauge der pH-Wert der umlaufenden Lösung im Bereich 5,5 bis 6,5 gehalten.
  • Bei einem stündlichen Zulauf von 750 cm3 3G S-igem Formaldehyd und Zufuhr von Acetylen in der Menge, die den Betriebsdruck erhält werden jeweils 830 cm3 einer Butindiollösung dem Reaktor entnommen, deren Formaldehydgehalt 7 beträgt. Die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt während 130 Tagen Laufzeit 0,6 kg Butindiol je Liter Kontakt und Tag.
  • Insgesamt wurden etwa 600 kg Butindiol hergestellt. Der Destillierrückstand bei der Butindioldestillation (ein Naß für auftretende Nebenreaktionen wie Bildung niederer Zucker) entspricht den Werten, die bei Umsetzung unter einem Acetylendruck von 6 bar gefunden werden.
  • Führt man nach den vorstehenden Angaben die Umsetzung im pH-Bereich 6,5 bis 7,5, so wird eine weiter erhöhte Lebensdauer des Kontaktes beobachtet.
  • Vergleichsversuch 1 Wurde entsprechend dem vorstehenden Beispiel 1 verfahren, jedoch das umgepumpte Reaktionsgemisch auch nach der Katalysatoraktivierung in einem pH-Bereich von 3,5 bis 4,5 gehalten, so wurde bei dieser Reaktionstemperatur von 80 0C nur eine Kontaktlebensdauer von 10 Tagen erzielt.
  • Beispiel 2 Es wurde verfahren, wie vorstehend beschrieben, jedoch der unbehandelte Katalysator zunächst gewässert. Die anfängliche Formaldehydkonzentration ergab sich hierdurch zu 21,5 %.
  • Durch eine pH-Regelung mit automatischer Dosiervorrichtung wird 4 %-ige wäßrige Natronlauge so zugeführt, daß während der Kontaktentwicklung in der Reaktionsflüssigkeit stets ein pH-Wert von 4,2 bis 5,5 aufrecht erhalten wird. Dazu werden in den ersten 12 Stunden 580 cm3 Natronlauge benötigt. In den darauffolgenden 24 Stunden sind es 850 cm3 Natronlauge.
  • In den ersten Stunden tendsert sich die Formaldehydkonzentration im Reaktionsgemisch kaum und b erträgt nach 12 Stunden noch ca.
  • 21 i,. Dann beginnt der abbau des Formaldehyds, und 22 Stunden nach Reaktionsbeginn ist die Konzentration auf 14,5 , gefallen; sie erreicht nach einer Reaktionszeit von insgesamt 40 Stunden eine Konzentration von 5 %. Die innerhalb von 24 Stunden benötigte Natronlaugemenge geht auf 240 bis 300 cm3 zurück und zeigt damit an, daß dle zum Katalysator führende Reaktion weitgehend abgeschlossen ist.
  • tTun beginnt man kontinuierlich 30 einen wäßrigen Formaldehyd zuzuführen. Bei einem Zulauf von 750 cm3 werden gleIchzeitig ca. 830 cm3 Reaktionsgemisch pro Stunde entnommen. Neben Butindiol enthält dieses noch ca. 9 S Formaldehyd.
  • Die zugeführte Lauge wird nun so bemessen, daß die Reaktionslösung ständig pH 6,2 bis 7,5 zeigt. Bei einer Reaktionstemperatur von 70 0C sind dafür innerhalb von 24 Stunden 220 bis 300 cm3 4 ,-ige Natronlauge erforderlich.
  • Bei Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 7500 wird bei einem Zulauf von 750 cm3 30 %-igem Formaldehyd stündlich 830 cm3 eines Austrages entnommen, der noch 7 /% Formaldehyd enthält.
  • Der Laugeverbrauch innerhalb von 24 Stunden beträgt in diesem Falle 600 bis 800 cm3. Pro Stunde werden 186 g Formaldehyd in 253 g Butindiol überführt; die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt 0,6 kg Butindiol pro 1 Kontakt Tag.
  • Vergleichsversuch 2 Wir der unbehandelte Katalysator bei einer Temperatur von 70°C mit Acetylen und wäßrigem Formaldehyd im pH-Bereich von 6,5 bis 8,2 behandelt, so tritt selbst nach 72-stündiger Umsetzungszeit kein Formaldehydabbau ein. Stellt man jedoch den pH-Wert der Formaldehydlösung zum Beispiel durch Ameisensäurezugabe auf 4,5 bis 5,0 ein, so beginnt nach wenigen Stunden der Formaldehydabbau.
  • Verwendet man anstelle der Kieselsäurestränge als Kontaktträger weitporiges Kieselgel in Form von Kugeln mit 2 bis 3 mm Durchmesser, so verhält sich ein solcher Kontakt mit gleichem Gehalt an Kupferoxid und Wismutoxid prakt?.-ch gleich.
  • Beispiel 3 Ein druckfestes aufrechtstehendes Reaktionsrohr mit 2,7 1 Sutzinhalt (Durchmesser 45 mm, Länge ca. 2 m), das ähnlich wie in Beispiel 1 angegeben, mit einer FlUssigkeitsunwälzung (maximal 54 l/h) ausgerüstet war, wurde mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Katalysator gefüllt. Die Anlage wurde mit ca. 2 1 einer 30 %-igen Formaldehydlösung gefüllt, die 4 g Natriumbicarbonat pro Liter gelöst enthielt.
  • Es wurde ein Flüssigkeitsumlauf von ca. 50 1 eingestellt und durch einen Flüssigkeitsvorwärmer auf 70°C erwärmt. Der @@etylendruck betrug 6 bar. Es wurden stündlich 30 1 gas entnommen.
  • Stündlich wurde ein Zulauf von 300 ml 30 /-iger Formafidahv-" lösung eingestellt, die ebenfalls 4 g Natriumbicarbonat pro Liter enthielt. In den ersten 8 Stunden fand kein Abbau des Formaldehyds statt, doch nahm die umgewälzte Lösung, die anfangs einen pH-Wert von 7,8 aufwies, schließlich einen pH-Wert von ca. 4,7 an, es begann der Formaldehydabbau und die Butindiolbildung setzte ein.
  • Nach 13 Stunden Reaktionszeit enthält das kontinuierlich entnommene Reaktionsgemisch noch ca. 9 % Formaldehyd (pH 4,9).
  • Nach weiteren 6 Stunden ist der Formaldehydgehalt auf 6 % abgefallen und der pH-Wert auf 5,8 angestiegen.
  • Die Natriumbicarbonatmenge in der frischen Formaldehydlösung wurde. jetzt auf 2 g/l reduziert. Der Formaldehydrestgehalt betrug in der Reaktionslösung nur noch 4 % und die Lösung wies pH-Werte um 7,5 bis 3,2 auf. Darauf wurde die Natriumbicarbonatzugabe auf 1 g/l reduziert und der stündliche Zulauf auf 500 cm3/Std. erhöht. Die pH-Werte blieben nunmehr bei 7,5 bis 8,2. Lediglich bei Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 90°C mußte die atriumbicarbonatzugabe wieder auf 2,5 g/l erhöht werden, um den pII-Wert auf der eingestellten Höhe zu halten.
  • Die Raum-Zeit-Ausbeuten betragen bei einer Reaktionstemperatur von 70 0C 80°C 90 0C kg Butindiol/l Kontakt Tag Tag 1,3)1 2,45 3,15 Es ist darauf hinzuweisen, daß der Flüssigkeitsumlauf von 50 l/h in der beschriebenen Druckanlage nicht ausreicht, um die sogenannte Ubergangsströmung zu erzielen, die in der DT-AS 19 41 633 beschrieben wird und eine weitere Steigerung der Leistung zuläßt.
  • Beispiel 4 Die Anlage, die in Beispiel 3 beschrieben ist, wird mit 2 1 eines Trägerkatalysators gefüllt, der aus geformten Strängen von 3 mm Durchmesser und einer Länge von 4 bis 8 mm besteht und nach Analyse einen Gehalt von 85 Gewichtsprozent Kieselgel, 12 Gewichtsprozent Kupfer und 3 Gewichtsprozent Wismut hat.
  • Durch eine verbesserte Leistung der Umlaufpumpe sind nunmehr Umwälzleistungen von über 100 1 Flüssigkeit je Stunde möglich. Es werden ca. 2 1 einer 30 %-igen wässrigen Formaldehydlösung, die pro Liter 2 g Natriumbicarbonat gelöst enthalten, in die Apparatur gefüllt und 100 1 Flüssigkeit pro Stunde von oben nach unten durch die Füllkörpersäule gepumpt. Durch einen Flüssigkeitsvorwärmer wird die umgepumpte Flüssigkeit auf 70°C erwärmt und bei einem Acetylendruck von 5 atü in der Apparatur stündlich 30 1 Abgas aus einem Flüssigkeitsabscheider am Fuß des Reaktors entspannt.
  • Die Zufuhr von Frisch-Acetylen geschieht an der Reaktor-Kopfseite. Die zugepumpte Formaldehydlösung, die einen pH-Wert von 7,8 aufweist, nimmt nach Umpumpen in einigen Stunden einen pH-Wert von 4,5 an, und es werden zur Aufrechterhaltung eines pH-Bereiches von 4 bis 5 laufend 300 cm3 der 2 g Natriumbicarbonat pro Liter enthaltenden 30 %-igen wässrigen Formaldehydlösung pro Stunde zugeführt und eine entsprechende Flüssigkeitsmenge dem Flüssigkeitsabscheider entnommen.
  • Nach 8 bis 12 Stunden beginnt ein deutlicher Formaldehydabbau und die Butindiolbildung setzt ein.
  • Nach ca. 20 Stunden hat das ablaufende Reaktionsgemisch einen Formaldehydgehalt von ca. 6 % und der pH-Wert steigt auf über 6 an.
  • Das selbständige Ansteigen des pH-Wertes zeigt, daß die bei der Kontaktformierung entstehende Ameisensäure geringer wird und die Kupferacetylidbildung weitgehend beendet ist.
  • Nach weiteren 12 Stunden Reaktionszeit ist der pH-Wert der Reaktionslösung auf 7,5 bis 8,2 angestiegen und der Natriumbicarbonatgehalt der Zulauflösung wird auf 1 g pro Liter zurückgenommen, ohne daß der pH-Wert sich verringert.
  • Bei einem Zulauf von 1.000 ml 30 %-igem Formaldehyd (= ca.
  • 1.100 g) und einer Reaktionstemperatur von 700C werden stündlich 1.100 cm3 = 1.150 g Reaktionsgemisch entncmmen, das einen Formaldehydgehalt von 13,9 % aufweist. Pro Stunde wurden demnach 166 g Formaldehyd in 223 g Butindiol überführt. Die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt 1,98 kg Butindiol je Liter Kontakt und Tag.
  • Bei gleichem Zulauf und einer Reaktionstemperatur von 800C werden 1.100 cm3 = 1.150 g Reaktionsgemisch gewonnen, das noch 10 % Formaldehyd enthält (pH-Werte im Reaktionsgemisch 7,2 bis 7,9).
  • Pro Stunde wurden in diesem Fall 215 g Formaldehyd in 293 g Butindiol überführt. Die Raumzeitausbeute beträgt 2,6 kg Butindiol je Liter Kontakt und Tag.
  • Bei Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 900C mußte die Natriumbicarbonatmenge im Zulauf von 1 g auf 2 g/l erhöht werden, um den pH-Wert des Reaktionsgemisches im Bereich 7 bis 8 zu halten.
  • Bei einer Zulaufmenge von 1.100 cm5 (entspricht etwa 1.200 g 30 %Tagen Formaldehyd) wurde stündlich 1.200 cm3 (1.260 g) Reaktionsgemisch mit einem Formaldehydgehalt von 8 % gewonnen.
  • Es wurden somit stündlich 262 g Formaldehyd zu 357 g Butindiol umgesetzt. Die Raum-Zeit-Ausbeute beträgt 3,17 kg Butindiol je Liter Kontakt und Tag.
  • Beispiel 5 Entsprechend den Angaben in den Beispielen 3 und 4 wird in einer 3 Liter Katalysator-fassenden Druckapparatur gearbeitet, wobei jedoch das Reaktionsgemisch von unten nach oben durch den Reaktor geführt wird. Bei dieser sogenannten Sumpf-Betriebsweise kann eine relativ niedrige Flüssigkeitsgeschwindigkeit eingehalten werden und die Katalysatorteilchen sind ständig von Flüssigkeit umgeben. Das nichtgelöste Acetylen wird in Form von Gasblasen mitgeführt. Selbst bei einer Reaktionstemperatur von 850C wird eine Katalysatorlebensdauer von 120 bis 140 Tagen erreicht, wenn der Katalysator in der erfindungsgemäßen Weise vorbehandelt und bei einem pH-Wert zur Umsetzung verwendet wird, der sich durch Bicarbonat/Ameisensäure-Puffer etwa ergibt (pH 7). Es wurde in diesem Falle lediglich durch Bicarbonat gepufferte frische Formaldehydlösung- verwendet.

Claims (2)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Butin-2-diol-1,4 durch Umset-\ zung von Acetylen und Formaldehyd in wässriger Lösung bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck an einem Katalysator, der im wesentlichen aus einem Reaktionsprodukt von Acetylen, Formaldehyd und auf einem Kieselsäureträger niedergeschlagenen Kupfer( 11)-Verbindungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einem pH-Wert des Reaktionsgemisches oberhalb von 5,5 an einem Katalysator vornimmt der durch Reaktion der Kupfer(II)-Verbindungen, Acetylen und Formaldehyd in wässriger Lösung bei einem pH-Wert unterhalb von 5,5 erhalten wurde, wobei die Reaktion zur Herstellung des Katalysators als beendet angesehen wird, wenn mindestens 2 g-Mol Formaldehyd je g-Atom Kupfer verbraucht sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 70 und 1100 vorgenommen wird und als Katalysator ein Reaktionsprodukt verwendet wird das bei 60 bis 900 erhalten wurde.
DE19762602418 1976-01-23 1976-01-23 Verfahren zur herstellung von butindiol Withdrawn DE2602418A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4584418A (en) * 1985-03-15 1986-04-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Preparation of butynediol
US6350714B1 (en) 1997-12-02 2002-02-26 Basf Aktiengesellschaft Method for preparing a catalyst and catalysts prepared accordingly
US7759531B2 (en) 2007-02-15 2010-07-20 Basf Aktiengesellschaft Process for preparing 1,4-butanediol

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