DE2709525A1 - Verbessertes katalytisches verfahren - Google Patents
Verbessertes katalytisches verfahrenInfo
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Description
WILHELMS & KILIAN
PATENTAN WÄL. TE
DR. ROLF E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN
8OOO MÜNCHEN ΘΟ
TELEFON (OBS) 47 40 73· TELEX 62 34 07 «**>-<*>
TELEQRAMME PATRANS MÜNOCN
P 616
JOHNSON , MATTHEW' & CO . , LTD.
LONDON, ECIN 8ΕΕ/ΕΝΓ,Ι,ΛΝΓ)
Verbessertes katalytisches Verfahren
Die Erfindung betrifft katalytische Verfahren und deren
Verbesserung. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren
zur katalytischen Hydrierung von Verunreinigungen in Terephthalsäure, so daß Terephthalsäure in ausreichender
Reinheit erhalten wird, die bei der Herstellung von Polyesterfasern durch ein Verfahren, das die direkte Veresterung
der Säure mit einem Glycol einschließt, verwendet werden kann.
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JOHNSON, ...
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- r-
Bei der Herstellung von Polyesterfasern, wie beispielsweise Terylenfasern, durch ein Verfahren der zuvor beschriebe
ion Art wird Terephthalsäure normalerweise mit Äthylenglycol zu bis-Hydroxyäthylenterephthalat (bis HAT)
gemäß der folgenden Gleichung verestert:
COOH
COOH2CH0OII
CH0-OII + 2 I Δ
CII2-OH
COOH
Terephthalsäure
Äthylenglycol
♦ 2H2O
b i s-Hydroxyäthylenterephthalat (bis-HÄT)
Das gebildete bis ΙΙΛΤ wird dann durch ein Polykondensationsverfahren
gemäß der folgenden Formel in Polyäthylenterephtha-Iat
umgewandelt:
nbisHÄT·
nHO-
2.CII2. 0OC
COO
Terylen
Das beschriebene Verfahren ist einfach und wirtschaftlich;
es ist jedoch notwendig, daß Terephthalsäure sehr hoher Reinheit verwendet wird. Terephthalsäure kann durch Oxidation
von p-Xylol mit Permanganat oder durch ein katalytisches
Oxidationsverfahren unter Verwendung von Brom als Katalysator hergestellt werden. Bei keiner der verfügbaren
Herstellungsmethoden der Säure durch Oxidation von p-Xylol
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wird jedoch normalerweise eine Säure ausreichender Reinheit für die direkte Veresterung bei der Herstellung von
Polyesterfasern erhalten. Die Hauptverunreinigung in Terephthalsäure, die bei dieser Oxydation gebildet wird,
ist ^-Carboxybenzaldehyd, ein Zwischenprodukt bei der Oxidation von p-Xylol zu Terephthalsäure, wobei eine
der Methylgruppen vollständig zur Carbonsäuregruppe, die andere jedoch nur teilweise zur Aldehydgruppe gemäß
der folgenden Formel oxidiert ist}
CH,
CIIO
♦ 0f
COOII
4-Carboxybenzaldehyd
Zwei andere Verunreinigungen, die in Terephthalsäure auftreten können, sind:
p-Toluylsäure, und
COOH
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CIIO
Terephthaldehyd
CHO
Diese sind wiederum Zwischenprodukte bei der Oxidation von p-Xylol.
Die p—Toluylsäure ist in Wasser sehr viel löslicher als
Terephthalsäure und kann deshalb leicht aus dieser entfernt werden.
Die beiden Aldehyde, 4-Carboxybenzaldehyd und Terephthalaldehyd,
die beide die Polykondensationsstufe ungünstig beeinflussen, und die beide die Qualität der gebildeten
Polyesterfasern beeinträchtigten und rasches Vergilben der aus diesen Fasern hergestellten Gewebe verursachen,
können andererseits nicht in gleicher Weise entfernt werden. Sie können jedoch sehr bequem durch Hydrierung zu
p-Toluylsäure bzw. p-Xylol gemäß der folgenden Gleichung
entfernt werden:
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JOHNSON,
P
CHO
COOH
♦ H,
CH,
COOH
^-Carboxybenzaldehyd
p-Toluylsäure
CHO
+ H,
CHO
Terephtha1dehyd
p-Xylo1
Eine Aufgaba der vorliegenden Erfindung ist ein katalytisches
Verfahren, bei dem diese Hydrierung bequem und schnell bewirkt werden kann.
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Die Vorteile der Hydrierung der Aldehydverunreinigungen
in verunreinigter Terephthalsäure, und hierbei insbesondere der Verunreinigung 4-Carboxybenzaldehyd, wurden
bereits früher erkannt; tatsächlich wird ein Katalysator aus 0,5 Gewichtsprozent Palladium auf Kohle zu diesem
Zweck verwendet.
Es wurde jedoch jetzt gefunden, daß die Reduktion von ^-Carboxybenzaldehyd und anderer Aldehyde in zwei Stufen
verläuft, und daß, wenn der konventionelle Palladiumkatalysator
auf Kohle verwendet wird, die Reaktionsgeschwindigkeit in der zweiten Stufe erheblich geringer
als in der ersten Stufe ist. In der ersten Stufe werden zumindest einige der Aldehydgruppen (CHO) zu Alkoholgruppen
(CH2OH) reduziert, während in der zweiten Stufe
mindestens einige dieser Alkoholgruppen weiter zu Methylgruppen (CH~) reduziert werden, und das gesättigte
Produkt auftritt. Erfindungsgemäß wird ein katalytisches Verfahren zur Reinigung von Terephthalsäure durch Hydrieren
der darin enthaltenen Aldehydverunreinigungen vorgeschlagen, in dem die zweite Stufe des Hydrierungsverfahrens,
wie zuvor ausgeführt, in der die Alkoholgruppen zu Methylgruppen reduziert werden, in Vergleich zur entsprechenden
Reaktionsgeschwindigkeit bei Verwendung eines konventionellen Palladiumkatalysators auf Kohle
wesentlich beschleunigt wird, ohne gleichzeitig wesentlich die Reaktionsgeschwindigkeit In der ersten Stufe
zu beeinflussen.
Das erfindungsgemäße katalytische Verfahren führt zu
Terephthalsäure, die ausreichend rein ist, um ihre direkte Veresterung mit Glycol bei der Herstellung von Polyesterfasern
zu erlauben.
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Das erfindungsgemäße katalytische Verfahren schließt als
Verfahrensschritt die Behandlung einer Lösung von Terephthalsäure mit Wasserstoffgas in Gegenwart eines Katalysators
mit Gehalt an mindestens einem, vorzugsweise zwei oder mehr der folgenden Metalle eint Platin, Palladium, Rhodium,
Ruthenium, Osmium und Iridium.
Zusätzlich kann der Katalysator ein oder mehrere der folgenden Metalle enthalten: Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom,
Mangan und Uran.
Vorzugsweise enthält der Katalysator im erfindungsgemäßen
katalytischer! Verfahren ein oder mehrere der folgenden Metallpaare 2
Palladium J Ruthenium
Palladium : Osmium
Palladium : Iridium
Palladium 1 Rhodium
Palladium : Platin
Platin : Rhodium
Platin : Rhodium
Palladium t Eisen
Palladium : Nickel
Palladium : Kobalt
Palladium : Chrom
Palladium : Mangan
Palladium : Uran
Die Metalle des Katalysators können in Form einer Legierung oder weniger eng wie in einer Legierung miteinander
verbunden sein. Beispielsweise können sie in Form einer einfachen Mischung oder in Form einer innigen, im wesentlichen
homogenen Mischung, die etwas anderes als eine rein physikalische Mischung ist, vorliegen.
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Vorzugsweise ist das Katalyaatormetall auf einem Träger aufgebracht oder mit diesem verbunden.
Insbesondere bevorzugt ist es, wenn der Träger in Form von Kohlepartikeln oder eines Kohlegranulats mit einer
mittleren Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite von 4-2 mm entspricht, vorliegt.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße katalytische Verfahren
bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei 2800C, und
erhöhtem Druck, beispielsweise bei 105 kg/cm , durchgeführt,
Der Träger kann ebenfalls in Form einer Wabenstruktur aus
Kohlenstoff, Keramik oder Metall vorliegen. Falls die Struktur nicht aus Kohlenstoff ist, ist sie bevorzugt mit
Kohlenstoff oder einem carbonisierten Material beschichtet.
Eine erfindungsgemäße Verfahrensweise besteht darin, eine
wässrige Lösung von unreiner Terephthalsäure abwärts durch eine mit Katalysator beladene Säule zu schicken, wobei
Wasserstoffgas aufwärts durch die Säure geleitet wird. Das Verfahren wird normalerweise bei einer Temperatur von
300°C und einem Druck von etwa 105 kg/cm geführt; die
gereinigte Terephthalsäure wird aus der behandelten Lösung durch Kristallisation und Filtrieren gewonnen; dann wird
das Filtrat rückgeführt. Die enthaltene p-Toluylsäure und
das p-Xylol wird dann in der Säule dem Hydrierverfahren
zusammen mit frischer, der Säule zugeführten Terephthalsäurelösung ausgesetzt.
Bei Verwendung eines bimetallischen Katalysators, der 0,4
Gewichtsprozent Palladium und 0,1 Gewichtsprozent Platin auf Kohlenstoffpartikeln einer mittleren Teilchengröße, die
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einer lichten Maschenveite von k mm entspricht, wurden
sehr gute Ergebnisse erzielt. Hierbei wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit der Wasserstoffaufnahme je Gewichtseinheit
Katalysator mit dem beschriebenen Palladium/ Platinkatalysator um 20$ höher als bei Verwendung eines
Katalysators, der aus 0,5 Gewichtsprozent Palladium auf Kohlenstoffpartikeln mittlerer Teilchengröße, die einer
lichten Maschenweite von 4 mm entspricht, besteht, ist.
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Claims (11)
1. Katalytisches Verfahren zur Reinigung von Terephthalsäure
durch Hydrieren der Aldehydverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Terephthalsäurelösung
mit Wasserstoffgas in Gegenwart eines Katalysators, der mindestens eines der Metalle Platin, Palladium,
Rhodium, Ruthenium, Osmium und/oder Iridium enthält, behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man einen Katalysator verwendet, der mindestens zwei
oder mehr der angegebenen Metalle enthält.
oder mehr der angegebenen Metalle enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet, der ein
oder mehrere der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Mangan und/oder Uran enthält.
h. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3f dadurch
gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
der Palladium/Ruthenium, Palladium/Osmium, Palladium/Iridium,
Palladium/Rhodium, Palladium/Platin, Platin/ Rhodium, Palladium/Eisen, Palladium/Nickel, Palladium/
Kobalt, Palladium/Chrom, Palladium/Mangan und/oder Palladium/Uran enthält.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
dessen Metalle in Form einer Legierung vorliegen.
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ORIGINAL INSPECTED
JOHNSON.... P 616
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
dessen Metalle in Form einer Mischung vorliegen.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
bei dem das Katalysatormetall auf einem Träger aufgebracht ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
dessen Trägermaterial in Form eines Kohlenstoffgranulats mit einer mittleren Teilchengröße, die einer
lichten Maschenweite von 2-4 mm entspricht, vorliegt.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung der Lösung
bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß
man die Behandlung bei einer Temperatur von 280 C und einem Druck von 105 kg/cm durchführt.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
der 0,4 Gewichtsprozent Palladium und 0,1 Gewichtsprozent
Platin auf einem Träger aus Kohlenstoffpartikeln in einer mittleren Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite
von 4 mm entspricht, enthält.
709836/098·
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