EP2155642A1 - Verfahren zur herstellung von cyclopentanon - Google Patents

Verfahren zur herstellung von cyclopentanon

Info

Publication number
EP2155642A1
EP2155642A1 EP08760043A EP08760043A EP2155642A1 EP 2155642 A1 EP2155642 A1 EP 2155642A1 EP 08760043 A EP08760043 A EP 08760043A EP 08760043 A EP08760043 A EP 08760043A EP 2155642 A1 EP2155642 A1 EP 2155642A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
reactor
mixture
cyclopentene
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08760043A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joaquim Henrique Teles
Mathieu Chabanas
Thomas Genger
Beatrice RÖßLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP08760043A priority Critical patent/EP2155642A1/de
Publication of EP2155642A1 publication Critical patent/EP2155642A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/28—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation of CHx-moieties

Definitions

  • the present invention relates to a process for preparing cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide, wherein the reaction in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range of 0 , 1 mm to 50 mm, wherein the reactor has at least two zones (Z1) and (Z2) with channels of different diameters, and the diameter of the channels of the zone (Z1) is smaller than the diameter of the channels of the zone (Z2) ,
  • cyclopentanone Processes for the preparation of cyclopentanone are basically known from the prior art. It is also known that cyclopentanone can be obtained by reacting cyclopentene with nitrous oxide. The production of cyclopentanone by oxidation of cyclopentene with N 2 O is a highly selective reaction that is highly exothermic.
  • GB 649,680 discloses the reaction of alkenes such as, for example, cyclohexene or cyclopentene with N 2 O.
  • the reaction of cyclopentene with N 2 O is explicitly not described.
  • Other, in the examples with N 2 O reacted and unsubstituted olefins are used either as pure compounds or together with the solvent dimethylaniline.
  • No. 2,636,898, which is equivalent to GB 649,680 likewise does not disclose the reaction of cyclopentene with N 2 O in the examples.
  • the unsubstituted olefins are reacted exclusively with N 2 O in pure form without addition of a solvent. The reaction takes place at 300 0 C and 500 atm.
  • WO 03/078370 discloses a process for the preparation of carbonyl compounds from aliphatic alkenes with dinitrogen monoxide. The reaction is carried out at temperatures in the range of 20 to 350 0 C and pressures of 0.01 to 100 atm.
  • WO 03/078374 discloses a corresponding process for the preparation of cyclohexanone. According to WO 03/078372 cyclic ketones are prepared with 4 to 5 carbon atoms. According to WO 03/078375, cyclic ketones are prepared from cyclic alkenes having 7 to 20 C atoms under these process conditions.
  • WO 03/078371 discloses a process for the preparation of substituted ketones from substituted alkenes.
  • WO 04/000777 discloses a process for reacting di- and polyalkenes with nitrous oxide to the corresponding carbonyl compounds.
  • DE 103 19 489.4 discloses a process for the preparation of cyclopentanone using nitrous oxide as the oxidizing agent.
  • WO 2006/032532 discloses a process for the preparation of cyclopentanone, starting from a mixture containing at most 95% by weight of cyclopentene.
  • the mixture used may contain further solvents, for example, further hydrocarbons are mentioned as mixture components.
  • cyclopentanone is obtained by reaction with N 2 O, either pure N 2 O or a gas mixture containing N 2 O is used in liquid or supercritical form.
  • the process disclosed therein is carried out in a batch reactor.
  • reaction rate decreases rapidly with the conversion, which makes it difficult to achieve high conversions of both reactants.
  • the reaction is highly exothermic, so that even in the plate heat exchangers known as efficient heat exchangers, heat dissipation is insufficient to avoid temperature spikes (so-called "hot spots") in a singular feed, which is all the more true for shell and tube heat exchangers.
  • the reaction is carried out under elevated pressure and with the highest possible concentrations of starting materials in order to keep the reaction volume as low as possible. Since the reaction proceeds rapidly under these conditions and is highly exothermic, a (pressure-resistant) reactor is required, which allows high heat removal rates.
  • reaction in principle, it is known that, in particular for exothermic reactions, the reaction can be carried out in microreactors.
  • Microstructured or microstructured heat exchangers are well known in the art.
  • DD 246257 A1 already describes microappliances and methods for their production.
  • the microapplications disclosed therein are produced from stacks of substrate platelets, the dimples incorporated in the individual substrate platelets varying in their dimensions, their shape and surface design.
  • WO 94/21372 also discloses reactors constructed of different layers and containing microstructured channels. Such devices can be used for chemical reactions.
  • WO 01/54806 discloses a reactor with a heat exchanger.
  • the heat exchanger is formed from a plurality of superimposed metal plates, each having channels in which the heat exchanging agent can flow.
  • EP 0 212 878 A1 also discloses heat exchangers constructed from individual plates, the individual plates each having microstructured channels.
  • the channels have according to EP 0 212 878 A1 a radius in the range of 0.2 to 1, 5 mm.
  • WO 03/055585 discloses a chemical reactor. This reactor is formed from a stack of interconnected metal plates, each having recesses, so that reaction channels are formed.
  • WO 01/54805 relates to reactors having microstructures which are in spiral form in the reactor.
  • WO 01/54804 also discloses heat exchangers which are built up from individual plates with microstructures, it being likewise disclosed that the heat exchangers disclosed there can also be used as chemical reactors.
  • WO 2004/099696 discloses plate heat exchangers.
  • the individual plates initially have branching zones, microstructured zones and in turn a zone in which the individual streams are brought together.
  • DE 10036602 A1 discloses a microreactor for reactions between gases and liquids.
  • the microreactors disclosed therein are suitable for carrying out chemical reactions between a reactant in fluid form and a reactant in the gaseous state, if appropriate in the presence of a solid catalyst.
  • the chemical process management takes place in spaces that are formed by two or more, essentially plane-parallel plates or layers.
  • EP 1 586 372 A1 discloses an alkoxylation in microstructured capillary reactors. There is disclosed a process and apparatus for the preparation of polyether alcohols by the alkoxylation of alcohols. The process is carried out in a microstructured reactor in the liquid phase.
  • the individual channels of the reactor which for example have a diameter of less than 2 mm, are cooled by means of a cooling medium or heated by means of a heating medium.
  • an object of the present invention was to provide a process for the preparation of cyclopentanone, in which the starting materials can be reacted in high space-time yield and with good conversions.
  • Another object of the present invention was to provide a process for the preparation of cyclopentanone, in which the starting materials in high space-time Yield and good conversions can be implemented while minimizing the reactor cost.
  • Another object of the present invention was to provide a process for the preparation of cyclopentanone, in which the starting materials can be reacted in high space-time yield and with good conversions and which ensures a secure process.
  • this object is achieved by a process for the preparation of cyclopentanone comprising the reaction of a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide, wherein the reaction in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, the reactor having at least two zones (Z1) and (Z2) with channels of different diameters, and the diameter of the channels of the zone (Z1) being smaller than the diameter of the channels of the zone ( Z2).
  • the mixture (G1) contains at least cyclopentene.
  • the mixture (G2) contains at least dinitrogen monoxide.
  • the mixtures (G1) and (G2) are reacted with one another according to the process of the invention in gaseous or liquid or supercritical form.
  • the mixtures (G1) and (G2) are reacted according to the invention in supercritical form.
  • the reactor (R1) with channels having a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm can be used according to the invention alone or as a main reactor in combination with other reactors. It is possible for the reactor (R1) to be combined with a conventional reactor, for example a tubular reactor or a tube bundle reactor or another reactor with channels, in particular with a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm. It is possible according to the invention to operate the various reactors in series or in parallel or a combination of both.
  • the reactor (R1) according to the invention has channels with a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm.
  • the process according to the invention is carried out in such a way that the reaction of the mixtures (G1) and (G2) takes place in the channels.
  • the channels according to the invention make up the reaction volume of the reactor (R1).
  • the diameter of the channels through which the reactants flow may be substantially equal within a zone and is in the range of 0.1 mm to 50 mm.
  • the channels are semicircular and have a radius between 0.05 and 25 mm.
  • the diameter of the channels within a zone is essentially the same.
  • the individual channels can be arranged in parallel or have other geometric arrangements.
  • the reactor (R1) may for example consist of a stack of diffusion-welded metal plates into which recesses have been incorporated by a suitable method. This type of construction is known in principle from the prior art, for example from EP 0212878 A1 or WO 2004/099696.
  • the reactor (R1) can also have, for example, a device for heat exchange.
  • a microreactor constructed from plates can have layers in which a heating or cooling medium flows.
  • the production of the channels can take place, for example, in a multi-stage process in which the capillary structure in the form of channel shares or Nutenscharen is produced in individual plates in a first step by milling, etching, stamping or similar processes and then, for example by diffusion bonding or soldering Connection of the plates takes place. Each individual channel is thereby delimited from adjacent channels. Different zones with channels of different diameters can in principle be produced by combining plates with recesses of different diameters.
  • the mixing of the mixtures (G1) and (G2) can take place both outside and inside the reactor.
  • a suitable mixing element is connected upstream of the reactor.
  • the mixing of the reactants takes place in the reactor, preferably in the channels.
  • the mixture (G1) in a plate in channels to lead which branch and thereby narrow to a diameter of 0.1 mm to 50 mm
  • the mixture (G2) on the same plate or a other plate in separate channels which also branch and narrow to a diameter of 0.1 to 50 mm, before the mixtures (G1) and (G2) are brought into contact with each other.
  • openings can be located in all channels of one plate, through which the currents from the channels of the other, adjacent plates te be led.
  • the streams are combined from one channel each for mixture (G1) and one channel for mixture (G2).
  • the reactor (R1) can have an entry zone.
  • Such an entry zone consists for example of at least one plate and carries the two separate accesses for mixture (G1) and (G2).
  • the two inlet channels are first branched and the mixtures (G1) and (G2) are preferably mixed together only when the channels have a cross-sectional area which is comparable to the cross-sectional area of the channels in the zone (Z1).
  • the mixtures (G1) and (G2) are passed, for example, through vertical bores into the first product plate of the reaction zone.
  • the channels for the mixture (G1) and the mixture (G2) are divided into different plates.
  • mixture (G1) in the first plate is split and passed through vertical channels into the next plate, where it joins with the split mixture (G2) to produce a mixed stream, which in turn can be passed through vertical channels into another plate ,
  • the process according to the invention is particularly advantageous in terms of safety since particularly intensive cooling is possible by the reaction regime in the reactor (R1).
  • the channels can be combined to form wider channels.
  • the channels of the last product plate can for example be combined to form an outlet line.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, blending the mixtures (G1) and (G2) in the reactor in the channels.
  • the merging of the mixtures (G1) and (G2) according to the invention can for example be such that the reaction mixture enters immediately behind the mixing points in a wall-cooled portion of the plate, in which the known advantageous intensive heat transfer condition can be used in microstructures and a leadership of the reaction with negligible temperature increases is possible.
  • the cooling channels in the cooling plates can be mounted parallel or perpendicular to the flow direction of the reaction medium. Thus, a DC, counter and cross-flow of the cooling medium is possible.
  • the method according to the invention thus makes it possible to limit or reduce hot spots, ie local overheating.
  • the temperature in the reactor at a given point in the reactor up to 350 0 C, preferably at most 340 ° C, in particular up to 320 0 C, more preferably at most 310 ° C, more preferably at most 300 ° C.
  • a further advantage of the method according to the invention is that an increase in scale (scale-up), for example, by modular guidance of the number of channels in microstructured reactors or the increase in the number of microstructured reactors can be easily carried out.
  • the production capacity can be increased easily and without risk.
  • the microstructured reactor (R1) used according to the invention can therefore be designed in particular for carrying out continuous processes in the fluid phase.
  • the inventively used reactor (R1) has at least two zones (Z1) and (Z2) with channels of different diameters and the diameter of the channels of the zone (Z1) is smaller than the diameter of the channels of the zone (Z2). Accordingly, the diameter of the channels increases from zone (Z1) to zone (Z2), it being possible according to the invention to set the reaction conditions such that a hot spot in the permitted range occurs at the beginning of each zone.
  • the reactor volume is better utilized by comparatively more reaction volume due to increasing diameter of the channels.
  • the reactor (R1) used according to the invention has at least two zones (Z1) and (Z2) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm.
  • the reactor (R1) may have other zones, for example further zones with channels having a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm or zones in which the mixtures (G1) or (G2) or (G1) and (G2) are introduced into the reactor and have the channels that branch and whose diameter narrows to a diameter in the range of the diameter of the channels in the zones (Z1) and (Z2).
  • the reactor (R1) can also have a zone in which the mixtures (G1) and (G2) are brought into contact or a zone, for example an exit zone, in which the channels are brought together and widened.
  • One of the advantages of the process according to the invention is that the reaction of cyclopentene and dinitrogen monoxide with a high space-time yield can be carried out without safety concerns.
  • the method also makes it possible to design the microreactor as cost-saving as possible because of the zones with channels with different diameter, the process control can be that at the beginning of each zone again a temperature increase may occur, the inventive maximum temperature in the reactor on a certain point is not exceeded. Due to the highly efficient heat dissipation, it is possible to operate without diluting additives.
  • the process according to the invention allows a conversion of mixture (G1) and mixture (G2) with a conversion based on dinitrogen monoxide of greater than or equal to 80%, in particular greater than or equal to 85%, particularly preferably greater than or equal to 95%.
  • the conversion based on cyclopentene is greater than or equal to 50%, in particular greater than or equal to 55%, particularly preferably greater than or equal to 60%.
  • the upper limit of the conversions is generally 90%, preferably 92%, in particular 95%, more preferably 98%, and most preferably 99%.
  • the molar ratio between N 2 O in the mixture (G2) and cyclopentene in the mixture (G1) is set according to the invention so that the ratio is greater than 0.5, preferably greater than 0.6.
  • the reactor (R1) used according to the invention has at least two zones (Z1) and (Z2) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm.
  • the reactor (R1) can also have more zones with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, for example 3, 4 or 5 zones, particularly preferably 3 zones (Z1), (Z2) and ( Z3), wherein the zones each have channels with a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm.
  • the diameter of the channels in each zone is smaller than in the following zone.
  • the proportion of the reaction volume formed by the channels of the first zone (Z1) in the total reaction volume in the reactor is 1 to 60%, in particular 5 to 55%, more preferably 10 to 50%, particularly preferably 15 to 45%, for example 20 %, 25%, 30% 35% or 40%.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, wherein the reactor (R1) has at least three zones (Z1), (Z2) and (Z3) with channels having a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm, and the Diameter of the channels of the zone (Z1) is smaller than the diameter of the channels of the zone (Z2) and the diameter of the channels of the zone (Z2) is smaller than the diameter of the channels of the zone (Z3).
  • the diameter of the channels in the zones (Z1), (Z2) and (Z3) is in the range of 0.1 mm to 50 mm.
  • the diameter of the channels in the zone (Z1) is in the range of 0.5 mm to 2 mm, preferably in the range of 0.7 mm to 1, 8 mm, in particular in the range of 0.9 mm to 1, 5 mm
  • the diameter of the channels in the zone (Z2) is in the range of 2.5 mm to 6 mm, preferably in the range of 3 mm to 5.5 mm, in particular in the range of 3.5 mm to 5 mm.
  • the diameter of the channels in the zone (Z3) is in the range of 6.5 mm to 10 mm, preferably in the range of 7 mm to 9.5 mm, in particular in the range of 7.5 mm to 9 mm.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, the diameter of the In the zone (Z1) is in the range of 0.5 mm to 2.0 mm, the diameter of the channels in the zone (Z2) is in the range of 2.5 mm to 6.0 mm and the diameter of the channels in the zone (Z3) is in the range of 6.5 mm to 10.0 mm.
  • a plurality of reactors for example two reactors (R1) and (R2), with channels having a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm can also be used for the method, in particular those having zones with channels of different diameter.
  • the reactors (R1) and (R2) used may have the same or a different number of zones.
  • reactor (R1) may have two zones (Z1) and (Z2) and the reactor (R2) may have three zones (Z1), (Z2) and (Z3).
  • Both reactors (R1) and (R2) preferably have three zones (Z1), (Z2) and (Z3), it being possible for the diameter of the channels in the two reactors to vary in the range according to the invention.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, the reaction being carried out in two parallel reactors (R1) and (R2) each having channels with a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm and the reactor (R1) and the reactor (R2) each have at least two zones (Z1) and (Z2) with channels of different diameters and the diameter of the channels of the zone (Z1) is in each case smaller than the diameter of the channels of the zone (Z2).
  • reactors (R1) and (R2) can be connected in parallel or serially, preferably in parallel, according to the invention. According to the invention, it is also possible to connect two reactors (R1) and (R2) in parallel with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm and to connect a further reactor, for example a tubular reactor or a tube bundle reactor, as a postreactor.
  • reaction conditions for the process according to the invention can be varied within wide limits.
  • the reaction is preferably carried out at a temperature of 200 to 350 0 C, preferably at 230 to 340 0 C, in particular at 250 to 320 ° C, particularly preferably at 270 to 300 0 C, for example at 280 ° C, 285 ° C. , 290 o C or 295 ° C.
  • the reaction is carried out at a pressure of 200 to 500 bar, preferably at 220 to 450 bar, in particular at 240 to 400 bar, particularly preferably at 260 to 350 bar, for example at 265 bar, 270 bar, 275 bar, 280 bar, 285 bar, 290 bar, 295 bar, 300 bar, 305 bar, 310 bar, 315 bar, 320 bar, 325 bar, 330 bar, 335 bar, 340 bar or 345 bar.
  • the reaction is carried out in the temperature range between 270 and 300 0 C and at a pressure of 260 to 350 bar, in particular 280 bar.
  • the reaction conditions are preferably selected such that the N 2 O conversion is more than 80% and the cyclopentene conversion is more than 50%.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels with a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm, wherein the reaction is carried out at a pressure of 200 to 500 bar and a temperature of 270 to 300 0 C.
  • the mixture (G1) contains at least cyclopentene.
  • the mixture (G1) preferably contains at least 90% by weight of cyclopentene, for example 90 to 99% by weight of cyclopentene, preferably 91 to 95% by weight of cyclopentene, in particular 92% by weight, 93% by weight or 94 Wt .-% cyclopentene.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range from 0.1 mm to 50 mm, the mixture (G1) containing at least 90% by weight of cyclopentene.
  • the mixture (G1) may contain any further compound in addition to cyclopentene.
  • compounds which can also react with N 2 O Preference is given here to those compounds which, although they can in principle react with N 2 O, are inert to N 2 O at the reaction conditions chosen according to the invention.
  • the term "inert” as used in the context of the present invention refers to compounds which either do not react with N 2 O in the reaction conditions selected according to the invention or which react in a restricted manner in comparison with the reaction of cyclopentene with N 2 O such that their reaction product with N 2 O in the resulting mixture to a maximum of 5 wt. %, preferably at most 3 wt .-% and particularly preferably at most 2% by weight, in each case based on the total weight of the resulting mixture.
  • the content of secondary components in the mixture (G1) is for example less than 15 wt .-%, preferably less than 12 wt .-%, preferably less than 10 wt .-%, in particular less than 8 wt .-%, particularly preferably less than 5% by weight.
  • the mixture (G1) consists of at least 99% by weight, based on the total weight of the mixture (G1), of hydrocarbons.
  • the mixture (G1) may accordingly contain at most 1% by weight of at least one further compound, wherein inter alia at least one of the abovementioned inert preferred compounds other than hydrocarbons may be present at not more than 1% by weight , Other compounds may also contain at most 1% by weight, provided that they do not interfere with the reaction of cyclopentene with the mixture (G2).
  • hydrocarbons denotes compounds, each of which is an unsubstituted hydrocarbon and therefore consists only of the atoms C and H. More preferably, the mixture contains at most 0.5 wt .-%, more preferably at most 0.1 wt .-%, more preferably at most 0.01 wt .-% and most preferably at most 0.001 wt .-% more Links. Particular preference is given to mixtures (G1) which, in addition to hydrocarbons, do not contain any further compounds within the scope of the measurement accuracy of the particular analytical methods used in each case.
  • the mixture (G1) is gaseous, liquid or supercritical, preferably supercritical, at the reaction conditions selected according to the invention.
  • a mixture (G1) which contains at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, in particular at least 99% by weight, of C 5 hydrocarbons and hydrocarbons with more than 5 carbon atoms.
  • at least one further C 5 hydrocarbon or at least one hydrocarbon having more than 5 carbon atoms or a mixture of at least one further C 5 hydrocarbon and at least one hydrocarbon having more than 5 carbon atoms can be present in (G1).
  • the present invention also describes a process as described above which is characterized in that the mixture (G1) contains at least 99% by weight of C 5 hydrocarbons and hydrocarbons with more than 5 carbon atoms.
  • hydrocarbons having more than 5 carbon atoms particularly preferred hydrocarbons having more than 5 carbon atoms, the corresponding, already mentioned above in the context of inert compounds hydrocarbons are used.
  • mixtures (G1) are preferably those mixtures which are obtained in industrial processes.
  • mixtures are preferred which contain at least 95% by weight, more preferably at least 97% by weight and particularly preferably at least 99% by weight, of C 5 , C 6 and C 7 .
  • Hydrocarbons exist.
  • the present invention also relates to a process as described above, which is characterized in that the mixture (G1) contains at least 99% by weight of C 5 - and C 6 - or C 5 - and C 7 - or C 5 - and C 6 and C 7 hydrocarbons.
  • the mixture (G1) used is a hydrocarbon mixture which is obtained from a steam cracker or a refinery and contains cyclopentene.
  • C 5 cuts from steam cracker plants are preferred which contain substantially only C 5 and C 6 hydrocarbons.
  • Hydrocarbons having more than 6 carbon atoms are usually not included in the industrially occurring C 5 sections, which in addition to cyclopentene, for example, 2-butene, isopentane, 1-pentene, 2-methylbutene-1, trans-2-pentene, n-pentane, cis 2-pentene, 2-methylbutene-2, cyclopentane, 2,2-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, n-hexane and benzene.
  • a C 5 cut from a steam converter plant contains cyclopentene in the range from 5 to 60% by weight, and preferably in the range from 15 to 50% by weight. Such mixtures are advantageously further processed. nigt before they are used as a mixture (G1) in the process according to the invention.
  • the present invention also describes a process as described above which is characterized in that the mixture (G1) contains at least 99% by weight of a mixture of C 5 and C 6 hydrocarbons.
  • this mixture of essentially C 5 and C 6 hydrocarbons which is preferably obtained as C 5 cut from a steam cracker plant, can be used as such.
  • the mixture of substantially C 5 - and C 6 -KoIi is subjected to a cleaning before the reaction according to the invention, in which again preferably lower boiling compounds are separated compared to cyclopentene. While all conceivable methods can be used, the distillative separation of the mixture is preferred.
  • mixtures (G1) which contain at most 10% by weight of C 5 and / or C 6 hydrocarbons which boil more readily than cyclopentene. If, in the mixture to be purified, optionally at least one C 4 hydrocarbon is also present, preference is given to obtaining mixtures (G1) containing not more than 25% by weight of C 4 and / or C 5 and by the preferred distillation or C 6 hydrocarbons boil easier than cyclopentene. In the context of the present invention, particular preference is given to mixtures (G1) which contain not more than 15% by weight, more preferably not more than 10% by weight and more preferably not more than 5% by weight of C 5 and / or or C 6 hydrocarbons boil easier than cyclopentene.
  • mixtures (G1) containing not more than 5% by weight, more preferably not more than 3% by weight, and especially by the preferably used distillation preferably not more than 2% by weight of C 4 and / or C 5 and / or C 6 hydrocarbons which boil more readily than cyclopentene.
  • the mixtures thus obtained generally contain cyclopentene in a range from 80 to 99.99% by weight, preferably in a range from 85 to 99% by weight and more preferably in a range from 90 to 95% by weight.
  • Such mixtures can be further purified or concentrated before they can be used according to the invention as a mixture (G1).
  • the present invention therefore also relates to the use of a cyclic hydrocarbon mixture as starting material for the preparation of cyclopentanone, characterized in that the cyclopentene-containing hydrocarbon mixture either the C 5 cut of a steam cracker plant or obtained from the partial hydrogenation of cyclopentadiene and cyclopentene-containing mixture or a mixture of the C 5 cut of a steam cracker plant and the mixture obtained from the partial hydrogenation of cyclopentadiene and containing cyclopentene.
  • the mixture (G2) contains at least 70% by volume of dinitrogen monoxide, for example 70 to 100% by volume.
  • the mixture (G2) preferably contains at least 75% by volume of dinitrogen monoxide, in particular at least 80% by volume, preferably at least 85% by volume.
  • the mixture (G2) preferably contains from 75 to 99% by volume of dinitrogen monoxide, particularly preferably from 80 to 95% by vol., Particularly preferably from 82 to 90% by vol., For example 83% by vol., 84 vol. %, 85 vol.%, 86 vol.%, 87 vol.%, 88 vol.% Or 89 vol.%.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels with a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm, the mixture (G2) containing at least 70% by volume of dinitrogen monoxide.
  • the present invention also relates in a further embodiment to a process for the preparation of cyclopentanone comprising reacting a mixture (G1) containing at least cyclopentene with a mixture (G2) at least containing dinitrogen monoxide in at least one reactor (R1) with channels having a diameter in the range of 0.1 mm to 50 mm, the mixture (G2) containing 75 to 99 vol .-% nitrous oxide.
  • the mixture (G2) containing dinitrogen monoxide can originate from any source.
  • this mixture (G2) is preferably liquefied and then used in liquid form.
  • nitrous oxide or the gas mixture containing dinitrogen monoxide can be liquefied by all methods known to the person skilled in the art, in particular by a suitable choice of the pressure and the temperature.
  • mixture (G2) can contain at least one further gas in addition to N 2 O.
  • all gases are conceivable as long as they are guaranteed.
  • tet is that the inventive reaction of cyclopentene with N 2 O is possible.
  • mixtures (G2) are preferred which contain at least one inert gas in addition to N 2 O.
  • inert gas refers to a gas which is inert under the reaction conditions with respect to the reaction of N 2 O with cyclopentene and also with respect to N 2 O.
  • inert gases are nitrogen, carbon dioxide To name carbon monoxide, argon, methane, ethane and propane.
  • gases may also be present which do not behave as inert gases in the reaction of N 2 O with cyclopentene.
  • gases include NO x or, for example, oxygen.
  • NO x as understood in the context of the present invention, all compounds N 3 Ob except N 2 O, where a is 1 or 2 and b is a number from 1 to 6.
  • NO x is in the context of the present invention, the term” nitrogen oxides used ". in such a case, it is preferred to employ such mixtures (G2), the content of these gases than 0.5 Vol .-%, based on the total weight of Mixture (G2).
  • the present invention also relates to a process as described above, which is characterized in that the mixture (G2) contains at most 0.5% by volume of oxygen or at most 0.5% by volume of nitrogen oxides or at most both 0, 5% by volume of oxygen and 0.5% by volume of nitrogen oxides, in each case based on the total volume of the mixture (G2).
  • a value of, for example, 0.5% by volume denotes a total content of all possible nitrogen oxides except N 2 O of 0.5% by volume.
  • composition of the mixtures in the context of the present invention can be determined in any manner known to the person skilled in the art.
  • the composition of the mixture (G2) is preferably determined by gas chromatography in the context of the present invention. However, it can also be determined by means of UV spectroscopy, IR spectroscopy or wet-chemical.
  • the mixture (G2) is used in particular in liquid or supercritical form, preferably in supercritical form.
  • the mixture (G2) is subjected to a treatment before liquefaction in order to reduce the concentration of inert and interfering compounds in the mixture (G2).
  • mixtures (G2) which are obtained from industrial processes. Accordingly, should these mixtures (G2) contain more than 0.5% by volume of oxygen and / or nitrogen oxides, then these can generally be used in the process according to the invention.
  • These mixtures (G2), as well as those mixtures (G2) of similar composition, which are not obtained from industrial processes, are preferably subjected to at least one purification step before use in the process according to the invention, in which the content of oxygen and / or nitrogen oxides at most 0.5% by volume.
  • gas mixture (G2) preferably contains 50 to 99.0 vol .-% nitrous oxide, 1 to 20 vol .-% carbon dioxide and 0 to 25 vol .-% of other gases.
  • the stated vol .-% refer in each case to the entire gas mixture (G2).
  • the sum of the individual components of the gas mixture (G2) gives 100 vol .-%.
  • the gas mixture (G2) contains from 60 to 95% by volume of dinitrogen monoxide, in particular from 70 to 90% by volume, particularly preferably from 75 to 89% by volume of dinitrogen monoxide.
  • the gas mixture (G2) may further contain 1 to 20% by volume of carbon dioxide.
  • the gas mixture (G2) contains 5 to 15% by volume of carbon dioxide, in particular 6 to 14% by volume of carbon dioxide.
  • the gas mixture (G2) 0 to 25 vol .-% further gases.
  • the gas mixture (G2) may contain one or more further gases, the stated amount being based on the sum of the gases contained.
  • the residence time of the reaction mixture in the reactor (R1) or in the reactors (R1) and (R2) is generally in the range from 0.1 to 48 h, preferably in the range from 0.2 to 5 h and particularly preferably in the range of 0 , 3 to 2.5 h. It is conceivable not to keep the temperature or the pressure or both in the reactor constant, but to vary suitably within the limits specified above.
  • cyclopentanone selectivities of the reaction with respect to cyclopentene are according to the invention, for example, in the range of 85 to 99.9%, preferably 90 to 99%, in particular 92 to 97%.
  • the mixture obtained by the process according to the invention and containing cyclopentanone can in principle be further processed in the form obtained.
  • the resulting mixture may also be worked up in accordance with any suitable process for recovering the cyclopentanone. Particular preference is given according to the invention to distillative processes for working up.
  • the process according to the invention may in particular comprise a further separation stage which is carried out after the reaction in the reactor (R1) or the reaction in the reactors (R1) and (R2) or the post-reactors.
  • the separation stage preferably comprises at least one distillation, but preferably at least one flash distillation, for example for the separation of N 2 and unreacted N 2 O, and a distillation.
  • the distillation according to the invention can be carried out, for example, at a pressure of 2 to 6 bar, preferably 3 to 5 bar, in particular 4 bar and a bottom temperature of 150 to 250 0 C, preferably 170 to 200 0 C, for example 180 ° C.
  • At least two flash stages are preferably carried out, for example two, three or four. If, for example, two flash stages are performed, they are carried out in particular at different pressure and temperature.
  • the first flash stage at a pressure of 15 to 30 bar, preferably 18 to 26 bar, in particular 20 to 23 bar and a bottom temperature of 100 to 200 0 C, preferably 120 to 180 ° C, for example 140 to 160 ° C performed.
  • the second flash stage is preferably at a pressure of 1 to 8 bar, preferably 2 to 6 bar, in particular 3, 4 or 5 bar and a bottom temperature of 50 to 150 0 C, preferably 75 to 125 ° C, for example 85 to 105 ° C performed.
  • the separation stage according to the invention may comprise at least one flash vessel and one distillation column.
  • the reactor discharge is preferably expanded and cooled to separate off formed N 2 and unreacted N 2 O as a gaseous stream.
  • This gaseous stream can in principle be returned to the N 2 O enrichment, but is preferably disposed of.
  • the stream is depressurized to a pressure slightly above the pressure in the distillation column.
  • the liquid stream is then worked up in one or more distillation columns.
  • unreacted cyclopentene is removed overhead and, according to the invention, can be recycled at least partially or completely to the reactor.
  • a portion of the stream may be discarded to optionally suppress the accumulation of minor components.
  • These secondary components are preferably removed by distillation.
  • cyclopentanone is preferably separated substantially.
  • cyclopentanone can be further purified by distillation. The distillation can be carried out according to methods known per se to those skilled in the art.
  • the reactor (R1) used for the process according to the invention is also suitable for other reactions which take place in the fluid phase, ie in the liquid or supercritical phase, where at least two reactants are reacted in the presence of a homogeneous catalyst or without catalyst and which are highly exothermic.
  • such reactors are suitable for reactions in which the adiabatic temperature increase is above 100 0 C.
  • reactions are in particular the oxidation of olefins or alkynes with N 2 O, the epoxidation of CC double bonds with H 2 O 2 or hydroperoxides, the oxidation of ketones with nitric acid or the addition of nucleophiles to epoxides, for example of water, Alcohols, ammonia, amines, hydroxylamines or hydrazines.
  • Example 1 (Comparative Example): Reaction in the tubular reactor
  • Example 1 was carried out in a reactor with flash and distillation stage downstream.
  • the reaction volume including connectors is 2510 ml in total.
  • the temperature of the incoming cooling medium is set to 280 ⁇ 2 ° C with an external thermostat.
  • a pressure maintenance Directly at the outlet of the reactor is a pressure maintenance, which keeps the pressure in the reactor constant at 280 bar.
  • the fresh cyclopentene is metered into the reactor at 172.5 g / h.
  • Cyclopentene originates from the distillation of a C 5 cut of a steam cracker and has the following composition (% by weight): cyclopentene (about 93.2%), cyclopentane (about 5.7%), 2-methyl-2-butene (about 1, 1%), 2,2-dimethylbutane (about 0.17%).
  • N 2 O content of N 2 O> 99.5 vol .-%, Messrs. Messer Griesheim
  • the molar ratio of cyclopentene to N 2 O in the reactor feed is 0.192 mol / mol.
  • the cyclopentene conversion in the straight pass is 19.6% and the N 2 O conversion is about 99.6%.
  • the reactor discharge is relaxed after pressure maintenance in two steps with two at 1 1 bara and 1, 1 bara operated flash vessels to 1, 1 bara and cooled.
  • the gaseous components are separated and in an aftercooler (operated at + 5 ° C) hydrocarbons contained therein are condensed out as completely as possible.
  • the gas phase (about 64.5 g / h) has the following composition: N 2 (96.4% by volume), N 2 O (0.41% by volume), ethylene (0.28% by volume). ), Cyclopentene (0.37% by volume), cyclopentane (0.33% by volume), other C 5 components (545 vppm).
  • the liquid phase obtained is separated in a distillation column (bubble-cap column with 5 column sections 106 cm ⁇ 50 mm, 10 plates each).
  • the bottom product obtained is 187.7 g / h of a stream having the following composition (wt .-%): cyclopentanone (about 96.8%), cyclopentane (about 1, 3%), 4-pentenal (ca. 1.3%), isopropyl methyl ketone (about 0.8%), cyclopentene oxide (about 0.5%), cyclopentene dimers (about 0.5%), cyclopentene (about 0.03%).
  • Example 2 was carried out analogously to Example 1, wherein the tubular reactor was replaced by a microreactor and in addition a post-reactor was used.
  • the reactor was manufactured by the company Heatric (Vessel title: Demonstration Mixer Reactor, Plant Item No .: E100, Year built: 2005, Client: BASF, Client PO No .: 1086229765/306 / D, Serial No .: H1016A, Type: PCR).
  • the main reactor consists of 48 316 / 316L stainless steel plates with 338 x 188 * 1, 9 mm in which semicircular channels were created and then diffusion welded into a single block.
  • the finished reactor has the following dimensions: 338 x 188 x 91 mm.
  • the two starting materials are fed through separate inlets and first divided in the entry zone (upper plate) and then mixed.
  • the available reaction volume in this main reactor is about 194 ml distributed over 10 plates.
  • In these plates there are two parallel product-carrying channels which are semicircular and have a radius of 1, 2 mm (cross-sectional area: 2.262 mm 2 ).
  • the channels are arranged in parallel on each plate and undercut 49 passages on each plate. The total length of each channel is thus about 45 m.
  • Coolant is pumped through the cooling circuit at a rate of approx. 16 l / min to dissipate the heat of reaction (Marlotherm SH from Sasol).
  • the temperature of the incoming cooling medium is set to 280 ⁇ 2 0 C with an external thermostat.
  • the secondary reactor used is two pipe coils connected in series, which are also operated at 280 ⁇ 2 ° C. These coils have the same dimensions as those of the reactor used in Example 1.
  • the total available reaction volume (including connecting pieces) is approx. 530 ml_.
  • At the outlet of the last reactor is a pressure maintenance, which keeps the pressure in the reactor and post reactor constant at 280 bar.
  • the fresh cyclopentene feed is metered in at 205.4 g / h. This comes from the distillation of a Cs-section of a steam cracker and has the following composition (wt .-%): cyclopentene (about 94.7%), cyclopentane (about 4.5%), 2-methyl-2-butene ( about 1.0%), 2,2-dimethylbutane (about 0.14%).
  • the cyclopentene conversion in the straight pass is 65% and the N 2 O conversion is about 92%.
  • the reactor discharge is relaxed after pressure maintenance in two steps with two at 11 bara and 1, 1 bara operated flash vessels to 1, 1 bara and cooled.
  • the gaseous components are separated and in an aftercooler hydrocarbons contained therein are condensed out as completely as possible.
  • the gas phase (about 88.8 g / h) has the following composition: N 2 (89.4% by volume), N 2 O (7.92% by vol.), Ethylene (790 vppm), cyclopentene (1 , 1 vol.%), Cyclopentane (0.21 vol.%), Further C 5 components (803 vppm).
  • the liquid phase is separated in a distillation column (bubble-cap column with 5 column sections 106 cm ⁇ 50 mm, 10 plates each).
  • the bottom product obtained is 229 g / h of a stream having the following composition (wt .-%): cyclopentanone (about 92.3%), cyclopentane (about 3.1%), 4-pentenal (about 1, 1% ), Isopropyl methyl ketone (about 0.34%), cyclopentene oxide (about 0.5%), cyclopentene dimers (about 0.25%), cyclopentene (about 0.19%).
  • the space-time yield is about 399 g cyclopentanone / liter reaction volume / hour. Thus, it takes 5.5x less reaction volume for the same amount of product.
  • only 0.52 kg cyclopentane / cyclopentane mixture must be separated and partially recycled per kg of cyclopentanone produced instead of 8.2 kg according to Example 1.
  • the energy required for this purpose is only 0.09 kWh / kg cyclopentanone instead of 0.73 kWh / kg according to Example 1.
  • Example 3 was carried out analogously to Example 2, but without the coils as a post-reactor. Coolant is pumped at approx. 16 l / min in the cooling circuit in order to dissipate the heat of reaction (Marlotherm SH from Sasol). The temperature of the incoming cooling medium is set to 280 ⁇ 2 0 C with an external thermostat.
  • the total available reaction volume (including connectors) is approx. 201 ml_.
  • a pressure maintenance which keeps the pressure in the reactor constant at 280 bar.
  • the fresh cyclopentene feed is metered in at 154 g / h. This originates from the distillation of a C 5 cut of a steam cracker and has the following composition (% by weight): cyclopentene (about 94.9%), cyclopentane (about 4.2%), 2-methyl-2 -butene (about 1.0%), 2,2-dimethylbutane (about 0.04%).
  • This stream is first mixed with a cyclopentene recycle stream to produce a stream having the following composition: cyclopentene (about 93.1%), cyclopentane (about 4.3%), 2-methyl-2-butene ( about 2.3%), 2,2-dimethylbutane (about 0.09%), acetone (about 0.41%).
  • Liquid N 2 O (content of N 2 O> 99.5% by volume, from Linde) is added separately to the reactor at 123 g / h (input N1).
  • the molar ratio of cyclopentene to N 2 O in the reactor feed is about 0.72 mol / mol.
  • the cyclopentene conversion in the straight pass is 54% and the N 2 O conversion is about 76%.
  • the reactor discharge is relaxed after pressure maintenance in two steps with two at 11 bara and 1, 1 bara operated flash vessels to 1, 1 bara and cooled.
  • the gaseous components are separated and in an aftercooler hydrocarbons contained therein are condensed out as completely as possible.
  • the gas phase (about 61.7 g / h) has the following composition: N 2 (81.7 vol.%), N 2 O (17.7 vol.%), Ethylene (674 vppm), cyclopentene (0 , 4% by volume), cyclopentane (402 ppm), further C 5 components (346 vppm).
  • the liquid phase is separated in a distillation column (bubble-cap column with 5 column sections 106 cm ⁇ 50 mm, 10 plates each).
  • the bottom product obtained is 165.4 g / h of a stream having the following composition (% by weight): cyclopentanone (about 93.8%), cyclopentane (about 3.0%), 4-pentenal (ca. 1.3%), cyclopentene oxide (about 0.5%), cyclopentene dimers (about 0.25%), cyclopentene (about 0.9%).
  • From the top product which contains 91.1% cyclopentene but no cyclopentanone, about 8.1 g / h are discharged in order to avoid accumulation of secondary components, in particular acetone and 2-methyl-2-butene.
  • the remainder (about 14 g / h) is returned to the reactor as a cyclopentene recycle stream.
  • the space-time yield is about 823 g cyclopentanone / liter reaction volume / hour.
  • only 0.11 kg of cyclopentene / cyclopentane mixture per kg of cyclopentanone produced have to be separated off and partly recycled instead of 8.2 kg According to Example 1.
  • the energy required for this purpose is only 0.09 kWh / kg of cyclopentanone instead of 0.73 kWh / kg according to Example 1.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid, wobei die Umsetzung in mindestens einem Reaktor (R1) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm durchgeführt wird, wobei der Reaktor mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2).

Description

Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid, wobei die Umsetzung in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm durchgeführt wird, wobei der Reaktor mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2).
Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Ebenfalls bekannt ist, dass Cyclopentanon durch Umsetzung von Cyclopenten mit Distickstoffmonoxid erhalten werden kann. Die Herstellung von Cyclopentanon durch Oxidation von Cyclopenten mit N2O ist eine sehr selektive Reaktion, die stark exotherm ist.
So offenbart die GB 649,680 die Umsetzung von Alkenen wie beispielsweise Cyclohe- xen oder Cyclopenten mit N2O. Allerdings ist in den Beispielen dieser Schrift die Umsetzung von Cyclopenten mit N2O explizit nicht beschrieben. Andere, in den Beispielen mit N2O umgesetzte und nicht substituierte Olefine werden entweder als reine Verbindungen oder zusammen mit dem Lösungsmittel Dimethylanilin eingesetzt. Die zur GB 649,680 äquivalente US 2,636,898 offenbart in den Beispielen ebensowenig die Umsetzung von Cyclopenten mit N2O. Auch in diesen Beispielen werden die nicht substituierten Olefine ausschließlich in reiner Form ohne Zusatz eines Lösungsmittels mit N2O umgesetzt. Die Reaktion findet statt bei 3000C und 500 atm.
F. S. Bridson-Jones et al. beschreiben in J. Chem. Soc, S. 2999-3008 (1951 ) die Umsetzung von Olefinen mit N2O, wobei beispielsweise Cyclohexen zu Cyclohexanon umgesetzt wird. Auch in diesem Fall wird das Cyclohexen als solches ohne Zugabe beispielsweise eines zusätzlichen Lösungsmittels eingesetzt. Ebenso sind beispielsweise die Umsetzung von Ethylen, Acenaphthylen und Methylencyclobutan beschrie- ben, wobei entweder Cyclohexan oder Decalin als Lösungsmittel eingesetzt wird.
Auch K. A. Dubkov et al., React. Kinet. Catal. Lett., Vol. 77, No. 1 , S. 197-205 (2002) beschreiben die Umsetzung von reinem, 99%igem Cyclopenten mit reinem N2O (pure, medical grade). In den neueren wissenschaftlichen Artikeln von G. L. Panov et al., "Non-Catalytic Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide. 1. Oxidation of Cyclohexene to Cyclohexanone", React. Kinet. Catal. Lett. Vol. 76, No. 2 (2002) S. 401-405, und K. A. Dubkov et al., "Non-Catalytic Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide. 2. Oxidation of Cyclopentene to Cyclopentanone", React. Kinet. Catal. Lett. Vol. 77, No. 1 (2002) S. 197-205 werden ebenfalls Oxidationen von olefinischen Verbindungen mit Distickstoffmonoxid beschrieben. Auch ein wissenschaftlicher Artikel „Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide to Carbonyl Compounds" von E. V. Starokon et al. in Adv. Synth. Catal. 2004, 346, 268 - 274 beinhaltet eine mechanistische Studie der Oxidation von Alkenen mit Distickstoffmonoxid in flüssiger Phase.
Die Synthese von Carbonylverbindungen aus Alkenen mit Distickstoffmonoxid wird auch in verschiedenen internationalen Patentanmeldungen beschrieben. So offenbart die WO 03/078370 ein Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen aus a- liphatischen Alkenen mit Distickstoffmonoxid. Die Umsetzung wird bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 3500C und Drücken von 0,01 bis 100 atm durchgeführt. Die WO 03/078374 offenbart ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von Cyclohexanon. Gemäß der WO 03/078372 werden cyclische Ketone mit 4 bis 5 C-Atomen hergestellt. Gemäß der WO 03/078375 werden unter diesen Verfahrensbedingungen cyclische Ketone aus cyclischen Alkenen mit 7 bis 20 C-Atomen hergestellt. WO 03/078371 offenbart ein Verfahren zur Herstellung substituierter Ketone aus substituierten Alkenen. WO 04/000777 offenbart ein Verfahren zur Umsetzung von Di- und Polyalkenen mit Distickstoffmonoxid zu den entsprechenden Carbonylverbindungen.
Die DE 103 19 489.4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon unter Verwendung von Distickstoffmonoxid als Oxidationsmittel.
WO 2006/032532 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon, ausgehend von einem Gemisch, das Cyclopenten zu höchstens 95 Gew.-% enthält. Neben Cyclopenten kann das eingesetzte Gemisch weitere Lösungsmittel enthalten, wobei beispielsweise weitere Kohlenwasserstoffe als Gemischbestandteile erwähnt werden. Dabei wird Cyclopentanon durch Umsetzung mit N2O erhalten, wobei entweder reines N2O oder ein Gasgemisch, das N2O enthält, in flüssiger oder überkritischer Form eingesetzt wird. Vorzugsweise wird das dort offenbarte Verfahren in einem Batchreaktor durchgeführt.
Da die Reaktion jeweils erster Ordnung bezüglich Cyclopenten und N2O ist, sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit rasch mit dem Umsatz ab, was das Erreichen hoher Umsätze an beiden Reaktanden erschwert. Die Reaktion ist stark exotherm, so dass die Wärmeabfuhr selbst in den als effizienten Wärmeüberträgern bekannten Plattenwärmeaustauschern nicht ausreicht, um Temperaturspitzen (so genannte „hot spots") bei einer singulären Einspeisung zu vermeiden. Umso mehr trifft dies für Rohrbündelwärmeaustauscher zu.
Wegen der hohen Reaktionstemperatur und der in erster Näherung zum Quadrat der Dichte und zum Produkt der Konzentration der Reaktanden proportionalen Reaktionsgeschwindigkeit wird, um das Reaktionsvolumen möglichst gering zu halten, die Reaktion unter erhöhtem Druck und mit möglichst hohen Konzentrationen an Edukten durchgeführt. Da die Reaktion unter diesen Bedingungen schnell abläuft und stark exotherm ist, wird ein (druckfester) Reaktor benötigt, der hohe Wärmeabfuhrraten erlaubt.
Eine Verdünnung der Reaktanden führt zwar zu leichter zu bewältigenden Wärmeproduktionsraten, aber dann auch zwangsläufig zu einem viel höheren Reaktorvolumen und damit, aufgrund der wesentlich höheren zu bewegenden Stoffströme, zu deutlich größeren Anlagen und den damit verbundenen höheren Kosten.
Grundsätzlich ist bekannt, dass insbesondere für exotherme Reaktionen die Umsetzung in Mikroreaktoren durchgeführt werden kann.
Mikrostrukturierte Reaktoren oder Wärmeaustauscher mit Mikrostruktur sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So beschreibt beispielsweise bereits DD 246257 A1 Mikroapparaturen und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die dort offenbarten Mikroapparaturen werden aus Stapeln von Substratplättchen hergestellt, wobei die in den einzelnen Substratplättchen eingearbeiteten Vertiefungen in ihren Abmessungen, ihrer Form und Oberflächengestaltung variieren.
WO 94/21372 offenbart ebenfalls Reaktoren, die aus unterschiedlichen Schichten aufgebaut sind und die mikrostrukturierte Kanäle enthalten. Derartige Vorrichtungen kön- nen für chemische Umsetzungen eingesetzt werden.
WO 01/54806 offenbart einen Reaktor mit Wärmeaustauscher. Dabei wird der Wärmeaustauscher aus einer Vielzahl von übereinander liegenden Metallplatten gebildet, die jeweils Kanäle aufweisen, in denen das wärmeaustauschende Mittel fließen kann.
Auch EP 0 212 878 A1 offenbart Wärmeaustauscher, die aus einzelnen Platten aufgebaut sind, wobei die einzelnen Platten jeweils mikrostrukturierte Kanäle aufweisen. Die Kanäle haben dabei gemäß EP 0 212 878 A1 einen Radius im Bereich von 0,2 bis 1 ,5 mm. WO 03/055585 offenbart einen chemischen Reaktor. Dieser Reaktor wird aus einem Stapel miteinander verbundener Metallplatten gebildet, die jeweils Vertiefungen aufweisen, so dass Reaktionskanäle gebildet werden.
WO 01/54805 betrifft Reaktoren mit Mikrostrukturen, die in spiralförmiger Form in dem Reaktor vorliegen. Auch WO 01/54804 offenbart Wärmeaustauscher, die aus einzelnen Platten mit Mikrostrukturen aufgebaut werden, wobei ebenfalls offenbart wird, dass die dort offenbarten Wärmeaustauscher auch als chemische Reaktoren eingesetzt werden können.
In WO 2004/099696 werden aus Platten aufgebaute Wärmeaustauscher offenbart. Dabei weisen die einzelnen Platten zunächst Verzweigungszonen, mikrostrukturierte Zonen und wiederum eine Zone auf, in der die einzelnen Ströme zusammengeführt werden.
In DE 10036602 A1 wird ein Mikroreaktor für Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten offenbart. Die dort offenbarten Mikroreaktoren sind zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen einem Reaktionspartner in fluider Form und einem Reaktionspartner in gasförmigem Zustand, gegebenenfalls in Gegenwart eines festen Kataly- sators geeignet. Die chemische Prozessführung findet dabei in Räumen statt, die von zwei oder mehreren, im Wesentlichen planparallelen Platten oder Schichten gebildet werden.
Aus dem Stand der Technik sind auch chemische Verfahren bekannt, die in derartigen mikrostrukturierten Reaktoren durchgeführt werden. So offenbart EP 1 586 372 A1 eine Alkoxylierung in mikrostrukturierten Kapillarreaktoren. Es wird dort ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyetheralkoholen durch Alkoxylierung von Alkoholen offenbart. Das Verfahren wird in einem mikrostrukturierten Reaktor in der Flüssigphase durchgeführt. Die einzelnen Kanäle des Reaktors, die beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweisen, werden mit Hilfe eines Kühlmediums gekühlt oder mit Hilfe eines Heizmediums geheizt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren für die Herstellung von Cyclopentanon bereitzustellen, bei dem die Edukte in hoher Raum-Zeit-Ausbeute und mit guten Umsätzen umgesetzt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag darin, ein Verfahren für die Herstellung von Cyclopentanon bereitzustellen, bei dem die Edukte in hoher Raum-Zeit- Ausbeute und mit guten Umsätzen umgesetzt werden können bei gleichzeitiger Minimierung der Reaktorkosten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag darin, ein Verfahren für die Her- Stellung von Cyclopentanon bereitzustellen, bei dem die Edukte in hoher Raum-Zeit- Ausbeute und mit guten Umsätzen umgesetzt werden können und das eine sichere Verfahrensführung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid, wobei die Umsetzung in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm durchgeführt wird, wobei der Reaktor mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2).
Erfindungsgemäß enthält das Gemisch (G1 ) mindestens Cyclopenten. Das Gemisch (G2) enthält erfindungsgemäß mindestens Distickstoffmonoxid. Die Gemische (G1 ) und (G2) werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in gasförmiger oder flüssiger oder überkritischer Form miteinander umgesetzt. Vorzugsweise werden die Gemische (G1) und (G2) erfindungsgemäß in überkritischer Form miteinander umgesetzt.
Der Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm kann erfindungsgemäß allein oder als Hauptreaktor in Kombination mit anderen Reaktoren eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, dass der Reaktor (R1 ) mit einem herkömmlichen Reaktor, beispielsweise einem Rohrreaktor oder einem Rohrbündelreaktor oder einem weiteren Reaktor mit Kanälen, insbesondere mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, kombiniert wird. Es ist dabei erfindungsgemäß möglich, die verschiedenen Reaktoren seriell oder parallel zu betreiben oder eine Kombination aus beidem.
Der Reaktor (R1 ) weist erfindungsgemäß Kanäle mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm auf. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchge- führt, dass die Umsetzung der Gemische (G1 ) und (G2) in den Kanälen erfolgt. Die Kanäle machen erfindungsgemäß das Reaktionsvolumen des Reaktors (R1 ) aus.
Der Durchmesser der Kanäle, durch die die Reaktanden fließen, kann innerhalb einer Zone im Wesentlichen gleich sein und liegt im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm. In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens sind die Kanäle halbkreisförmig und haben ein Radius zwischen 0,05 und 25 mm.
Erfindungsgemäß ist der Durchmesser der Kanäle innerhalb einer Zone im Wesentli- chen gleich. Dabei können die einzelnen Kanäle parallel angeordnet sein oder auch andere geometrische Anordnungen aufweisen.
Der Reaktor (R1 ) kann beispielsweise aus einem Stapel von diffusionsgeschweißten Metallplatten bestehen, in die mit einer geeigneten Methode Vertiefungen eingearbeitet wurden. Diese Bauart ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt, beispielsweise aus EP 0212878 A1 oder WO 2004/099696.
Der Reaktor (R1 ) kann beispielsweise auch eine Vorrichtung für Wärmeaustausch aufweisen. Beispielsweise kann ein aus Platten aufgebauter Mikroreaktor Schichten auf- weisen, in denen ein Heiz- oder Kühlmedium fließt.
Die Fertigung der Kanäle kann beispielsweise in einem mehrstufigen Prozess erfolgen, bei dem in einem ersten Schritt durch beispielsweise Fräsen, Ätzen, Stanzen oder ähnliche Verfahren die Kapillarstruktur in Form von Kanalscharen oder Nutenscharen in einzelnen Platten erzeugt wird und anschließend zum Beispiel durch Diffusionsschweißen oder Löten eine Verbindung der Platten erfolgt. Jeder einzelne Kanal ist dadurch gegenüber benachbarten Kanälen abgegrenzt. Verschiedene Zonen mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers können prinzipiell erzeugt werden, indem Platten mit Vertiefungen unterschiedlichen Durchmessers kombiniert werden.
Die Vermischung der Gemische (G1 ) und (G2) kann sowohl außerhalb als auch innerhalb des Reaktors erfolgen. Bei der Vermischung außerhalb des Reaktors wird dem Reaktor ein geeignetes Mischorgan vorgeschaltet. Vorzugsweise erfolgt die Vermischung der Edukte jedoch im Reaktor, vorzugsweise in den Kanälen.
Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, das Gemisch (G1 ) in einer Platte in Kanälen zu führen, die sich verzweigen und dabei bis auf einen Durchmesser von 0,1 mm bis 50 mm verengen, und das Gemisch (G2) auf derselben Platte oder einer anderen Platte in separaten Kanälen zu führen, die sich ebenfalls verzweigen und auf einen Durchmesser von 0,1 bis 50 mm verengen, bevor die Gemische (G1 ) und (G2) miteinander in Kontakt gebracht werden. Zur Kontaktierung der Gemische (G1 ) und (G2) können beispielsweise die Ströme aus jeweils zwei benachbarten Platten zusammengeführt werden. Dazu können sich Öffnungen in allen Kanälen der einen Platte befinden, durch die dann die Ströme aus den Kanälen der anderen, benachbarten Plat- te geführt werden. Es werden also die Ströme aus jeweils einem Kanal für Gemisch (G1 ) und einem Kanal für Gemisch (G2) zusammengeführt.
Erfindungsgemäß kann der Reaktor (R1 ) eine Eintrittszone aufweisen. Eine derartige Eintrittszone besteht beispielsweise aus mindestens einer Platte und trägt die zwei getrennten Zugänge für Gemisch (G1 ) und (G2). Die zwei Eintrittskanäle werden zunächst verzweigt und die Gemische (G1 ) und (G2) werden vorzugsweise erst miteinander gemischt, wenn die Kanäle eine Querschnittsfläche haben, die vergleichbar ist zu der Querschnittsfläche der Kanäle in der Zone (Z1 ).
An den Mischstellen werden die Gemische (G1) und (G2) beispielsweise durch senkrechte Bohrungen in die erste Produktplatte der Reaktionszone geleitet. In einer möglichen Ausführungsform der Eintrittszone werden die Kanäle für das Gemisch (G1 ) und das Gemisch (G2) in verschiedenen Platten aufgeteilt.
Beispielsweise wird Gemisch (G1 ) in der ersten Platte aufgeteilt und durch senkrechte Kanäle in die nächste Platte geführt, wo es sich mit dem aufgeteilten Gemisch (G2) vereinigt um einen Mischstrom zu erzeugen, der wiederum durch senkrechte Kanäle in eine weitere Platte geführt werden kann. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass zwischen den einzelnen Platten weitere Platten mit Kanälen für ein Kühlmedium vorliegen.
Durch die erfindungsgemäße Reaktionsführung ist das erfindungsgemäße Verfahren sicherheitstechnisch besonders vorteilhaft, da durch die Reaktionsführung im Reaktor (R1 ) eine besonders intensive Kühlung möglich ist.
Am Reaktorausgang kann prinzipiell eine Vereinigung der Kanäle zu breiteren Kanälen erfolgen. Die Kanäle der letzten Produktplatte können beispielsweise zu einer Austrittsleitung vereinigt werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, diese Austrittszone durch eine Haube zu ersetzten, beispielsweise, wenn der Umsatz von Cyclopenten und Distickstoffmonoxid mindestens 90% beträgt.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei die Gemische (G1 ) und (G2) im Reaktor in den Kanälen gemischt werden. Die Zusammenführung der Gemische (G1 ) und (G2) kann erfindungsgemäß beispielsweise so erfolgen, dass das Reaktionsgemisch unmittelbar hinter den Mischungsstellen in einem wandgekühlten Bereich der Platte eintritt, in dem die bekanntermaßen vorteilhafte intensive Wärmeübergangsbedingung in Mikrostrukturen genutzt werden kann und eine Führung der Reaktion mit vernachlässigbaren Temperaturüberhöhungen möglich ist. Die Kühlkanäle in den Kühlplatten lassen sich parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des Reaktionsmediums anbringen. Damit ist eine Gleich-, Gegen- und Kreuzstromführung des Kühlmediums möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es damit, hot-spots, d.h. lokale Überhitzungen, einzuschränken bzw. zu reduzieren. Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, das Verfahren so durchzuführen, dass jeweils zu Beginn einer Zone ein hot-spot in einem erlaubten Bereich auftritt, wobei also beispielsweise eine Temperaturerhöhung im Bereich von 100C auftritt. Dabei beträgt erfindungsgemäß die Temperatur im Reaktor an einem bestimmten Punkt im Reaktor maximal 3500C, bevorzugt maximal 340°C, insbesondere maximal 3200C, weiter bevorzugt maximal 310°C, besonders bevorzugt maximal 300°C.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass eine Vergrößerung des Maßstabs (scale-up) beispielsweise durch modulare Führung der Kanalzahl in mikrostrukturierten Reaktoren oder die Erhöhung der Anzahl der mikrostrukturierten Reaktoren einfach durchgeführt werden kann. Somit kann die Produktionsleistung einfach und risikolos erhöht werden.
Der erfindungsgemäß eingesetzte mikrostrukturierte Reaktor (R1 ) kann daher insbesondere für die Durchführung kontinuierlicher Verfahren in der fluiden Phase ausgelegt werden.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Reaktor (R1 ) weist mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers auf und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) ist kleiner als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2). Demgemäß steigt der Durchmesser der Kanäle von Zone (Z1 ) zu Zone (Z2) an, wobei es erfindungsgemäß möglich ist, die Reaktionsbedingungen derart einzustellen, dass jeweils zu Beginn einer Zone ein hot-spot im erlaubten Bereich auftritt. Damit ist es erfin- dungsgemäß möglich, den Reaktionsverlauf über den Reaktor (R1 ) so zu steuern, dass das Reaktionsvolumen optimal ausgenutzt wird. Im Vergleich zu einem Reaktor mit im Wesentlichen gleich bleibendem Durchmesser der Kanäle wird bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Reaktor (R1 ) das Reaktorvolumen durch vergleichsweise mehr Reaktionsvolumen durch steigenden Durchmesser der Kanäle besser genutzt. Der erfindungsgemäß eingesetzte Reaktor (R1 ) weist mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm auf. Darüber hinaus kann der Reaktor (R1 ) weitere Zonen aufweisen, beispielsweise weitere Zonen mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm oder auch Zonen, in denen die Gemische (G1) oder (G2) oder (G1) und (G2) in den Reaktor eingeleitet werden und die Kanäle aufweisen, die sich verzweigen und deren Durchmesser sich bis auf einen Durchmesser im Bereich des Durchmessers der Kanäle in den Zonen (Z1 ) und (Z2) verengt.
Erfindungsgemäß kann der Reaktor (R1 ) beispielsweise auch eine Zone aufweisen, in der die Gemische (G1) und (G2) in Kontakt gebracht werden oder eine Zone, beispielsweise eine Austrittszone, in der die Kanäle zusammengeführt werden und sich verbreitern.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat unter anderem den Vorteil, dass die Umsetzung von Cyclopenten und Distickstoffmonoxid mit hoher Raum-Zeit-Ausbeute sicherheitstechnisch unbedenklich durchgeführt werden kann. Das Verfahren erlaubt es weiterhin, den Mikroreaktor möglichst Kosten sparend auszulegen, da durch die Zonen mit Kanälen mit unterschiedlichem Durchmesser die Verfahrensführung so ausgelegt werden kann, dass jeweils zu Beginn einer Zone erneut ein Temperaturerhöhung auftreten kann, wobei die erfindungsgemäße maximale Temperatur im Reaktor an einem bestimmten Punkt nicht überschritten wird. Durch die hocheffiziente Wärmeabfuhr kann ohne verdünnende Zusätze operiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Umsetzung von Gemisch (G1 ) und Gemisch (G2) mit einem auf Distickstoffmonoxid bezogenen Umsatz von größer oder gleich 80%, insbesondere von größer oder gleich 85%, besonders bevorzugt von größer oder gleich 95%. Dabei liegt erfindungsgemäß der Umsatz bezogen auf Cyclopenten bei größer oder gleich 50%, insbesondere von größer oder gleich 55%, besonders bevorzugt von größer oder gleich 60%.
Die Obergrenze der Umsätze sowohl bezogen auf Cyclopenten als auch bezogen auf Distickstoffmonoxid liegt im Allgemeinen bei 90%, bevorzugt bei 92%, insbesondere bei 95%, weiter bevorzugt bei 98% und besonders bevorzugt bei 99%.
Das molare Verhältnis zwischen N2O im Gemisch (G2) und Cyclopenten im Gemisch (G1 ) wird erfindungsgemäß so eingestellt, das das Verhältnis größer 0,5, bevorzugt größer 0,6 ist. Der erfindungsgemäß eingesetzte Reaktor (R1 ) weist mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm auf. Erfindungsgemäß kann der Reaktor (R1 ) auch mehr Zonen mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm aufweisen, beispielsweise 3, 4 oder 5 Zo- nen, besonders bevorzugt 3 Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3), wobei die Zonen jeweils Kanäle mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm aufweisen. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser der Kanäle in einer Zone jeweils kleiner als in der folgenden Zone.
Der Anteil des durch die Kanäle der ersten Zone (Z1 ) gebildeten Reaktionsvolumen am gesamten Reaktionsvolumen im Reaktor beträgt erfindungsgemäß beispielsweise 1 bis 60%, insbesondere 5 bis 55%, weiter bevorzugt 10 bis 50%, besonders bevorzugt 15 bis 45%, also beispielsweise 20%, 25%, 30% 35% oder 40%.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei der Reaktor (R1 ) min- destens drei Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm aufweist, und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2) und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z3).
Erfindungsgemäß liegt der Durchmesser der Kanäle in den Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3) im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm.
Beispielsweise liegt der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z1 ) im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,7 mm bis 1 ,8 mm, insbesondere im Bereich von 0,9 mm bis 1 ,5 mm. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z2) im Bereich von 2,5 mm bis 6 mm, bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 5,5 mm, insbesondere im Bereich von 3,5 mm bis 5 mm. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z3) im Bereich von 6,5 mm bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 7 mm bis 9,5 mm, insbesondere im Bereich von 7,5 mm bis 9 mm.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z1 ) im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm liegt, der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z2) im Bereich von 2,5 mm bis 6,0 mm liegt und der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z3) im Bereich von 6,5 mm bis 10,0 mm liegt.
Erfindungsgemäß können für das Verfahren auch mehrere Reaktoren, beispielsweise zwei Reaktoren (R1 ) und (R2), mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm eingesetzt werden, insbesondere solche, die Zonen mit Kanälen mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen. Dabei können die eingesetzten Reaktoren (R1 ) und (R2) die gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl an Zonen aufweisen. Bei- spielsweise kann Reaktor (R1 ) zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) und der Reaktor (R2) drei Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3) aufweisen. Bevorzugt weisen beide Reaktoren (R1 ) und (R2) drei Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3) auf, wobei der Durchmesser der Kanäle in den beiden Reaktoren im erfindungsgemäßen Bereich variieren kann.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei die Umsetzung in zwei parallelen Reaktoren (R1 ) und (R2) durchgeführt wird, die jeweils Kanäle mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm aufweisen und wobei der Reaktor (R1) und der Reaktor (R2) jeweils mindestens zwei Zonen (Z1) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweisen und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) jeweils kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2).
Sofern mehrere Reaktoren (R1 ) und (R2) eingesetzt werden, können diese erfindungsgemäß parallel oder seriell geschaltet werden, bevorzugt parallel. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, zwei Reaktoren (R1 ) und (R2) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm parallel zu schalten und einen weiteren Reaktor, beispielsweise einen Rohrreaktor oder einen Rohrbündelreaktor, als Nachreaktor nachzuschalten.
Die Reaktionsbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren können in weiten Bereichen variiert werden. So wird die Reaktion vorzugsweise bei einer Temperatur von 200 bis 3500C durchgeführt, bevorzugt bei 230 bis 3400C, insbesondere bei 250 bis 320°C, besonders bevorzugt bei 270 bis 3000C, beispielsweise bei 280°C, 285°C, 290oC oder 295°C.
Vorzugsweise wird die Reaktion bei einem Druck von 200 bis 500 bar durchgeführt, bevorzugt bei 220 bis 450 bar, insbesondere bei 240 bis 400 bar, besonders bevorzugt bei 260 bis 350 bar, beispielsweise bei 265 bar, 270 bar, 275 bar, 280 bar, 285 bar, 290 bar, 295 bar, 300 bar, 305 bar, 310 bar, 315 bar, 320 bar, 325 bar, 330 bar, 335 bar, 340 bar oder 345 bar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktion im Temperaturbereich zwischen 270 und 3000C und bei einem Druck von 260 bis 350 bar, insbesondere 280 bar durchgeführt.
Die Reaktionsbedingungen werden vorzugsweise so gewählt, dass der N2O-Umsatz über 80% und der Cyclopenten-Umsatz über 50% beträgt.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindes- tens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei die Umsetzung bei einem Druck von 200 bis 500 bar und einer Temperatur von 270 bis 3000C durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß enthält das Gemisch (G1 ) mindestens Cyclopenten. Dabei enthält das Gemisch (G1 ) vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% Cyclopenten, beispielsweise 90 bis 99 Gew.-% Cyclopenten, bevorzugt 91 bis 95 Gew.-% Cyclopenten, insbesondere 92 Gew.-%, 93 Gew.-% oder 94 Gew.-% Cyclopenten.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei das Gemisch (G1 ) min- destens 90 Gew.-% Cyclopenten enthält.
Grundsätzlich kann das Gemisch (G1 ) zusätzlich zu Cyclopenten jede weitere Verbindung enthalten. Geeignet sind unter anderem auch Verbindungen, die ebenfalls mit N2O reagieren können. Bevorzugt sind hierbei solche Verbindungen, die zwar prinzi- piell mit N2O reagieren können, bei den erfindungsgemäß gewählten Reaktionsbedingungen jedoch gegenüber N2O inert sind. Der Begriff „inert", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet Verbindungen, die bei den erfindungsgemäß gewählten Reaktionsbedingungen mit N2O entweder nicht reagieren oder im Vergleich zur Reaktion von Cyclopenten mit N2O derart eingeschränkt reagieren, dass ihr Umsetzungsprodukt mit N2O im resultierenden Gemisch zu höchstens 5 Gew.- %, bevorzugt zu höchstens 3 Gew.-% und besonders bevorzugt zu höchstens 2 Gew.- %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der resultierenden Mischung, enthalten ist.
Der Gehalt an Nebenkomponenten im Gemisch (G1 ) ist beispielsweise kleiner als 15 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 12 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 10 Gew.-%, insbesondere kleiner als 8 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 5 Gew.-%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Gemisch (G1 ) zu mindestens 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt- gewicht des Gemisches (G1 ), aus Kohlenwasserstoffen. Neben den Kohlenwasserstoffen kann demgemäß das Gemisch (G1 ) noch zu höchstens 1 Gew.-% mindestens eine weitere Verbindung enthalten, wobei unter anderem mindestens eine der oben genannten, von Kohlenwasserstoffen verschiedenen, inerten bevorzugten Verbindungen zu höchstens 1 Gew.-% enthalten sein kann. Auch andere Verbindungen können zu höchstens 1 Gew.-% unter der Maßgabe enthalten sein, dass sie die Umsetzung von Cyclopenten mit dem Gemisch (G2) nicht stören.
Der Begriff "Kohlenwasserstoffe", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet Verbindungen, von denen jede ein nicht substituierter Koh- lenwasserstoff ist und daher nur aus den Atomen C und H besteht. Weiter bevorzugt enthält das Gemisch zu höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt zu höchstens 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt zu höchstens 0,01 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu höchstens 0,001 Gew.-% weitere Verbindungen. Insbesondere bevorzugt sind Gemische (G1 ), die im Rahmen der Messgenauigkeit der jeweils eingesetzten Untersu- chungsmethoden neben Kohlenwasserstoffen keine weiteren Verbindungen enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gemisch (G1 ) bei den erfindungsgemäß gewählten Reaktionsbedingungen gasförmig, flüssig oder überkritisch, bevorzugt überkritisch.
Im Rahmen einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gemisch (G1 ) eingesetzt, das zu mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 95 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 99 Gew.-% aus C5- Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffen mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen be- steht. Neben Cyclopenten können demgemäß mindestens ein weiterer C5- Koh lenwasserstoff oder mindestens ein Kohlenwasserstoff mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen oder ein Gemisch aus mindestens einem weiteren C5-Koh lenwasserstoff und mindestens einem Kohlenwasserstoff mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen in (G1 ) enthalten sein. Demgemäß beschreibt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch (G1 ) mindestens 99 Gew.-% C5-Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffe mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen enthält.
Als unter anderem besonders bevorzugte Kohlenwasserstoffe mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen werden die entsprechenden, bereits oben im Rahmen der inerten Verbindungen genannten Kohlenwasserstoffe eingesetzt.
Erfindungsgemäß werden als Gemisch (G1 ) bevorzugt solche Gemische eingesetzt, die in großtechnischen Verfahren anfallen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind hierbei Gemische bevorzugt, die zu mindestens 95 Gew.-%, weiter bevorzugt zu mindestens 97 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 99 Gew.-% aus C5-, C6- und C7-Kohlenwasserstoffen bestehen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch (G1 ) zu mindestens 99 Gew.- % C5- und C6- oder C5- und C7- oder C5- und C6- und C7-KoIi lenwasserstoffe enthält.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann dabei das Gemisch (G1 ) neben Cyclo- penten entweder mindestens einen weiteren C5-Kohlenwasserstoff oder mindestens einen C6-Kohlenwasserstoff oder mindestens einen C7-Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch aus mindestens einem weiteren C5-Kohlenwasserstoff und mindestens einem C6-Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch aus mindestens einem weiteren C5- Kohlenwasserstoff und mindestens einem C7-Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch aus mindestens einem weiteren C5-Kohlenwasserstoff und mindestens einem C6- Kohlenwasserstoff und mindestens einem C7-Kohlenwasserstoff enthalten.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Gemisch (G1 ) ein Kohlenwasserstoffgemisch eingesetzt, das aus einem Steamcracker oder einer Raffinerie gewonnen wird und Cyclopenten enthält. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise C5-Schnitte aus Steamcracker-Anlagen bevorzugt, die im Wesentlichen nur C5- und C6-Koh lenwasserstoffe enthalten. Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen sind in den großtechnisch anfallenden C5- Schnitten üblicherweise nicht enthalten, die neben Cyclopenten beispielsweise 2- Buten, Isopentan, 1-Penten, 2-Methylbuten-1 , trans-2-Penten, n-Pentan, cis-2-Penten, 2-Methylbuten-2, Cyclopentan, 2,2-Dimethylbutan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, n- Hexan und Benzol umfassen. Im Allgemeinen enthält ein C5-Schnitt aus einer Steamc- racker-Anlage Cyclopenten im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% und bevorzugt im Bereich von 15 bis 50 Gew.-%. Derartige Gemische werden vorteilhafterweise weiter aufgerei- nigt, bevor sie als Gemisch (G1 ) in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Daher beschreibt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch (G1 ) zu mindestens 99 Gew.-% ein Gemisch aus C5- und C6-Kohlenwasserstoffen enthält.
Erfindungsgemäß kann dieses Gemisch aus im wesentlichen C5- und C6- Kohlenwasserstoffen, das bevorzugt als C5-Schnitt aus einer Steamcracker-Anlage gewonnen wird, als solches eingesetzt werden. Bevorzugt wird das Gemisch aus im wesentlichen C5- und C6-KoIi lenwasserstoffen vor der erfindungsgemäßen Umsetzung einer Reinigung unterzogen, bei der wiederum bevorzugt im Vergleich zu Cyclopenten leichter siedende Verbindungen abgetrennt werden. Während hierbei sämtliche denkbaren Methoden einsetzbar sind, ist die destillative Auftrennung des Gemisches bevor- zugt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden hierbei bevorzugt Gemische (G1 ) erhalten, die zu höchstens 10 Gew.-% C5- und/oder C6-Kohlenwasserstoffe enthalten, die leichter sieden als Cyclopenten. Sollte im zu reinigenden Gemisch gegebenenfalls zu- sätzlich mindestens ein C4-Kohlenwasserstoff enthalten sein, so werden durch die bevorzugt eingesetzte Destillation bevorzugt Gemische (G1 ) erhalten, die zu höchstens 25 Gew.-% C4- und/oder C5- und/oder C6-Kohlenwasserstoffe enthalten, die leichter sieden als Cyclopenten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden hierbei besonders bevorzugt Gemische (G1 ) erhalten, die zu höchstens 15 Gew.-%, weiter be- vorzugt zu höchstens 10 Gew.-% und besonders bevorzugt zu höchstens 5 Gew.-% C5- und/oder C6-Kohlenwasserstoffe enthalten, die leichter sieden als Cyclopenten. Sollte im zu reinigenden Gemisch gegebenenfalls zusätzlich mindestens ein C4- Kohlenwasserstoff enthalten sein, so werden durch die bevorzugt eingesetzte Destillation bevorzugt Gemische (G1 ) erhalten, die zu höchstens 5 Gew.-%, weiter bevorzugt zu höchstens 3 Gew.-% und besonders bevorzugt zu höchstens 2 Gew.-% C4- und/oder C5- und/oder C6-Kohlenwasserstoffe enthalten, die leichter sieden als Cyclopenten.
Die derart erhaltenen Gemische enthalten im allgemeinen Cyclopenten in einem Be- reich von 80 bis 99,99 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 85 bis 99 Gew.-% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 90 bis 95 Gew.-%. Derartige Gemische können weiter gereinigt oder aufkonzentriert werden, bevor sie erfindungsgemäß als Gemisch (G1 ) eingesetzt werden können. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung daher auch die Verwendung eines cyc- lopentenhaltigen Kohlenwasserstoffgemisches als Edukt zur Herstellung von Cyclopen- tanon, dadurch gekennzeichnet, dass das cyclopentenhaltige Kohlenwasserstoffgemisch entweder der C5-Schnitt einer Steamcracker-Anlage oder das aus der Partial- hydrierung von Cyclopentadien erhaltene und Cyclopenten enthaltende Gemisch oder ein Gemisch des C5-Schnittes einer Steamcracker-Anlage und dem aus der Partialhyd- rierung von Cyclopentadien erhaltenen und Cyclopenten enthaltenden Gemisch ist.
Das Gemisch (G2) enthält erfindungsgemäß mindestens 70 Vol.-% Distickstoffmono- xid, beispielsweise 70 bis 100 Vol.-%. Vorzugsweise enthält das Gemisch (G2) mindestens 75 Vol.-% Distickstoffmonoxid, insbesondere mindestens 80 Vol.-%, bevorzugt mindestens 85 Vol.-%. Das Gemisch (G2) enthält bevorzugt von 75 bis 99 Vol.-% Distickstoffmonoxid, besonders bevorzugt von 80 bis 95 Vol.-%, insbesondere bevorzugt von 82 bis 90 Vol.-%, beispielsweise 83 Vol.-%, 84 Vol.-%, 85 Vol.-%, 86 Vol.-%, 87 Vol.-%, 88 Vol.-% oder 89 Vol.-%.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindes- tens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei das Gemisch (G2) mindestens 70 Vol.-% Distickstoffmonoxid enthält.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer weiteren Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid in mindestens einem Reaktor (R1) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, wobei das Gemisch (G2) 75 bis 99 Vol.-% Distickstoffmonoxid enthält.
Grundsätzlich kann das Gemisch (G2) enthaltend Distickstoffmonoxid aus jeder beliebigen Quelle stammen.
Erfindungsgemäß wird dieses Gemisch (G2) vorzugsweise verflüssigt und dann in flüs- siger Form eingesetzt. Dabei kann Distickstoffmonoxid oder das Gasgemisch enthaltend Distickstoffmonoxid mit allen dem Fachmann bekannten Verfahren verflüssigt werden, insbesondere durch geeignete Wahl des Drucks und der Temperatur.
Gemisch (G2) kann erfindungsgemäß neben N2O noch mindestens ein weiteres Gas enthalten. Hierbei sind im Wesentlichen sämtliche Gase denkbar, solange gewährleis- tet ist, dass die erfindungsgemäße Umsetzung von Cyclopenten mit N2O möglich ist. Insbesondere sind demzufolge Gemische (G2) bevorzugt, die neben N2O mindestens ein Inertgas enthalten. Der Begriff „Inertgas", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet ein Gas, das sich hinsichtlich der Umsetzung von N2O mit Cyclopenten als auch gegenüber N2O unter den Reaktionsbedingungen inert verhält. Als Inertgase sind beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Argon, Methan, Ethan und Propan zu nennen.
Ebenso können im Gemisch (G2) auch Gase enthalten sein, die sich bei der Umset- zung von N2O mit Cyclopenten nicht als Inertgase verhalten. Als solche Gase sind unter anderem NOx oder beispielsweise Sauerstoff zu nennen. Der Begriff ,,NOx", wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden wird, bezeichnet sämtliche Verbindungen N3Ob außer N2O, wobei a 1 oder 2 ist und b eine Zahl von 1 bis 6. Statt dem Begriff ,,NOx" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch der Begriff „Stickoxide" verwendet. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, solche Gemische (G2) einzusetzen, deren Gehalt an diesen Gasen höchstens 0,5 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches (G2), beträgt.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrie- ben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch (G2) höchstens 0,5 Vol.-% Sauerstoff oder höchstens 0,5 Vol.-% Stickoxide oder höchstens sowohl 0,5 Vol.-% Sauerstoff als auch 0,5 Vol.-% Stickoxide, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches (G2), enthält. Ein Wert von beispielsweise 0,5 Vol.-% bezeichnet hierbei einen Gesamtgehalt aller möglichen Stickoxide außer N2O von 0,5 Vol.-%.
Grundsätzlich kann die Zusammensetzung der Gemische im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf jede dem Fachmann bekannte Weise bestimmt werden. Die Zusammensetzung des Gemischs (G2) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise gaschromatographisch bestimmt. Sie kann jedoch auch mittels UV-Spektroskopie, IR- Spektroskopie oder nasschemisch bestimmt werden.
Erfindungsgemäß wird das Gemisch (G2) insbesondere in flüssiger oder überkritischer Form eingesetzt, vorzugsweise in überkritischer Form. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, dass das Gemisch (G2) vor der Verflüssigung einer Behandlung unterzogen wird, um die Konzentration von inerten und störenden Verbindungen im Gemisch (G2) zu reduzieren.
Insbesondere ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, Gemische (G2) einzusetzen, die aus großtechnischen Verfahren erhalten werden. Sollten demgemäß diese Gemische (G2) mehr als 0,5 Vol.-% Sauerstoff und/oder Stickoxide enthalten, so können diese im Allgemeinen im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugt werden diese Gemische (G2), wie auch solche Gemische (G2) ähnlicher Zusammensetzung, die nicht aus großtechnischen Verfahren erhalten werden, vor dem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren mindestens einem Reinigungsschritt unter- worfen, in dem der Gehalt an Sauerstoff und/oder Stickoxiden auf höchstens 0,5 VoI.- % eingestellt wird.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignetes Gasgemisch (G2) enthält vorzugsweise 50 bis 99,0 Vol.-% Distickstoffmonoxid, 1 bis 20 Vol.-% Kohlenstoffdioxid und 0 bis 25 Vol.-% weitere Gase. Die angegebenen Vol.-% beziehen sich jeweils auf das gesamte Gasgemisch (G2). Die Summe der einzelnen Komponenten des Gasgemischs (G2) ergibt dabei 100 Vol.-%.
Vorzugsweise enthält das Gasgemisch (G2) 60 bis 95 Vol.-% Distickstoffmonoxid, ins- besondere 70 bis 90 Vol.-%, besonders bevorzugt 75 bis 89 Vol.-% Distickstoffmonoxid.
Das Gasgemisch (G2) kann weiterhin 1 bis 20 Vol.-% Kohlenstoffdioxid enthalten. Vorzugsweise enthält das Gasgemisch (G2) 5 bis 15 Vol.-% Kohlenstoffdioxid, insbeson- dere 6 bis 14 Vol.-% Kohlenstoffdioxid.
Vorzugsweise enthält das Gasgemisch (G2) 0 bis 25 Vol.-% weitere Gase. Das Gasgemisch (G2) kann ein oder mehrere weitere Gase enthalten, wobei die angegebene Menge auf die Summe der enthaltenen Gase bezogen ist.
Geeignete Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gasgemischs sind dem Fachmann an sich bekannt.
Die Verweilzeit des Reaktionsgemisches im Reaktor (R1 ) bzw in den Reaktoren (R1 ) und (R2) liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 48 h, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 5 h und besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 2,5 h. Dabei ist es denkbar, die Temperatur oder den Druck oder beide im Reaktor nicht konstant zu halten, sondern in den oben angegebenen Grenzen geeignet zu variieren.
Die Cyclopentanonselektivitäten der Umsetzung bezüglich Cyclopenten liegen erfindungsgemäß beispielsweise im Bereich von 85 bis 99,9%, bevorzugt 90 bis 99%, insbesondere 92 bis 97%.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene und Cyclopentanon enthaltende Gemisch kann prinzipiell in der erhaltenen Form weiter verarbeitet werden. Erfindungs- gemäß kann das erhaltene Gemisch jedoch auch gemäß sämtlichen geeigneten Verfahren zur Gewinnung des Cyclopentanons aufgearbeitet werden. Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß destillative Verfahren zur Aufarbeitung.
Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere eine weitere Trennstufe aufweisen, die nach der Umsetzung im Reaktor (R1 ) oder der Umsetzung in den Reaktoren (R1 ) und (R2) oder den Nachreaktoren durchgeführt wird. Die Trennstufe umfasst vorzugsweise mindestens eine Destillation, bevorzugt aber mindestens eine Flash- Destillation, beispielsweise zur Abtrennung von N2 und unumgesetztem N2O, und eine Destillation. Die Destillation kann erfindungsgemäß beispielsweise bei einem Druck von 2 bis 6 bar, vorzugsweise 3 bis 5 bar, insbesondere 4 bar und einer Sumpftemperatur von 150 bis 2500C, vorzugsweise 170 bis 2000C, beispielsweise 180°C durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß werden vorzugsweise mindestens zwei Flash-Stufen durchgeführt, beispielsweise zwei, drei oder vier. Sofern beispielsweise zwei Flash-Stufen durchgeführt werden, werden diese insbesondere bei unterschiedlichem Druck und unterschiedlicher Temperatur durchgeführt. So wird vorzugsweise die erste Flash-Stufe bei einem Druck von 15 bis 30 bar, vorzugsweise 18 bis 26 bar, insbesondere 20 bis 23 bar und einer Sumpftemperatur von 100 bis 2000C, vorzugsweise 120 bis 180°C, beispielsweise 140 bis 160°C durchgeführt. Die zweite Flash-Stufe wird vorzugsweise bei einem Druck von 1 bis 8 bar, vorzugsweise 2 bis 6 bar, insbesondere 3, 4 oder 5 bar und einer Sumpftemperatur von 50 bis 1500C, vorzugsweise 75 bis 125°C, beispielsweise 85 bis 105°C durchgeführt.
Die Trennstufe kann erfindungsgemäß mindestens einen Flash-Behälter und eine Destillationskolonne umfassen. Nach Verlassen des Reaktors (R1 ) oder der Reaktoren oder nach Verlassen des Nachreaktors wird der Reaktoraustrag vorzugsweise entspannt und abgekühlt, um gebildetes N2 und nicht abreagiertes N2O als gasförmigen Strom abzutrennen. Dieser gasförmige Strom kann prinzipiell wieder in die N2O- Anreicherung zurückgeführt werden, wird aber bevorzugt entsorgt. Bevorzugt wird der Strom bis auf einem Druck entspannt, der leicht über den Druck in der Destillationskolonne liegt. Der flüssige Strom wird dann in einer oder mehreren Destillationskolonnen aufgearbeitet. Vorzugsweise wird beispielsweise über Kopf nicht umgesetztes Cyclo- penten abgetrennt und kann erfindungsgemäß zumindest teilweise oder vollständig zum Reaktor zurückgeführt werden. Wenn nötig kann ein Teil des Stroms verworfen werden, um gegebenenfalls die Aufpegelung von Nebenkomponenten zu unterdrücken. Bevorzugt werden diese Nebenkomponenten destillativ abgetrennt. Im Sumpf wird vorzugsweise im Wesentlichen Cyclopentanon abgetrennt. Cyclopentanon kann beispielsweise durch Destillation weiter aufgereinigt werden. Dabei kann die Destillation nach dem Fachmann an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden.
Der für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzte Reaktor (R1 ) eignet sich auch für andere Reaktionen, die in fluider Phase stattfinden, also in flüssiger oder überkritischer Phase, wobei mindestens zwei Edukte in Gegenwart eines homogenen Katalysators oder ohne Katalysator umgesetzt werden und die stark exotherm sind. Insbesondere sind derartige Reaktoren für Reaktionen geeignet, bei denen die adiabatische Tempe- raturerhöhung bei über 1000C liegt.
Beispiele für derartige Reaktionen sind insbesondere die Oxidation von Olefinen bzw. Alkinen mit N2O, die Epoxidation von C-C-Doppelbindungen mit H2O2 oder Hydroperoxiden, die Oxidation von Ketonen mit Salpetersäure oder die Addition von Nukleophilen an Epoxide, beispielsweise von Wasser, Alkoholen, Ammoniak, Aminen, Hydroxylami- nen oder Hydrazinen.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
BEISPIELE
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel): Reaktion im Rohrreaktor
Beispiel 1 wurde in einem Reaktor mit nachgeschalter Flash- und Destillationsstufe durchgeführt.
Der Reaktor besteht aus einer Reihe von 16 einzelnen Rohren (Außendurchmesser = 10 mm, Wanddicke = 2 mm, Innendurchmesser = 6 mm, Länge = 5,3 m) die spiralförmig aufgewickelt wurden (Radius r= 125 mm, Pitch P= 30 mm). Das Reaktionsvolumen beträgt inklusive Verbindungsstücke insgesamt 2510 ml.
Das Rohr ist mit einem Doppelmantel versehen (Äußeres Rohr: Außendurchmesser = 20 mm, Wanddicke = 2 mm, Ringspaltweite = 3 mm) durch den eine Kühlflüssigkeit im Gleichstrom gepumpt wird, um die Reaktionswärme abzuführen (Marlotherm SH der Firma Sasol). Die Temperatur des eintretenden Kühlmediums wird mit einem externen Thermostat auf 280 ± 2°C eingestellt. Direkt am Ausgang des Reaktors befindet sich eine Druckhaltung, die den Druck im Reaktor konstant bei 280 bar hält. Das frische Cyclopenten wird mit 172,5 g/h dem Reaktor zudosiert. Cyclopenten stammt aus der Destillation eines C5-Schnitts eines Steamcrackers und hat folgende Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclopenten (ca. 93,2%), Cyclopentan (ca. 5,7%), 2- Methyl-2-buten (ca. 1 ,1%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,17%).
Durch Vermischen dieses Stroms mit einem Cyclopenten-Rückführstrom wird ein Strom folgender Zusammensetzung erzeugt: Cyclopenten (ca. 48,8%), Cyclopentan (ca. 46,2%), 2-Methyl-2-buten (ca. 3,1%), Aceton (ca. 2,0%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,96%). Dieser Strom wird dann mit einer Dosierpumpe zum Reaktor dosiert (Mengen- ström: 1632 g/h).
Als weiterer Strom wird flüssiges N2O (Gehalt an N2O > 99,5 Vol.-%, Firma Messer Griesheim) mit ca. 99,2 g/h zum Reaktor dosiert. Das molare Verhältnis von Cyclopenten zu N2O im Reaktorfeed beträgt 0,192 mol/mol.
Der Cyclopenten-Umsatz im geraden Durchgang beträgt 19,6% und der N2O-Umsatz ca. 99,6%. Der Reaktoraustrag wird nach der Druckhaltung in zwei Schritten mit zwei bei 1 1 bara und 1 ,1 bara betriebenen Flash-Behältern auf 1 ,1 bara entspannt und abgekühlt. Die gasförmigen Komponenten werden abgetrennt und in einem Nachkühler (bei +5°C betrieben) werden darin enthaltene Kohlenwasserstoffe möglichst vollständig auskondensiert. Die Gasphase (ca. 64,5 g/h) hat folgende Zusammensetzung: N2 (96,4 Vol.-%), N2O (0,41 Vol.-%), Ethylen (0,28 Vol.-%), Cyclopenten (0,37 Vol.-%), Cyclopentan (0,33 Vol.-%), weitere C5-Komponenten (545 vppm).
Die erhaltene flüssige Phase wird in einer Destillationskolonne (Glockenbodenkolonne mit 5 Kolonnenschüssen 106 cm x 50 mm, je 10 Böden) aufgetrennt. Als Sumpfprodukt erhält man 187,7 g/h eines Stroms mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclo- pentanon (ca. 96,8%), Cyclopentan (ca. 1 ,3%), 4-Pentenal (ca. 1 ,3%), Isopropyl- methylketon (ca. 0,8%), Cyclopentenoxid (ca. 0,5%), Cyclopenten-Dimere (ca. 0,5%), Cyclopenten (ca. 0,03%).
Vom Kopfprodukt, das 43,4% Cyclopenten aber kein Cyclopentanon enthält, werden etwa 14,9 g/h ausgeschleust, um die Aufpegelung von Nebenkomponenten zu vermeiden, insbesondere von Aceton und 2-Methyl-2-buten. Der Rest (ca. 1460 g/h) wird als Cyclopenten-Rückführstrom zur Mischbatterie mit Frisch-C5 zurückgeführt.
Nach dieser Fahrweise beträgt die Raumzeitausbeute ca. 72,4 g Cyclopentanon / Liter Reaktionsvolumen / Stunde. Pro kg produziertes Cyclopentanon müssen ca. 8,2 kg Cyclopenten/Cyclopentan-Gemisch abgetrennt und zum größten Teil rückgeführt wer- den. Die benötigte Energie für die Destillation beträgt 0,73 kWh/kg Cyclopentanon. Beispiel 2: Reaktion im Mikroreaktor
Beispiel 2 wurde analog zu Beispiel 1 durchgeführt, wobei der Rohrreaktor durch einen Mikroreaktor ersetzt wurde und zusätzlich ein Nachreaktor eingesetzt wurde.
Der Reaktor wurde von der Firma Heatric gefertigt (Vessel title: Demonstration Mixer- Reactor, Plant Item No.: E100, Year built: 2005, Client: BASF, Client P.O. No.: 1086229765/306/D, Serial No.: H1016A, Type: PCR).
Der Hauptreaktor besteht aus 48 Platten aus Edelstahl 316/316L mit 338 x 188 * 1 ,9 mm in denen halbkreisförmige Kanäle erzeugt wurden und die anschließend zu einem einzigen Block diffusionsverschweißt wurden. Der fertige Reaktor hat folgenden Abmessungen: 338 x 188 x 91 mm. Die zwei Edukte werden durch getrennte Einlasse eingespeist und in der Eintrittszone (obere Platte) zuerst aufgeteilt und erst dann ver- mischt. Das zur Verfügung stehende Reaktionsvolumen beträgt in diesem Hauptreaktor etwa 194 ml verteilt auf 10 Platten. In diesen Platten existieren zwei parallele produktführende Kanäle, die halbkreisförmig sind und einen Radius von 1 ,2 mm haben (Querschnittsfläche: 2,262 mm2). Die Kanäle sind auf jeder Platte parallel angeordnet und unterlaufen auf jeder Platte 49 Passagen. Die Gesamtlänge jedes Kanals beträgt somit ca. 45 m.
Kühlflüssigkeit wird mit ca. 16 l/min durch den Kühlkreis gepumpt, um die Reaktionswärme abzuführen (Marlotherm SH der Firma Sasol). Die Temperatur des eintretenden Kühlmediums wird mit einem externen Thermostat auf 280 ± 2 0C eingestellt. Als Nach- reaktor werden zwei hintereinander geschalteten Rohrschlangen verwendet, die auch bei 280 ± 2°C betrieben werden. Diese Rohrschlangen haben die gleichen Abmessungen, wie die des im Beispiel 1 eingesetzten Reaktors. Das zur Verfügung stehende Reaktionsvolumen beträgt insgesamt (inkl. Verbindungstücke) ca. 530 ml_. Am Ausgang des letzten Reaktors befindet sich eine Druckhaltung, die den Druck im Reaktor und Nachreaktor konstant bei 280 bar hält.
Der frische Cyclopenten-Feed wird mit 205,4 g/h zudosiert. Dieser stammt aus der Destillation eines Cs-Schnitts eines Steamcrackers und hat folgende Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclopenten (ca. 94,7%), Cyclopentan (ca. 4,5%), 2-Methyl-2-buten (ca. 1 ,0%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,14%).
Durch Vermischen dieses Stroms mit einem Cyclopenten-Rückführstrom wird ein Strom mit folgender Zusammensetzung erzeugt: Cyclopenten (ca. 92%), Cyclopentan (ca. 6,9%), 2-Methyl-2-buten (ca. 1 ,9%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,32%), Aceton (ca. 0,18%). Dieser Strom wird dann mit einer Dosierpumpe zum Reaktor dosiert (Eingang N2O, Mengenstrom: 300 g/h). Flüssiges N2O (Gehalt an N2O > 99,5 Vol.-%, Firma Linde) wird separat mit 129,2 g/h zum Reaktor dosiert. Das molare Verhältnis Cyclopenten zu N2O im Reaktorfeed beträgt ca. 0,72.
Der Cyclopenten-Umsatz im geraden Durchgang beträgt 65% und der N2O-Umsatz ca. 92%. Der Reaktoraustrag wird nach der Druckhaltung in zwei Schritten mit zwei bei 11 bara und 1 ,1 bara betriebenen Flash-Behältern auf 1 ,1 bara entspannt und abgekühlt. Die gasförmigen Komponenten werden abgetrennt und in einem Nachkühler werden darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe möglichst vollständig auskondensiert. Die Gasphase (ca. 88,8 g/h) hat folgende Zusammensetzung: N2 (89,4 Vol.-%), N2O (7,92 VoI.- %), Ethylen (790 vppm), Cyclopenten (1 ,1 Vol.-%), Cyclopentan (0,21 Vol.-%), weitere C5-Komponenten (803 vppm).
Die flüssige Phase wird in einer Destillationskolonne (Glockenbodenkolonne mit 5 Kolonnenschüssen 106 cm x 50 mm, je 10 Böden) aufgetrennt. Als Sumpfprodukt erhält man 229 g/h eines Stroms mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclopentanon (ca. 92,3%), Cyclopentan (ca. 3,1 %), 4-Pentenal (ca. 1 ,1%), Isopropylmethylketon (ca. 0,34%), Cyclopentenoxid (ca. 0,5%), Cyclopenten-Dimere (ca. 0,25%), Cyclopenten (ca. 0,19%).
Vom Kopfprodukt, das 84,8% Cyclopenten aber kein Cyclopentanon enthält, werden etwa 15,4 g/h ausgeschleust, um die Aufpegelung von Nebenkomponenten zu vermei- den, insbesondere Aceton und 2-Methyl-2-buten. Der Rest (ca. 95 g/h) wird als Cyclo- penten-Rückführstrom zum Reaktor zurückgeführt.
Nach dieser Fahrweise beträgt die Raumzeitausbeute ca. 399 g Cyclopentanon / Liter Reaktionsvolumen / Stunde. Somit braucht man für die gleiche Menge an Produkt 5,5x weniger Reaktionsvolumen. Außerdem müssen pro kg produziertes Cyclopentanon nur 0,52 kg Cyclopenten/Cyclopentan-Gemisch abgetrennt und zum Teil rückgeführt werden, statt 8,2 kg gemäß Beispiel 1. Die hierfür benötigte Energie beträgt nur 0,09 kWh/kg Cyclopentanon statt 0,73 kWh/kg gemäß Beispiel 1.
Beispiel 3: Reaktion im Mikroreaktor
Beispiel 3 wurde analog Beispiel 2 durchgeführt, allerdings ohne die Rohrschlangen als Nachreaktor. Kühlflüssigkeit wird mit ca. 16 l/min im Kühlkreislauf gepumpt, um die Reaktionswärme abzuführen (Marlotherm SH der Firma Sasol). Die Temperatur des eintretenden Kühlmediums wird mit einem externen Thermostat auf 280 ± 2 0C eingestellt.
Das zur Verfügung stehende Reaktionsvolumen beträgt insgesamt (inkl. Verbindungstücke) ca. 201 ml_. Am Ausgang des letzten Reaktors befindet sich eine Druckhaltung, die den Druck im Reaktor konstant bei 280 bar hält.
Der frische Cyclopenten-Feed wird mit 154 g/h zudosiert. Dieser stammt aus der Des- tillation eines C5-Schnitts eines Steamcrackers und hat folgende Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclopenten (ca. 94,9%), Cyclopentan (ca. 4,2%), 2-Methyl-2-buten (ca. 1 ,0%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,04%).
Dieser Strom wird zunächst mit einem Cyclopenten-Rückführstrom gemischt, um einen Strom zu erzeugen, der folgende Zusammensetzung hat: Cyclopenten (ca. 93,1%), Cyclopentan (ca. 4,3%), 2-Methyl-2-buten (ca. 2,3%), 2,2-Dimethylbutan (ca. 0,09%), Aceton (ca. 0,41%).
Dieser Strom wird dann mit einer Dosierpumpe zum Reaktor dosiert (Eingang N2, Mengenstrom: 268 g/h).
Flüssiges N2O (Gehalt an N2O > 99,5 Vol.-%, Firma Linde) wird separat mit 123 g/h zum Reaktor dosiert (Eingang N1 ). Das molare Verhältnis Cyclopenten zu N2O im Reaktorfeed beträgt ca. 0,72 mol/mol.
Der Cyclopenten-Umsatz im geraden Durchgang beträgt 54% und der N2O-Umsatz ca. 76%. Der Reaktoraustrag wird nach der Druckhaltung in zwei Schritten mit zwei bei 11 bara und 1 ,1 bara betriebenen Flash-Behältern auf 1 ,1 bara entspannt und abgekühlt. Die gasförmigen Komponenten werden abgetrennt und in einem Nachkühler werden darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe möglichst vollständig auskondensiert. Die Gasphase (ca. 61 ,7 g/h) hat folgende Zusammensetzung: N2 (81 ,7 Vol.-%), N2O (17,7 VoI.- %), Ethylen (674 vppm), Cyclopenten (0,4 Vol.-%), Cyclopentan (402 ppm), weitere C5- Komponenten (346 vppm).
Die flüssige Phase wird in einer Destillationskolonne (Glockenbodenkolonne mit 5 Kolonnenschüssen 106 cm x 50 mm, je 10 Böden) aufgetrennt. Als Sumpfprodukt erhält man 165,4 g/h eines Stroms mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): Cyclopenta- non (ca. 93,8%), Cyclopentan (ca. 3,0%), 4-Pentenal (ca. 1 ,3%), Cyclopentenoxid (ca. 0,5%), Cyclopenten-Dimere (ca. 0,25%), Cyclopenten (ca. 0,9%). Vom Kopfprodukt, das 91 ,1% Cyclopenten aber kein Cyclopentanon enthält, werden etwa 8,1 g/h ausgeschleust, um die Aufpegelung von Nebenkomponenten zu vermeiden, insbesondere Aceton und 2-Methyl-2-buten. Der Rest (ca. 1 14 g/h) wird als Cyc- lopenten-Rückführstrom zum Reaktor zurückgeführt.
Nach dieser Fahrweise beträgt die Raumzeitausbeute ca. 823 g Cyclopentanon / Liter Reaktionsvolumen / Stunde. Somit braucht man für die gleiche Menge an Produkt 11 , 4x weniger Reaktionsvolumen im Vergleich zum Beispiel 1. Außerdem müssen pro kg produziertes Cyclopentanon nur 0,11 kg Cyclopenten/Cyclopentan-Gemisch abge- trennt und zum Teil rückgeführt werden, statt 8,2 kg gemäß Beispiel 1. Die hierfür benötigte Energie beträgt nur 0,09 kWh/kg Cyclopentanon statt 0,73 kWh/kg gemäß Beispiel 1.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon umfassend die Umsetzung eines Gemischs (G1 ) mindestens enthaltend Cyclopenten mit einem Gemisch (G2) mindestens enthaltend Distickstoffmonoxid, wobei die Umsetzung in mindestens einem Reaktor (R1 ) mit Kanälen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm durchgeführt wird, wobei der Reaktor mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und der Durch- messer der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der
Zone (Z2).
2. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach Anspruch 1 , wobei der Reaktor (R1 ) mindestens drei Zonen (Z1 ), (Z2) und (Z3) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2) und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2) kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z3).
3. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach Anspruch 2, wobei der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z1 ) im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm liegt, der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z2) im Bereich von 2,5 mm bis 6,0 mm liegt und der Durchmesser der Kanäle in der Zone (Z3) im Bereich von 6,5 mm bis 10,0 mm liegt.
4. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umsetzung in zwei parallelen Reaktoren (R1 ) und (R2) durchgeführt wird, die jeweils Kanäle mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm aufweisen und, wobei der Reaktor (R1 ) und der Reaktor (R2) jeweils mindestens zwei Zonen (Z1 ) und (Z2) mit Kanälen unterschiedlichen Durchmessers aufweisen und der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z1 ) jeweils kleiner ist als der Durchmesser der Kanäle der Zone (Z2).
5. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gemische (G1 ) und (G2) im Reaktor in den Kanälen gemischt werden.
6. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Umsetzung bei einem Druck von 200 bis 500 bar und einer Temperatur von 270 bis 3000C durchgeführt wird.
7. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gemisch (G1 ) mindestens 90 Gew.-% Cyclopenten enthält.
8. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gemisch (G2) mindestens 70 Vol.-% Distickstoffmonoxid enthält.
9. Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gemisch (G2) 75 bis 99 Vol.-% Distickstoffmonoxid enthält.
EP08760043A 2007-06-04 2008-05-27 Verfahren zur herstellung von cyclopentanon Withdrawn EP2155642A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08760043A EP2155642A1 (de) 2007-06-04 2008-05-27 Verfahren zur herstellung von cyclopentanon

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07109494 2007-06-04
PCT/EP2008/056445 WO2008148661A1 (de) 2007-06-04 2008-05-27 Verfahren zur herstellung von cyclopentanon
EP08760043A EP2155642A1 (de) 2007-06-04 2008-05-27 Verfahren zur herstellung von cyclopentanon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2155642A1 true EP2155642A1 (de) 2010-02-24

Family

ID=39832416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08760043A Withdrawn EP2155642A1 (de) 2007-06-04 2008-05-27 Verfahren zur herstellung von cyclopentanon

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100179352A1 (de)
EP (1) EP2155642A1 (de)
CN (1) CN101687749A (de)
CA (1) CA2688712A1 (de)
WO (1) WO2008148661A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010023211A2 (de) * 2008-08-29 2010-03-04 Basf Se Verfahren zur herstellung von zyklischen ketonen
WO2010076182A1 (de) 2008-12-30 2010-07-08 Basf Se Verfahren zur herstellung von ketonen durch umsetzung von 1,1-disubstituierten olefinen mit n2o
DE102014212602A1 (de) 2013-07-02 2015-01-08 Basf Se Verfahren zur Herstellung eines Ketons aus einem Olefin

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10012340A1 (de) * 2000-03-14 2001-09-20 Merck Patent Gmbh Verfahren zur Baeyer-Villiger-Oxidation organischer Carbonylverbindungen
WO2005073155A1 (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Ube Industries, Ltd. マイクロリアクターを用いてアルデヒド化合物又はケトン化合物を製造する方法
DE102004013551A1 (de) * 2004-03-19 2005-10-06 Goldschmidt Gmbh Alkoxylierungen in mikrostrukturierten Kapillarreaktoren
DE102004046171A1 (de) * 2004-09-23 2006-04-13 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008148661A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101687749A (zh) 2010-03-31
CA2688712A1 (en) 2008-12-11
WO2008148661A1 (de) 2008-12-11
US20100179352A1 (en) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3492445B1 (de) Verfahren zur gewinnung von alkoholen aus aldehyden
EP3492446B1 (de) Verfahren zur gewinnung von alkoholen aus aldehyden
EP2032518B1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von ungesättigten carbonsäureanhydriden
DE10313209A1 (de) Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrylsäure
EP1489062A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Isobuten aus tert.-Butanol
EP1294672B1 (de) Verfahren zur herstellung von hydroformylierungsprodukten des propylens und von acrylsäure und/oder acrolein
WO2011023638A1 (de) Verfahren zur herstellung von mononitrotoluol
DE10240129B4 (de) Integriertes Verfahren zur Synthese von Propylenoxid
EP2334629B1 (de) Verfahren zur herstellung von zyklischen ketonen
EP1231198B1 (de) Hydroformylierung
EP2994452A1 (de) Verfahren zur herstellung von nitroalkanen in einem mikrostrukturierten reaktor
EP2155642A1 (de) Verfahren zur herstellung von cyclopentanon
WO2010108586A1 (de) Verfahren zur herstellung aliphatischer carbonsäuren aus aldehyden durch mikroreaktionstechnik
EP0019772B1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Glyoxal
EP1794111B1 (de) Verfahren zur herstellung von cyclopentanon
DE10050627A1 (de) Verfahren zur Herstellung von tertiären Alkoholen durch Hydration von tertiären Olefinen in einer Reaktivrektifikation unter Einsatz einer strukturierten Mehrzweckpackung
EP1485336A1 (de) Verfahren zur herstellung von cyclohexanol aus benzol
DE2532398C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Anthrachinon aus Tetrahydroanthrachinon
EP2467355B1 (de) Verfahren zur herstellung von 4-pentensäure
WO2009149809A1 (de) Verfahren zur herstellung von formaldehyd
EP1932821A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Oxidationsprodukten des Cyclohexans
EP0552632B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Azomethinen
EP4488256A1 (de) Verfahren zum herstellen von dimethylether (dme) aus synthesegas
WO2009149808A1 (de) Verfahren zur herstellung von maleinsäureanhydrid
WO2010018022A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung von glycidyl(meth)acrylat

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100104

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20100610

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140123