-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von
Organophosphorverbindungen, die in einer industriellen Charge enthalten
sind.
-
Es
ist bekannt, Organophosphorverbindungen als Katalysatoren zu verwenden,
insbesondere als Liganden von Katalysatoren. Nun wird aber im Verlauf
der Stufe, bei der die Katalysatoren eingesetzt werden, häufig ihr
partieller Abbau beobachtet, so daß Spuren dieser Katalysatoren
in den Reaktionsprodukten anwesend sind. Dies ist beispielsweise
der Fall bei der Reaktion der Dimerisierung von Acrylnitril zu 1,4-Butendinitril, wie
in dem Patent US-A-4
952 541 beschrieben.
-
Je
nach der späteren
Verwendung dieser Produkte ist es oft vorzuziehen, die Rückstände der
in ihnen enthaltenen Katalysatoren zu entfernen. Diese Rückstände können nämlich beispielsweise
die Katalysatoren der späteren
Reaktionsstufen vergiften und somit deaktivieren.
-
Es
kann ebenfalls empfohlen werden, diese Rückstände zu entfernen, so daß kein Entweichen
der Verbindungen in die Atmosphäre
oder in die Abwässer
und/oder die Restlösungsmittel
auftritt, die den Umwelteinflüssen
unterzogen werden.
-
Es
ist ebenfalls bekannt, die Organophosphorverbindungen als Extraktionsmittel
bei Reinigungsoperationen der Flüssig-Flüssig-Extraktion zu verwenden:
das zu reinigende Produkt, das anfangs in wäßriger Lösung zusammen mit den Verunreinigungen
vorliegt, wird in das Extraktionslösungsmittel auf der Basis dieser Organophosphorverbindungen überführt, während die
Verunreinigungen in der wäßrigen Phase
verbleiben. Man erhält
auf diese Weise ein reines Produkt in organischer Phase, das anschließend wieder
in wäßriger Phase
extrahiert wird. Bei dieser De-Extraktion kann ein Teil der organischen
Phase auf der Basis der Organophosphorverbindungen in die wäßrige Phase übergehen.
Das erhaltene Produkt enthält
dann, obwohl gereinigt, unerwünschte
Spuren von Organophosphorverbindungen.
-
Ein
klassisches Mittel zur Reinigung der Produkte besteht darin, das
die Phosphorrückstände enthaltende
Milieu zu destillieren, jedoch ist eine derartige Operation kostspielig,
sowohl bei der Investition als auch beim Betrieb. Außerdem ist
sie nicht immer möglich,
und schließlich
kann mitunter eine Zersetzung der zu reinigenden Produkte beobachtet
werden.
-
In
einigen Fällen
kann man eine zusätzliche
Flüssig-Flüssig-Extraktion durchführen, jedoch
soll das mit Phosphorverbindungen angereicherte Lösungsmittel
anschließend
behandelt werden, bevor es verworfen oder wiederverwendet wird.
-
Es
wurde ebenfalls vorgeschlagen, Ionenaustauscherharze zu verwenden,
wie beispielsweise in dem Patent GB-A-2 212 155. Diese Harze weisen
den Nachteil auf, daß sie
teuer sind und außerdem
eine Azidität besitzen,
die zersetzende Nebenreaktionen nach sich ziehen kann.
-
In
dem Patent US-A-4 952 541 werden die Phosphorverbindungen durch
In-Kontakt-Bringen des Reaktionsmediums mit einem Oxidationsmittel
entfernt. Jedoch kann je nach der Beschaffenheit des zu behandelnden
Mediums dieses durch das Oxidationsmittel zersetzt werden.
-
Die
Behandlung von industriellen Abströmen, insbesondere gasförmigen,
durch Absorptionsmittel wie Aluminiumoxid zur Entfernung von gewissen
schweren organischen Produkten wurde in der japanischen Patentanmeldung
JP 9085087 beschrieben.
Die beschriebene Behandlung ist jedoch nicht selektiv zwischen den verschiedenen
organischen Verbindungen.
-
Andere
Dokumente wie
US 4842746 beschreiben
ein Verfahren zur Dekontaminierung von Lösungsmitteln, die zur Entfernung
von toxischen Produkten verwendet werden, die ihrerseits als chemische
Waffen eingesetzt werden, wie Sarin. Die Lösungsmittel enthalten keine
Nitrilverbindungen, und die insbesondere auf dem Gebiet der Katalyse
verwendeten Organophosphorverbindungen besitzen eine sehr unterschiedliche Struktur.
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist somit, ein neues Verfahren zur
Entfernung von Organophosphorverbindungen vorzuschlagen, die in
einem flüssigen
Medium enthalten sind, das Nitril- oder Dinitrilverbindungen enthält.
-
Ein
weiteres Ziel ist es, ein solches Verfahren vorzuschlagen, das ein
flüssiges
Medium nicht zersetzt.
-
Bei
diesem Ziel betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung
von trivalenten und/oder pentavalenten Organophosphorverbindungen,
umfassend mindestens ein Kohlenstoffatom, enthalten in einer Flüssigkeit,
enthaltend Nitril- und/oder Dinitrilverbindungen, die ihrerseits
aus der Reaktion der Hydrocyanierung von Butadien in Anwesenheit
von Phosphorkatalysatoren stammen, wobei man das genannte Gas oder
die Flüssigkeit
mit Aluminiumoxid in Kontakt bringt.
-
Das
Verfahren der Erfindung besteht somit darin, die Organophosphorverbindungen
mit Aluminiumoxid in Kontakt zu bringen. Die sich abspielende Reaktion
ist eine Reaktion der Adsorption und/ oder des Auffangens.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
setzt das Verfahren nur ein einziges Adsorptionsmittel auf der Basis
von Aluminiumoxid ein.
-
Die
Erfindung schließt
vorzugsweise Verfahren zur Entfernung von Organophosphorverbindungen,
die in einem Gas oder einer Flüssigkeit
enthalten sind, mit Hilfe von Aluminiumoxid aus, bei denen die Organophosphorverbindungen
Phosphite sind und das Gas oder die Flüssigkeit eine Charge von ethylenisch
ungesättigten
Monomeren ist, insbesondere die Verfahren, wie sie in der französischen
Patentanmeldung
FR 2758552
A definiert sind.
-
Das
Aluminiumoxid kann in verschiedenen Formen vorliegen und diese können beispielsweise
Pulver, Kügelchen,
Extrudate, Bruchstükke
oder Monolithe sein.
-
Wenn
das Aluminiumoxid in Form von Kügelchen
vorliegt, so können
diese Kügelchen
von einer Formgebung durch Drehtechnologie oder durch Koagulation
in Tropfen (genannt oil-drop) stammen.
-
Das
verwendete Aluminiumoxid weist im allgemeinen eine spezifische Oberfläche von
mindestens 10 m2/g, vorzugsweise von mindestens
30 m2/g und noch bevorzugter von mindestens
70 m2/g auf.
-
Diese
spezifische Oberfläche
ist eine Oberfläche,
die durch die Methode BET gemessen wird. Man versteht unter der
durch die Methode BET gemessenen Oberfläche die spezifische Oberfläche, die
bestimmt wird durch Adsorption von Stickstoff, in Übereinstimmung
mit der Norm ASTM D 3663-78, die erarbeitet wurde ausgehend von
der Methode BRUNAUER – EMMETT – TELLER,
beschrieben in der Zeitschrift "The
Journal of the American Society",
60, 309 (1938). Dieses Aluminiumoxid weist ebenfalls im allgemeinen
ein Gesamtporenvolumen (VPT) von mindestens 0,1 cm
3/g,
vorzugsweise von mindestens 0,3 cm
3/g und
noch mehr bevorzugt von mindestens 0,5 cm
3/g
auf. Dieses Gesamtporenvolumen wird in der folgenden Art und Weise
gemessen: man bestimmt den Wert der Korndichte und der absoluten
Dichte: die Korndichte (Dg) und die absolute Dichte (Da) werden
nach der Methode der Pyknometrie jeweils an Quecksilber und Helium
gemessen. Das VPT ist durch die Formel
gegeben.
-
Die
Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxiden, welche die für den Einsatz
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
notwendigen Charakteristiken von Gesamtporenvolumen und spezifischer
Oberfläche
aufweisen, sind dem Fachmann bekannt.
-
Was
die spezifische Oberfläche
angeht, so kann sie insbesondere durch die Temperatur der Kalzinierung
(oder Aktivierung) kontrolliert werden, die sich an seine Formgebung
anschließt.
-
Im
Hinblick auf das Porenvolumen führt
seine Kontrolle im wesentlichen zur Auswahl des Ausgangsaluminiumoxids,
das für
die Formgebung verwendet wird und zu den Verfahrensbedingungen der
Formgebung des Aluminiumoxids. Diese Bedingungen sind dem Fachmann
bekannt.
-
Es
ist möglich,
ein Aluminiumoxid zu verwenden, das mindestens eine Verbindung eines
Elementes umfaßt,
aus der Gruppe gewählt,
die Alkalien und Erdalkalien, insbesondere Na2O
umfaßt,
jedoch ist es vorzuziehen, daß der
Gehalt an dieser Verbindung höchstens
5 Gew.-%, vorzugsweise höchstens
2 Gew.-% beträgt.
Es wurde nämlich
beobachtet, daß die
Adsorption weniger wirksam sein kann, wenn das Aluminiumoxid diese
Alkalien oder Erdalkalien in einem zu hohen Gehalt umfaßt.
-
Gemäß einer
ersten bevorzugten Variante liegt das Aluminiumoxid in Form von
Kügelchen
vor, geformt durch Drehtechnologie oder durch Zerkleinerung (Schroten),
deren Porenvolumen bei einem Durchmesser von über 100 Å (V100Å)
mindestens 0,05 cm3/g, vorzugsweise mindestens
0,2 cm3/g und noch bevorzugter mindestens
0,35 cm3/g beträgt.
-
Das
Volumen V100Å wird
durch die Technik des Eindringens von Quecksilber gemessen, bei
der man das Gesetz von Kelvin anwendet.
-
Die
Formgebung durch Drehtechnologie ist eine Agglomeration von Aluminiumoxid,
realisiert durch Kontakt und Drehbewegung des Aluminiumoxids mit
sich selbst. Als zu diesem Zweck verwendete Anlage kann man Dreh-Dragierkessel
und Drehtrommeln nennen.
-
Dieser
Verfahrenstyp ermöglicht
es, Kügelchen
mit kontrollierten Abmessungen und Porenverteilungen zu erhalten,
wobei diese Abmessungen und Verteilungen im allgemeinen während der
Stufe der Agglomeration erzeugt werden.
-
Die
Porosität
kann durch verschiedene Mittel geschaffen werden wie die Auswahl
der Granulometrie des Aluminiumoxid-Pulvers oder die Agglomeration
von mehreren Aluminiumoxid-Pulvern mit unterschiedlicher Granulometrie.
Eine andere Methode besteht darin, das Aluminiumoxid-Pulver vor
oder während
der Stufe der Agglomeration mit einer Verbindung, einem sogenannten
Porogen zu vermischen, das durch Erhitzen wieder vollständig verschwindet
und auf diese Weise eine Porosität
in den Kügelchen
erzeugt.
-
Als
verwendete porogene Verbindungen kann man beispielsweise Holzmehl,
Holzkohle, Schwefel, Teer, Kunststoffe oder Emulsionen von Kunststoffen
wie Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohole, Naphthalin oder ähnliche
nennen. Die Menge der zugesetzten porogenen Verbindungen wird durch
das gewünschte
Porenvolumen bestimmt. Das als Ausgangsstoff verwendete Aluminiumoxid-Pulver
kann nach klassischen Verfahren erhalten werden, wie das Verfahren
durch Ausfällung
oder Gel und das Verfahren durch schnelle Dehydratisierung eines
Aluminiumhydroxids wie des Hydrates von Bayer (Hydrargillit).
-
Dieses
letztere Aluminiumoxid wird insbesondere durch schnelle Dehydratisierung
von Hydrargillit mit Hilfe eines warmen Gasstromes erhalten, wobei
die Eintrittstemperatur der Gase in die Anlage im allgemeinen von
etwa 400°C
bis 1200°C
variiert und die Zeit des Kontaktes des Aluminiumoxids mit den heißen Gasen
im allgemeinen zwischen dem Bruchteil einer Sekunde und 4 bis 5
Sekunden liegt. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Pulver
wurde insbesondere in dem Patent FR-A-1 108 011 beschrieben. Dieses
letztgenannte Aluminiumoxid ist das für die Erfindung bevorzugte.
-
Die
Kontrolle des Porenvolumens mit einem vorgegebenen Durchmesser kann
ebenfalls im Verlauf dieser Stufe der Agglomeration realisiert werden,
und zwar durch eine adäquate
Regulierung des Durchsatzes beim Eintragen des Aluminiumoxid-Pulvers
und gegebenenfalls des Wassers, der Drehgeschwindigkeit der Anlage
oder durch Eintragen eines Starters für die Formgebung.
-
Nach
dieser Agglomeration können
die erhaltenen Kügelchen
verschiedenen Operationen unterzogen werden, die dazu vorgesehen
sind, ihre mechanische Widerstandsfähigkeit zu verbessern, wie
die Reifung durch Aufenthalt in einer Atmosphäre mit kontrolliertem Feuchtigkeitsgehalt,
gefolgt von einer Kalzinierung und einer Imprägnierung der Kügelchen
durch eine Lösung
von einer oder mehreren Säuren
und einer hydrothermalen Behandlung in stickiger Atmosphäre. Schließlich werden
die Kügelchen
getrocknet und in der weise kalziniert, daß sie aktiviert sind.
-
Gemäß einer
zweiten bevorzugten Variante liegt das Aluminiumoxid in Form von
Extrudaten oder Kügelchen
vor, die von einem Verfahren zur Formgebung durch Koagulation in
Tropfen stammen, deren Volumen der Poren mit einem Durchmesser von über 50 Å (V50Å)
mindestens 0,3 cm3/g, vorzugsweise mindestens
0,4 cm3/g und noch mehr bevorzugt mindestens
0,5 cm3/g beträgt.
-
Das
Volumen V50Å wird
durch die Technik des Eindringens von Quecksilber gemessen, bei
der man das Gesetz von Kelvin anwendet.
-
Die
Formgebung durch Koagulation in Tropfen besteht darin, Tropfen einer
wäßrigen Lösung auf
der Basis eine Verbindung von Aluminium in eine mit Wasser nicht
mischbare Flüssigkeit
einzutragen (Petroleum, Kerosin ...), so daß die Tropfen etwa sphärische Teilchen
bilden, wobei diese Teilchen gleichzeitig und/oder nach der sphäroiden Formgebung
durch ein Gelierungsmittel koaguliert werden. Anschließend werden
die Kügelchen
gesammelt und danach getrocknet und kalziniert.
-
Diese
Art von Kügelchen
kann beispielsweise nach dem in dem Patent EP-A-097 539 beschriebenen Verfahren
herstellt werden, und zwar durch Koagulation in Tropfen einer wäßrigen Suspension
oder Dispersion von Aluminiumoxid oder einer Lösung eines basischen Aluminiumsalzes,
die in Form einer Emulsion vorliegt, bestehend aus einer organischen
Phase, einer wäßrigen Phase
und einem oberflächenaktiven
Mittel oder Emulgator. Die genannte organische Phase kann insbesondere
ein Kohlenwasserstoff sein und das oberflächenaktiven Mittel oder der
Emulgator ist beispielsweise Galoryl EM 10®.
-
Diese
Kügelchen
können
ebenfalls nach dem in dem Patent EP-A-015 801 beschriebenen verfahren herstellt
werden, und zwar durch Vermischen eines ultrafeinen Sols von Boehmit
und sphäroiden
Teilchen von Aluminiumoxid bei einem pH-Wert von unter 7,5 und anschließende Koagulation
in Tropfen dieser Mischung wie vorstehend angegeben und schließlich Trocknung
und Kalzinierung.
-
Das
Aluminiumoxid kann ebenfalls in Form von Aluminiumoxid-Extrudaten
vorliegen. Diese werden im allgemeinen durch Vermischen und nachfolgende
Extrusion eines Materials auf der Basis von Aluminiumoxid und schließlich Kalzinierung
erhalten. Das Ausgangsmaterial kann von sehr verschiedener Beschaffenheit sein:
es kann aus der schnellen und partiellen Dehydratisierung von Hydrargillit
stammen, gemäß der Lehre der
Patentanmeldung FR-A-1 108 011, oder aus der Fällung von Aluminiumoxid Boehmit,
Pseudo-Boehmit, Bayerit oder einer Mischung dieser Aluminiumoxide.
Im Verlauf des Mischens kann das Aluminiumoxid mit Zusatzstoffen
vermischt werden, insbesondere mit porenbildenden Mitteln (Porogenen)
wie weiter oben definiert.
-
Diese
Extrudate können
in allen Arten von Formen vorliegen: volle oder hohle Zylinder,
gelappte Körper
...
-
Die
aktivierten Aluminiumoxide Spheralite 521, Spheralite 569, Spheralite
537, Spheralite 517 oder Spheralite 513, gehandelt von Procatalyse,
eignen sich perfekt für
die Durchführung
der Erfindung.
-
Wie
die verwendete Einsatzform sein mag, kann das Aluminiumoxid mit
mindestens einem Element dotiert werden, ausgewählt unter den Alkalien, den
Erdalkalien, den Seltenen Erden, Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom,
Molybdän,
Wolfram, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Ruthenium, Palladium,
Gallium und Zirkonium. Die Verbindungen dieser Elemente können in
der Zusammensetzung des Adsorptionsmittels auf der Basis von Aluminiumoxid
und/oder Titandioxid in einer Menge von bis zu 30 Gew.-% des Gesamtadsorptionsmittels
anwesend sein.
-
Jedoch
ist es in dem Fall, wo das Adsorptionsmittel nur Aluminiumoxid umfaßt und das
Dotierungselement Alkali oder Erdalkali ist, vorzuziehen, einen
maximalen Gehalt von 5 Gew.-%, wie vorstehend angegeben, einzuhalten.
-
Jedoch
ist das Verfahren bevorzugt, das nur Aluminiumoxid einsetzt.
-
Die
Organophosphorverbindungen, die durch das Verfahren der Erfindung
entfernt werden können, sind
auszuwählen
unter: den Phosphinen, den Phosphiniten, den Phosphoniten, den Phosphiten,
den Phosphinaten, den Phosphonaten, den Phosphaten.
-
Es
kann sich insbesondere um die folgenden Verbindungen handeln: tert.-Butylphenylen-tolyl-phosphit,
Isopropylditolyl-phosphinit, Isopropylditolyl-phosphonit, die Triaryl-phosphite,
die Diarylphosphite, Organophosphorverbindungen vom Typ Phosphonat
wie beispielsweise Dibutylbutylphosphonat (DBBP), Bis-(Ethyl-2-hexyl)-(ethyl-2-hexyl)-phosphonat
(DHEHP), Tetraethyl-butylen-diphosphonat: (C2H5O)2-OP-CH2-(CH2)2-CH2-PO(OC2H5)2, Tetraisopropyl-methylmethylen-diphosphonat: (iC3H7O)2-OP-CH(CH3)-PO(iC3H7)2, Tetraethyldecilen-diphosphonat: (C2H5O)2-OP-CH2-(CH2)8-CH2-PO(OC2H5)2, Dipentylpentylphosphonat
(DPPP), Diethyldodecylphosphonat, Organophosphorverbindungen vom
Typ Phosphinat wie beispielsweise Dioctylmethylphosphinat, Phosphinoxide
wie beispielsweise die Oxide von Di-n-hexylmethoxyoctylphosphin
(DHMOPO), von Tri-n-butylphosphin (TBPO), von Trioctylphosphin (TOPO).
-
Im
allgemeinen wird das Verfahren bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Jedoch
kann eine Erwärmung
angewendet werden.
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
eignet sich beispielsweise zur Behandlung von Nitril- oder Dinitrilverbindungen,
die Organophosphor-Verunreinigungen umfassen.
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
eignet sich ganz besonders zur Behandlung einer Flüssigkeit,
die aus der Reaktion der Hydrocyanierung von Butadien in Anwesenheit
von Phosphorkatalysatoren stammt.
-
Das
Aluminiumoxid eignet sich vollkommen zur Entfernung von Organophosphor-Spuren
aus dem Reaktionsmedium.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne jedoch
ihren Umfang einzuschränken.
-
BEISPIELE
-
Die
Tabelle 1 zeigt die Charakteristiken der verwendeten Aluminiumoxide.
-
-
Beispiel 1
-
Man
löst in
einem Becherglas Ditolylphosphit [(TolO)2POH]
in 20 g 1,4-Dicyanbuten bis zu einer Massenkonzentration von 750
ppm, ausgedrückt
in Element Phosphor.
-
Dann
bringt man 1 g Aluminiumoxid in ein Dreifuß-Schiffchen aus Glas und behandelt
es 2 Stunden lang bei 300°C
unter einem Strom von trockenem Stickstoff. Anschließend wird
das Schiffchen in das Becherglas mit Ditolylphosphit und 1,4-Dicyanbuten
getaucht, ohne daß das
Aluminiumoxid mit der umgebenden Luft in Kontakt kommt, um die parasitäre Rehydratisierung
zu vermeiden.
-
Anschließend wird
das Becherglas während
einer Zeit zwischen 2 und 96 Stunden bei Umgebungstemperatur unter
Rühren
belassen.
-
In
Abhängigkeit
von der Zeit des Kontaktes zwischen dem Aluminiumoxid und dem Medium
führt man eine
Bestimmung des Gehaltes an Phosphor durch, der noch in der Lösung anwesend
ist, so daß das
Fortschreiten der Reaktion der Adsorption der Phosphorverbindungen
durch das Aluminiumoxid bewertet werden kann. Man führt ebenfalls
die Bestimmung des Phosphors an der Oberfläche des Aluminiumoxids durch,
wenn man das Aluminiumoxid hat abtropfen lassen. Diese zwei Bestimmungsmethoden
sind übereinstimmend.
-
In
der Tabelle 2 wird für
jedes Aluminiumoxid in Abhängigkeit
von der Zeit der Reaktion der Prozentsatz von Phosphorverbindungen
angegeben, die durch das Aluminiumoxid gebunden (adsorbiert) wurden.
-
-
Beispiel 2
-
Man
wiederholt die Verfahrensweise von Beispiel 1 mit einer Lösung von
200 g Adiponitril, die 730 ppm in Masse von Ditolylphosphinit umfaßt, ausgedrückt in Element
Phosphor. Man verwendet 9,2 g Aluminiumoxid C.
-
Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt.
-
-
Beispiel 4
-
Man
wiederholt die Verfahrensweise von Beispiel 1 mit einer Lösung von
30 ml Toluol, die 800 ppm in Masse einer pentavalenten Diphosphorverbindung
[(PhO)2P(O)OH] umfaßt, ausgedrückt in Element Phosphor. Man
verwendet 1,4 g Aluminiumoxid D.
-
Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefaßt.
-