DE3228783A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von butindiol-1,4 - Google Patents

Description

• Titel der Erfindung
• Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Bubindiol-1,4 Anwendungsgebiet der erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Butindiol-1,4 aus Formaldehyd und Acetylen in wäßrigem Medium in einer Rührkesselkaskade in Anwesenheit eines fein suspendierten Ethinilierungskatalysators, wobei die kontinuierliche Trennung der katalysatorhaltigen Butindiollösung in ein katalysatorfreies Reaktionsprodukt und eine fließfähige konzentrierte Katalysatorsuspension, die aufgearbeitet dem Reaktionsprozeß wieder zugeführt wird, erfolgt.
• Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die kontinuierliche Herstellung von Butindiol-1,4 aus Formaldehyd und Acetylen in wäßrigem Medium in einer Rührkesselkaskade und in Anwesenheit eines fein suspendierten Ethinilierungskatalysators ist bekannt (US-PS 3 560 576, DE-OS 2 206 693, DE-AS 2 519 088).
• Es ist weiterhin bekannt, daß man das Reaktionsprodukt vor Ausschleusung aus dem System vom mitgef;tihrten suspendierten Katalysator abtrennt und diesen in das Reaktionssystem zurückführt (DE-OS 2 206 693, DE-PS 2 814 447, DE-PS 2 719 745, DE-AS 2 519 088).
• Nach DE-OS 2 206 693 wird zur Herstellung von Butindiol-1,4 ein auf seinen stöchiometrischen Umsatz bezogener Acetylenüberschuß von 300 So verwendet. Das nicht umgesetzte Gasgemisch enthält in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen neben Acetylen einen beträchtlichen Anteil Wasser dampf, der nach seiner Kondensation nach Verlassen des jeweiligen Reakbionsraumes vom wieder einsetzbaren Acetylenanteil getrennt wird. Aus einer Aaetylensammelleitung wird das Acetylen unter erneuter Energiesufwendung in die einzelnen Reaktionsräume zurückgeführt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß insgesamt ein relativ hoher Acetylenüberschuß vorhanden sein muß, damit es in der flüssigen Phase nicht zu einer Acetylenverarmung und damit Schädigung des Katalysators kommt (DE-OS 2 514 990, US-PS 4 149 004).
• Das tritt mit Bestimmtheit ein, wenn die Verweilzeit im Trennsystem groß ist, was bei den bekannten Verfahren zur Abtrennung mit relativ großvolumigen Filtern oder Absetzbehältern immer der Fall ist.
• Nach DE-PS 2 514 990 und DS-OS 2 206 693 wird deshalb das katalysatorhaltige Reaktionsprodukt abgekühlt, damit sich die Reaktionsgeschwindigkeit verringert und die Acetylenkonzentration nur langsam abfällt, so daß der Katalysator während seiner Verweilzeit im Trennsystem nicht geschädigt wird. Diese Verfahrensweise ist mit erheblichen energetischen Nachteilen verbunden, da die zurückgeführte Suspension erneut im Reaktionssystem aufgeheizt werden muß.
• Nach DE-OS 2 804 225 soll eine Trennung durch Filtration über Filtermembranen möglich sein. Nachteilig hierbei ist die Anwendung eines hohen Druckes und vor allem die geringe flächenspezifische Filtrationsleistung. Eine Filtration bei erhöhter temperatur wäre also unumgänglich, was die mit der Acetylenverarmung verbundenen Probleme aufwirft.
• In US-PS 4 117 248 wird die Trennung mit Hilfe eines Rotations-Druckscheibenfilbers beschrieben. Ein derartiges Filtrationsaggregat ist für Verstopfungen, die durch sedimentierenden Katalysator verursacht werden, auf Grund seiner Bauart besonders anfällig, und es ergeben sich technische Schwierigkeiten bei der Abdichtung der rotierenden Hoblwelle. Bei größeren Aggregaten bleibt wie bei allen vorgenannten Verfahren wegen der anwachsenden Verweilzeit der Suspension das Problem der Acetylenverarmung ungelöst. Ein ungestörter Kreislauf des Katalysators ist nicht möglich, da mit jedem Recyoling irreversible nachteilige Veränderungen verbunden sind. Eine generelle Lösung ergibt sich durch Substitution des verbrauchten Alt-Katalysators durch einen grundlegend neu formierten Katalysator.
• Es ist bekannt, den isolierten Katalysatorrückatand in ammoniakalischem Medium mit molekularem Sauerstoff bei Raumtemperatur zu zersetzen und nach destillativer Abtrennung des Ammoniaks das vorliegende Kupfer-II-oxid mit äquivalenten Mengen Salpetersäure bei niedrigen Temperaturen aufzulösen. Als Nachteil dieses Verfahrens *b vor allem der hohe Energieaufwand für die Ammoniakrückgewinnung anzusehen.
• Ziel der Erfindung Das Ziel der XrSindung ist es, Butindiol-1'4 kontinuierlich in einer Rührkesselkaskade ohne hohen Acetylenüberschuß energetisch günstig herzustellen, ohne daß der Umsatz nachteilig beeinflußt wird, eine kontinuierliche Trennung der katalysatorhaltigen Butindiollösung in einen katalysatorfreien Teilstrom und in eine fließfähige konzentrierte Katalysatorsuspension zu gewährleisten, die ohne energetische Nachteile in den Reaktionsprozeß zurückgeführt werden kann, wobei die Katalysatorsuspension regeneriert werden soll, so daß die Aufwendungen für die Katalysatorherstellung kostengünstig gestaltet und die spezifischen sicherheitstechnischen Belange und die Qualitätsanforderungen eingehalten werden.
• Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Butindiol-1,4 zu entwickeln, das den obigen Anforderungen genügt.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein auf den stöchiometrischen Umsatz bezogener Acetylenüberschuß von 50 bis 150 %, vorzugsweise von 100 %, eingesetzt wird.
• Die intensive Durchmischung und Reaktion des Acetylens mit dem Formaldehyd, das nur dem ersten Kessel zugeführt wird, erfolgt in den Rührkesseln der Kaskade mit Hilfe eines am unteren Ende der Rührerwelle angebrachten Scheibenrührers zur Dispergierung des dem Rührkessel zugeführten Acetylens und einem in der oberen Hälfte des Rührkessels auf der gleichen Welle wirkenden Saugrührers zur Redispergierung des sich im Gasraum des Rührkessels ansammelnden Acetylens.
• Die wäßrige Phase, die auch den suspendierten Katalysator enthält, wird zusammen mit dem nicht umgesetzten Acetylen zum jeweils nachfolgenden Rührkessel der Kaskade transportiert. Nur am letzten Kessel, d. h. nur an einer Stelle, wird überschüssiges Acetylen als Abgas zur Rückführung in den Prozeß abgezogen.
• Es wurde gefunden, daß durch die gewählte Führung des fluiden Mediums und die Rührerkombination der Umsatz nicht nachteilig beeinflußt wird, obwohl nur mit einem sehr geringen, auf den stöchiometrischen Umsatz bezogener Acetylenüberschuß von 50 bis 150 Si;, vorzugsweise 100 g>, gearbeitet wird.
• Die im letzten Rührkessel vorliegende katalysatorhaltige Butindiol-1,4-Lösung wird zur Trennung in ein katalysatorfreies Reaktionsprodukt und eine aufkonzentrierte Katalysatorsuspension kontinuierlich abgepumpt. Die Trennung erfolgt auf zweierlei Art: a) Durob Filtration, wobei die katalysatorhaltige Suspension innerhalb des Filterbehälters während des Filtrationsprozesses mit Acetylen intensiv begast wird, um eine Acetylenkonzentration von über 50 mg/l zu gewährleisten. Entsprechend dem Erfindungsgedanken wird ausschließlich die suspensionshaltige Seite des Filters begast, Es ist notwendig, das Acetylen durch mechanische Einwirkung fein zu verteilen, und die Filtrationstemperatur der Temperatur des Äthinilierungsprozesses anzugleichen. Die Festlegung auf ein Begasungsverfahren ohne Druckerhöhung ist besonders vorteilhaft, da sich dadurch nicht nur sebr einfache Filterkonstruktionen ergeben, sondern auch sicherheitatechnische Forderungen bei der Handhabung des Acetylens voll erfüllbar sind. Insbesondere wirkt sich eine volle Angleichung des Gasraumdruckes im Filter an den der vorgeschalteten Reaktoren günstig auf die Regelung der Produktströme aus. b) Indem die katalysatorhaltige Butindiol-1,4-Lösung dadurch einen Filterschlauch, der sich in einem Behälter befindet, geführt wird. Dieser Vorgang läuft bei einem Druck von 150 bis 500 kPa, vorzugsweise 350 kPa, ab, woraus eine geringe Verweilzeit der Lösung im Trennsystem resultiert. Die Lösung wird in ein in den Behälter austretendes katalysatorfreies Reaktionsprodukt und eine am Ende des Filterschlauches austretende mit Katalysator angereicherte Suspension getrennt, die anschließend dem ersten Rührkessel der Rührkesselkaskade wieder zugeführt wird. Eine Verbindung zwischen dem Inneren des Filterschlauches und dem Inneren des Filterbehälters besteht nur über die Filterfläche.
• Es wurde gefunden, daß durch diese Verfahrensweise auf Grund der sehr geringen Verweilzeit der Eatalysatorsuspension im Trennsystem von 50 bis 300 s, vorzugsweise 150 s, eine Abkühlung der katalysatorhaltigen Lösung nicht mebr notwendig und somit eine Kabalysatorschädigung dadurch Acetylenmangel ausgeschlossen ist. Die abgetrennte Katalysatorsuspension kann in den Prozeß wieder zurückgeführt werden. Da jedoch mit jedem Recycling irreversible Veränderungen, wie ungünstige Xeilchengrößenverteilung oder Aktivitätsverluste durch Eonzentrationsänderungen der Katalysatorzusammensetzung auftreten, ist eine Regenerierung oder Substition des Katalysators notwendig.
• Der aus dem System ausgeschleuste erschöpfte kupferhaltige Eatalzsator wird mit Wasser gewaschen, in Wasser resuspendiert und nach Zugabe von HCl im molaren Verhältnis von <2 bei Siedetemperatur unter Rühren bis zur vollständigen Austreibung des Acetylens zersetzt. Durch Oxidation mit Luft geht das Kupfer in die zweiwertige Oxidationsatufe über unter gleichzeitiger Absenkung der Acidität des Systems auf einen Wert von 1,5 g HC1/1, Durch Umsetzung mit Soda wird aus der abgetrennten Cu-IZ-Cbloridlösung in einem kontinuierlichen Prozeß bei einem pH-Wert von 7 bis 9 und einer Temperatur von 70 bis 80 °C ein Rohmalachit hergestellt. Unter Einhaltung der Fällungstempe ratur und des pH-Wertes wird der Rohmalachit mit Natriumhypochloridlösung erschöpfend oxidiert und nach Abtrennung, Waschung und Resuspendierung in konzentrierter Formaldebydlösung in bekannter Weise unter Einwirkung von Acetylen bei allmählicher Steigerung der Reaktionstemperatur in die aktive Form überführt, wobei der Katalysatorformierungsprozeß zunehmend in den Ethinilierungsprozeß übergeht.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch ¾ )Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Butindiol aus eus Formaldehyd und Acetylen in wäßrigem Medium in einer Rührkesselkaskade und in Anwesenheit eines fein suspendierten Ethinilierungskatalysators bei einer Temperatur von 333 bis 373 K und einem Druck von 100 bis 140 kPa, wobei die kontinuierliche Trennung der katalysatorhaltigen Butindiollösung in ein katalysatorfreies Reaktionsprodukt und eine fließfäige konzentrierte Eatalysatorsuspension, die aufgearbeitet dem Reaktionsprozeß wieder zugeführt wird, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aoetylenübersohuß von 50 bis 150 % verwendet wird und die intensive Durchmischung des Acetylens mit dem Formaldebyd mittels einer Rührerkombination aus einem Scheiben- und einem Saugrührer erfolgt, das Reaktionsprodukt durch Filtration bei gleichzeitiger Begasung mit Acetylen oder Durchleiten durch einen in einem Behälter befindlichen Filterschlauch von der katalysatorhaltigen Suspension abgetrennt wird, und der Katalysator mit HC1 zersetzt, mit Luft oxidiert wird, aus der abgetrennten Cu-II-Chloridlösung durch Umsetzung mit Soda ein Rohmalachit hergestellt wird, der in konzentrierter Formaldehydlösung unter Einwirkung von Acetylen in die aktive Form überführt wird, wobei die Katalysatorformierung in die Ethinilierungsreaktion übergeht.
2. 2) Verfahren zur Herstellung von Butindiol-1,4 nach Punkt 1), dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den stöchiomebrisehen Umsatz bezogener A¢etylenüberschuß von vorzugsweise 100 % eingesetzt wird, und die intensive Durchmischung des Acetylens mit dem Formaldehyd mittels eines Scheibenrührers zur Dispergierung des Acetylens, das dem Rührkessel zugeführt wird, in Kombination mit einem Saugrührer zur Redispergierung des sich im Gasraum ansammelnden Acetylens, die von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden, bewirkt wird, bei einer gemeinsamen Führung der gasförmigen und der flüssigen Phase von Rührkessel zu Rührkessel der Rührkesselkaskade, wobei nur am letzten Rührkessel das nicht umgesetzte Acetylen abgetrennt und dem ersten Rührkessel wieder zugeführt wird.
3. 3) Verfahren nach Punkt 1), dadurch gekennzeichnet, daß die katalysatorhaltige Butindiollösung während der Filtration mit Aoetylen begast und das Acetylen durch mechanische Einwirkung fein verteilt wird, die Filtrationstemperatur der Temperatur des Ethinilierungsprozesses angeglichen wird, der Eingangsdruck des Filters gleich dem des Sthinilierun.,sprosesses ist, und der katalysatorfreie Teilstrom einen Gehalt an gelöstem Acetylen von mehr als 50 mg/l enthält.
4. 4) Verfahren nach Punkt 1), dadurch gekennzeichnet, daß die katalysatorhaltige Butindiol-1,4-Lösung durch das Innere eines sich in einem Behälter befindlichen Filterschlauches, der mit dem Behälter nur über die Filterfläche verbunden ist, geführt wird und dabei bei einer geringen Verweilzeit der Lösung von 50 bis 300 s, vorzugsweise 150 s, in ein in den Behälter austretendes katalysatorfreies Reaktionsprodukt und eine am Ende des Filterschlauches austretende mit Katalysator angereicherte Suspension getrennt wird, die dem ersten Rührkessel der Rührkesselkaskade wieder zugeführt werden kann.
5. 5) Verfahren nach Punkt; 1), dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Reaktionssystem ausgeschleuste Katalysator mit Wasser gewaschen, in Wasser resuspendiert und nach Zusatz von 1101 im molaren Verhältnis von < 2 bei Siedetemperatur unter Rühren bis zur vollständigen Ausbreibung des Acetylens zersetzt wird, und während der Abkühlung ein Luftstrom durch die Suspension geleitet wird bis zur Absenkung der Acidität auf einen Wert von 1,5 g HCl/l, die abgetrennte 0u-II-0hloridlösung wird in einem kontinuierlichen Prozeß bei einem pH-Wert von 7 bis 9 und einer Temperatur von 70 bis 80 °C mit Soda zu einem Rohmalachit umgesetzt, der unter Einhaltung der Fällungstemperatur und des pH-Wertes mit Natriumhypochloridlösung erschöpfend oxidiert und nach Abtrennung, Waschung und Resuspendierung in konzentriert er Formaldehydlösung in bekannter Weise unter Einwirkung von Acetylen bei allmählicher Steigerung der Reaktionstemperatur in die aktive Form überführt wird, wobei die Ketalysatorformierung zunehmend in die Ethinilierungsreaktion übergeht.