DE3642845A1 - Verfahren zur herstellung von dimethylether und dazu verwendeter katalysator - Google Patents
Verfahren zur herstellung von dimethylether und dazu verwendeter katalysatorInfo
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- C07C41/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of physical state, e.g. by crystallisation by distillation
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel
lung von Dimethylether durch katalytische Dehydratisierung
von Methanol über einem γ-Al2O3-Katalysator, der 0,0001
bis < 1 Gew.-% enthält.
Die Verwendung von Al2O3 als Dehydratisierungskatalysator zur
Herstellung von Ethern aus Alkoholen ist seit langem bekannt.
So wird in FR-PS 7 01 335 die Verwendung von Aluminiumoxid zur
Herstellung von Dimethylether zitiert.
Auch gemäß US-PS 18 73 537 wird Al2O3 als Dehydratisierungs
katalysator verwendet.
In "Industrial and Engineering Chemistry", Vol. 41, No. 12,
S. 2938, 1949 wird die Verwendung von Bauxiten mit SiO2-Ge
halten von 4,40-13,99 Gew.-% beschrieben.
In US-PS 30 36 134 wird ein Aluminiumsilikat-Katalysator
offenbart, zur Herstellung von Dimethylether aus Methanol,
der ein Al2O3 : SiO3-Verhältnis von 1 Teil zu 1,35 bis 0,3
Teilen aufweist.
In DE-PS 28 18 831 wird ein Katalysator zur Herstellung von
Dimethylether offenbart, der jedes beliebige Aluminiumoxid-
Grundmaterial mit genügend großer Oberfläche enthalten kann,
in dem zusätzlich seltene Erden mit 1-30 Gew.-% SE2O3 vor
handen sind.
Schließlich ist in EP-A-00 99 676 ein Katalysator beschrieben,
der 1-20 Gew.-% SiO2, vorzugsweise 1-10 Gew.-% SiO2 und
noch bevorzugter 6 Gew.-% SiO2 enthält.
In jüngster Zeit hat Dimethylether zunehmend als Treibmittel
für Aerosolsprays an Bedeutung gewonnen. Für bestimmte Anwen
dungen werden hierbei sehr hohe Reinheitsanforderungen an
dieses Produkt gestellt. So dürfen insbesondere für die kos
metische, human- und Haushaltsanwendung keine irritierenden
Substanzen im Dimethylether enthalten sein. Ferner muß der
Dimethylether hierzu frei bzw. weitgehend frei von Geruchs
stoffen sein.
Es bestand daher die Aufgabe, einen für diese Anwendungen ge
eigneten Dimethylether zu erzeugen.
Die Anmelderin hat in zahlreichen Untersuchungen Katalysatoren
auf ihre Eignung geprüft, Dimethylether zu erzeugen, der sich
destillativ in wirtschaftlicher Weise zu dem gewünschten Pro
dukt reinigen läßt. Als Ergebnis fand die Anmelderin, daß
durch die Dehydratisierung von Methanol in Abhängigkeit von
den eingesetzten Katalysatoren unangenehm riechende Substan
zen in kleinen Mengen gebildet werden, die entweder nur durch
sehr aufwendige Reinigung oder überhaupt nicht aus dem er
zeugten Dimethylether entfernt werden können. Obgleich in
einigen Fällen nicht genau bekannt ist, um welche Verbin
dungen es sich handelt, ist bekannt, daß bereits das Einsatzme
thanol, auch wenn es sich um sog. Reinmethanol handelt, zahl
reiche Verunreinigungen enthält, wie beispielsweise Dimethyl
amin, Dimethylsulfid, Methylmercaptan, Ameisensäure, Ameisen
säuremethylester, Formaldehyd, Formaldehyddimethylacetal,
Essigsäureemethylester, Essigsäure u. a.
Überraschend fand die Anmelderung, daß ein an diesen Verun
reinigungen relaiv armer und relativ leicht zu reinigender
Dimethylether durch katalytische Dehydratisierung von Metha
nol gewonnen werden kann, bei einer Temperatur von 140-
500°C und einem Druck von 0,2 bis 50 bar, dadurch gekennzeich
net, daß über einem γ-Al2O3-Katalysator dehydratisiert
wird, der von 0,0001 bis < 1 Gew.-% SiO2 enthält.
Die Bestimmung geruchsbelästigender Substanzen erfolgt noch immer über
wiegend empirisch, wobei direkte sensorische Messungen durch ein geübtes
Team erfolgen. So wurde beispielsweise die Belästigungsschwelle "BS" für
H2O durch ein Testkollektiv von 150 Personen auf 45 µg/m3 ermittelt
(Schriftenreihe der Landesanstalt für Immissionsschutz des Landes Nord
rhein-Westfalen, Heft 49 (1979) S. 77).
In den Fällen in denen die Geruchsschwelle im durch Instrumente meßbaren
Bereich liegt, können Geruchsschwellen bzw. Belästigungsschwellen auch
durch Meßmethoden wie Gaschromatographie, elektrische Leitfähigkeit,
Photometrie oder Fluoreszenzmessung bestimmt werden ("Erdöl und Kohle-Erd
gas-Petrochemie", Bd. 32, Heft 2, Febr. 1975, S. 86).
Die Geruchsbestimmungen im Falle der vorliegenden Erfindung
beruhen auf der sensorischen Methode.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren auf Basis γ-Al2O3 ent
halten 0,0001 bis < 1 Gew.-% SiO2. Bevorzugt ist eine Menge
an SiO2 von 0,001 bis 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von
0,001 bis 0,2 Gew.-% SiO2.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können zusätzlich noch weitere
Komponenten in kleinen und Kleinst-Mengen enthalten, wie z. B.
Na2O oder andere Alkali- und Erdalkalioxide, Alkali-, Erdal
kali- oder Aluminiumsulfate, Eisenoxid, Kobaltoxid, Nickel
oxid und andere Verbindungen.
Die Umsetzung an den erfindungsgemäßen Katalysatoren erfolgt
bei einer Temperatur von 140 bis 500°C, bevorzugt von 150 bis
450°C und einem Druck, der bei 0,2 bis 50 bar liegen kann.
Bevorzugt ist ein Druck von 1 bis 50 bar, besonders 4 bis 25
bar. Die Umsetzung kann in der Gas- oder Flüssigphase erfolgen,
bevorzugt ist die Umsetzung in der Gasphase. Es ist von Vor
teil, die Drücke im Synthesereaktor und der destillativen
Aufarbeitung des Dimethylethers aneinander anzupassen.
Es wird bei Katalysatorbelastungen 0,2-16 l/l h, bevorzugt
von 0,5-13,5 l/l h gearbeitet.
Obgleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diskontinuierlich
gearbeitet werden kann, ist die kontinuierliche Fahrweise be
vorzugt.
Als Reaktoren für die erfindungsgemäße Umsetzung können bei
spielsweise die dem Stand der Technik entsprechenden Festbett-,
Fließbett- und Wirbelbett-Reaktoren eingesetzt werden. Auch
abgewandelte Rektoren, die für Umsetzungen in Gegenwart von
Katalysatoren geeignet sind, können erfindungsgemäß eingesetzt
werden.
Die Umsetzungen in Gegenwart der erfindungsgemäßen Katalysa
toren können im geraden Durchgang kinetisch oder thermodyna
misch bestimmt sein in Abhängigkeit von den Reaktionsparame
tern, hierbei können jeweils die entsprechende Menge Dime
thylether neben nicht umgesetztem Methanol am Reaktorausgang
erhalten werden.
Die Aufarbeitung des Reaktorausgangsproduktes erfolgte in 2
hintereinander geschalteten Destillationskolonnen, von denen
die erste mit 50 Ventilböden und die 2. mit Raschigringen aus
gerüstet war. Der reine Dimethylether wurde in der ersten
Kolonne bei 7 bar am 4. Boden (vom Kopf der Kolonne) bei einem
Rückflußverhältnis von 1 : 2 gewonnen. In der 2. Kolonne
wurde nicht umgesetztes Methanol zurückgewonnen.
In Beispiel 1 wurde mit einem γ-Al2O3-Katalysator gear
beitet, der 0,018 Gew.-% SiO2 enthielt.
Aus dem Reaktorausgangsprodukt wurde reiner geruchsfreier
Dimethylether praktisch quantitativ erhalten.
In Beispiel 2 wurde mit einem γ-Al2O3-Katalysator gear
beitet, der 0,005 Gew.-% SiO2 enthielt.
Es wurde wie in Beispiel 1 ein geruchsfreier Dimethylether
praktisch quantitativ erhalten.
In Beispiel 3 wurde mit einem γ-Al2O3-Katalysator gear
beitet, der 0,20 Gew.-% SiO2 enthielt. Es wurde wie in den
Beispielen 1 und 2 ein geruchsfreier Dimethylether praktisch
quantitativ erhalten.
In Beispiel 4 wurde ein γ-Al2O3-Katalysator eingesetzt,
der 0,025 Gew.-% SiO2 und 0,02 Gew.-% Fe2O3 enthielt. Es wurde
unter den angegebenen Destillationsbedingungen ein geruchs
freier Dimethylether praktisch quantitativ erhalten.
In Vergleichsbeispiel 5 wurde ein γ-Al2O3-Katalysator ein
gesetzt, der 6 Gw.-% SiO2 enthielt. Unter den obengenannten
Standarddestillationsbedingungen konnte kein geruchsfreier
Dimethylether erhalten werden.
In Vergleichsbeispiel 6 wurde ein γ-Al2O3-Katalysator
eingesetzt, der 1,4 Gew.-% SiO2 enthielt. Unter den genannten
Standarddestillationsbedingungen wurde ein Dimethylether mit
schwachem Geruch erhalten.
In Vergleichsbeispiel 7 wurde ein rho-Al2O3-Katalysator mit
6 Gew.-% SiO2 eingesetzt. Unter den genannten Standard
destillationsbedingungen konnte kein geruchsfreier Dimethyl
ether erhalten werden.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung von Dimethylether durch kataly
tische Dehydratisierung von Methanol bei einer Temperatur
von 140-500°C und einem Druck von 0,2 bis 50 bar, dadurch
gekennzeichnet, daß über einem γ-Al2O3-Katalysator de
hydratisiert wird, der von 0,0001 bis < 1 Gew.-% SiO2 ent
hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysator von 0,001 bis 0,5 Gew.-% SiO2 enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysator 0,001 bis 0,2 Gew.-% SiO2 enthält.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß bei einer Temperatur von 140°C bis 450°C und
einem Druck von 1 bar bis 25 bar gearbeitet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Kontaktbelastung (LHSV) von 0,2-16 l/l h,
bevorzugt von 0,5-13,5 l/l h gearbeitet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet,
daß kontinuierlich gearbeitet wird.
7. Katalysator zur Verwendung nach dem Verfahren gemäß An
sprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe ein
Katalysator vom γ-Al2O3-Typ ist, der 0,0001 bis < 1
Gew.-% SiO2 enthält.
8. Katalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
derselbe 0,001 bis 0,5 Gew.-% SiO2 enthält.
9. Katalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
derselbe 0,001 bis 0,2 Gew.-% SiO2 enthält.
10. Verwendung eines (von) γ-Al2O3-Katalysators(en), die
0,0001 bis < 1 Gew.-% SiO2 enthalten, zur Herstellung von
Dimethylether durch Dehydratisierung von Methanol.
11. Verwendung eines (von) γ-Al2O3-Katalysators(en) nach
Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Kata
lysator(en) 0,001 bis 0,5 Gew.-% SiO2 enthält (enthalten).
12. Verwendung eines (von) γ-Al2O3-Katalysators(en) nach
Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Kata
lysator(en) 0,001 bis 0,2 Gew.-% SiO2 enthält (enthalten).
13. Verwendung eines (von) γ-Al2O3-Katalysators(en) nach
den Ansprüchen 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß der
(die) Katalysator(en) bei einer Temperatur von 140 bis
450°C, einem Druck von 1 bis 25 bar und einer Kontaktbe
lastung (LHVS) von 0,2-16 l/l · h, bevorzugt von 0,5-
13,5 l/l · h verwendet wird (werden).
14. Verwendung eines (von) γ-Al2O3-Katalysators(en) nach
den Ansprüchen 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß
diese(r) im kontinuierlichen Betrieb verwendet wird (wer
den).
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