EP3080190A1 - Process for producing nylon-6,6 - Google Patents
Process for producing nylon-6,6Info
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- EP3080190A1 EP3080190A1 EP14811899.5A EP14811899A EP3080190A1 EP 3080190 A1 EP3080190 A1 EP 3080190A1 EP 14811899 A EP14811899 A EP 14811899A EP 3080190 A1 EP3080190 A1 EP 3080190A1
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- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
- C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
- C08G69/26—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
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- C08G69/26—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
- C08G69/28—Preparatory processes
Definitions
- the present invention relates to a process for producing polyamide 66 from muconic acid and / or one of its esters and / or one of its lactones.
- the present invention further relates to polyamide 66, which can be produced by means of this process. STATE OF THE ART
- Polyamides are among the world's most widely produced polymers and serve in addition to the main application areas of films, fibers and materials of a variety of other uses.
- polyamide 66 nylon, polyhexamethylene adipamide
- the production of polyamide 66 is carried out predominantly by polycondensation of so-called AH salt solutions, d. H. aqueous solutions containing adipic acid and 1, 6-diaminohexane (hexamethylenediamine) in stoichiometric amounts.
- Conventional production methods for polyamide 66 are z. B. in Kunststoffhandbuch, 3/4 Engineering thermoplastics: polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Kunststoff, pp 42-71, described.
- HMD hexamethylenediamine
- ADN adiponitrile
- the US 3,215,742 also describes a process for the preparation of alkylenediamines, such as. For example, hexamethylenediamine, by reaction of the corresponding diols with ammonia. It is taught that hexamethyleneimine formed as an undesirable by-product can be recycled to the amination hydrogenation stage and further converted to hexamethylene diamine. The hexamethyleneimine can simultaneously serve as a solvent for the amination reaction.
- US 3,520,933 uses cobalt, nickel and / or copper-containing catalysts for the aminating hydrogenation.
- WO 2012/1 19929 describes inter alia the homogeneously catalyzed hydrogenating 1, 6-hexanediol amination to hexamethylenediamine.
- WO 2012/141997 describes a process for the preparation of ⁇ -caprolactam in which muconic acid is reacted with ammonia and hydrogen in the presence of a catalyst. It is also described that this reaction can proceed via an adipic acid intermediate and that the resulting caprolactam can be used to produce polyamide 6. The production of polyamide 6.6 from muconic acid is not described in this document.
- WO 2010/085712 A2 describes a process for the preparation of dodecanedicarboxylic acid in which muconic acid is reduced to hexenedicarboxylic acid and the hexenedicarboxylic acid is reacted with an unsaturated fatty acid in a metathesis reaction.
- 1, 6-hexanediol can be prepared by hydrogenation of adipic acid or adipic diesters in the presence of Cu, Co or Mn catalysts. The synthesis is carried out at a temperature of 170 to 240 ° C and a pressure of 5 to 30 MPa. 1, 6-hexanediol can also be obtained by catalytic hydrogenation of caprolactone.
- WO 99/25672 describes a process for preparing 1,6-hexanediol and 6-hydroxycaproic acid or their esters by catalytic hydrogenation of adipic acid.
- adipic acid monoesters or adipic diesters wherein the obtained in the distillation of the hydrogenation after separation of the hexanediol and hydroxycaproic acid bottom product, which contains substantially oligomeric esters of 6-hydroxy caproic acid, in the hydrogenation.
- waste product DCL is very inexpensive compared to pure adipic acid.
- a considerable distillative effort has to be made to produce pure 1,6-hexanediol.
- the distillative separation of the 1,4-cyclohexanediols which are by-products is particularly difficult.
- Adipic acid is conventionally synthesized by oxidation of cyclohexanol or cyclohexanone starting from benzene. But it can also be obtained in an environmentally friendly manner from biogenic sources.
- US 4,968,612 describes a fermentation process for the preparation of muconic acid and the hydrogenation of the resulting muconic acid to adipic acid. Concretely, the muconic acid is reacted as a 40% by weight slurry in acetic acid and in the presence of a palladium catalyst on carbon. The water content of the acetic acid used is not specified. A disadvantage of this reaction is the use of corrosive acetic acid, which requires the use of high-quality corrosion-resistant reactors.
- WO 2010/141499 describes the oxidation of lignin to vanillic acid, their decarboxylation to 2-methoxyphenol and further conversion to catechol and finally oxidation to muconic acid and the hydrogenation of muconic acid thus obtained with various transition metal catalysts to adipic acid.
- the solvent used for the hydrogenation is not specified.
- EP 01 17048 A2 describes a process for the preparation of nylon 6,6-salt, in which toluene is converted to muconic acid by fermentation in the presence of hexamethylenediamine, to obtain a fermentation medium containing hexamethylenediamine. contains conat. From this fermentation medium, the microorganisms are separated and the Hexamethylendiaminmuconat hydrogenated to Hexamethylendiaminadipat. The resulting nylon 6,6 salt can be used to prepare polyamide 6,6.
- a disadvantage of this process is that the starting material is toluene, which does not come from renewable sources. It is also an essential feature of this process that a salt of the muconic acid with the diamine used for amide formation is used for the hydrogenation.
- HMDA hexamethylenediamine
- hexamethylenediamine is prepared by hydrogenation of muconic acid or adipic acid to 1, 6-hexanediol and its catalytic amination.
- WO 2012/141993 A1 only the hexamethylenediamine, but not the adipic acid, is produced from renewable raw materials.
- the present invention has for its object to provide an economical process for the production of polyamide 66.
- this process should not start from petrochemical C6 building blocks but from C6 building blocks that can be produced from renewable raw materials. The aim is to make the polyamide 66 available in high yield and purity.
- muconic acid starting material which is selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof, a reaction to adipic acid on the one hand and to hexamethylenediamine on the other hand.
- the lactones of muconic acid are especially suitable for the preparation of 1,6-hexanediol which, according to the invention, can serve as an important intermediate for the preparation of the hexamethylenediamine.
- the muconic acid used is derived from renewable (biogenic) sources.
- a first aspect of the invention is a process for preparing polyamide 66 comprising: a) providing a muconic acid starting material selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof; b) at least the muconic acid starting material provided in step a) partially reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to adipic acid, c1) the muconic acid starting material provided in step a) partially reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst
- Another object of the invention is a polyamide 66 having a C 14 / C 12 isotope ratio in the range of 0.5 x 10 "12 to 5 x 10 " 12 .
- a further subject of the invention is polyamide 66, which can be prepared starting from muconic acid synthesized from at least one renewable raw material. Specifically, the muconic acid starting material provided in step a) contains no salts of the muconic acid.
- the hydrogenation takes place in at least one of the steps b) and / or c1) and / or c2) in the liquid phase in the presence of water as solvent. In a more specific embodiment, the hydrogenation is carried out in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) in the liquid phase in the presence of water as the sole solvent.
- the muconic acid can be hydrogenated in aqueous solvents and especially in water as the sole solvent in high yields to adipic acid and to 1, 6-hexanediol.
- high adipic acid yields are surprising, since in the light of the prior art was expected to significantly lower yields.
- Muconic acid (2,4-hexadiene dicarboxylic acid) exists in three stereoisomeric forms, the ice, cis, cis, trans and trans, trans forms, which may be present as a mixture. All three forms are crystalline compounds with high melting points (decomposition), see, for. B. Römpp Chemie Lexikon, 9th edition, Volume 4, page 2867). It has been found that hydrogenation of Muconklareschmelzen technically is hardly possible, since the most preferred hydrogenation temperatures are well below the melting points. Therefore, an inert solvent with the highest possible solubility for muconic acid would be desirable for the hydrogenation.
- FIG. A process for preparing polyamide 66 comprising: a) providing a muconic acid starting material selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof; b) the muconic acid starting material provided in step a) at least partially reacting with hydrogen in the presence at least one hydrogenation catalyst Hb) is subjected to adipic acid, d) the muconic acid starting material provided in step a) partially undergoes a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc1) to give 1,6-hexanediol, or c2) the adipic acid obtained in step b) is partially replaced by one Reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to give 1,6-hexanediol, the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) undergoes an amination in the presence of an amination catalyst
- step a) a muconic acid starting material is provided in which the muconic acid originates from a renewable source, the preparation of which is preferably carried out by biocatalytic synthesis from at least one renewable raw material.
- a muconic acid starting material which is selected from muconic acid, Muconklaremonoestern, Mucon Liste- rediester, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
- a muconic acid starting material which is selected from lactones (III), (IV) and (V) and mixtures thereof:
- Step c1) takes place in the liquid phase in the presence of a solvent which is selected from water, aliphatic C 1 to C 8 alcohols, aliphatic C 2 to C 6 diols, ethers and mixtures thereof.
- a solvent which is selected from water, aliphatic C 1 to C 8 alcohols, aliphatic C 2 to C 6 diols, ethers and mixtures thereof.
- a homogeneous or heterogeneous transition metal catalyst is used, preferably a heterogeneous transition metal catalyst.
- a muconic acid starting material is used, which is selected from muconic acid, Muconklaremonoestern, lactones of the muconic acid and mixtures thereof and the hydrogenation catalyst Hc1) at least 50 wt .-% cobalt , Ruthenium or rhenium based on the total weight of the reduced catalyst.
- a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof and the hydrogenation catalyst Hc1) at least 50 wt .-% of copper on the total weight of the reduced catalyst.
- the hydrogenation catalyst Hc2) used in step c2) contains at least 50% by weight, based on the total weight of the reduced catalyst, of elements which are selected from rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel and copper.
- Reactor has a guided in an external circuit current from the reaction zone.
- Process according to one of the preceding embodiments wherein the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or in step c2) is reacted with ammonia in step d) to form hexamethylenediamine in the presence of the amination catalyst.
- reaction effluent of the amination in step d) is subjected to a separation to give a hexamethyleneimine-enriched fraction and a hexamethylenediamine-depleted fraction.
- Polyamide 66 characterized in that it comprises a C 14 / C 12 -lsotopeneat range of 0.5 x 10 "12 to 5 ⁇ 10.” 12
- polyamide 66 characterized in that it can be prepared from biocatalytically at least one renewable raw material synthesized Muconsaure.
- esters of the muconic acid are the esters with a separate (external) alcohol component.
- lactones of muconic acid the compounds (III) and (IV) obtainable by intramolecular Michael addition and the product (V) of the hydrogenation of the compound (III) are understood as meaning:
- the lactone (V) can also be formed by intramolecular Michael addition of dihydromuconic acid.
- Step a) The muconic acid provided in step a) of the process according to the invention preferably originates from renewable sources.
- this includes natural (biogenic) sources and non-fossil sources, such as crude oil, natural gas or coal.
- the compound obtained in step a) of the invention driving provided muconic acid from carbohydrates, eg. As starch, cellulose and sugars, or lignin.
- Renewable compounds, such as muconic acid have a different 14 C to 12 C isotope ratio than compounds derived from fossil sources such as petroleum.
- the muconic acid used in step a) accordingly has preferably a C 14-to-12 C lsotopenfound in the range of 0.5 * 10 12 to 5x10 "12.
- the production of muconic acid from renewable sources can be carried out by all methods known to those skilled in the art, preferably biocatalytically.
- the biocatalytic production of muconic acid from at least one renewable raw material is described, for example, in the following documents: US Pat. No. 4,968,612, US Pat.
- WO 2010/148063 A2 WO 2010/148080 A2 and K. M. Draths and J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 16, 339-400 and W. Niu et al., Biotechnol. Prog. 2002, 18, 201 - 21 1.
- muconic acid (2,4-hexadiene dicarboxylic acid) exists in three isomeric forms, the cis, cis, cis, trans and trans, trans forms, which may be present as a mixture.
- the term "muconic acid” encompasses the different conformers of the muconic acid in any desired composition.
- a muconic acid starting material which is enriched in cis, trans-muconic acid and / or its esters or which consists of cis, trans-muconic acid and / or their esters.
- cis, trans-muconic acid and their esters have a higher solubility in water and in organic media than cis, cis-muconic acid and trans, trans-muconic acid.
- a muconic acid starting material which comprises at least one component selected from cis, cis-muconic acid, trans, trans-muconic acid and / or their esters
- this muconic acid starting material can be present before or during the hydrogenation in step b) or step c1) an isomerization to cis, trans-muconic acid or their esters are subjected.
- the isomerization of cis, cis-muconic acid to cis, trans-muconic acid is shown in the following scheme:
- Suitable catalysts are, in particular, inorganic or organic acids, hydrogenation catalysts, iodine or UV radiation.
- Suitable hydrogenation catalysts are those described below.
- the isomerization can be carried out, for example, according to the method described in WO 201 1/08531 1 A1.
- the starting material for the reaction with hydrogen in step b) and / or in step c1) to at least 80 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of cis, trans-muconic acid and / or their esters, based on the total weight of all muconic acid and Muconklareester- conformers contained in the feedstock.
- muconic acid starting material which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
- muconic acid polyester also denotes oligomeric muconic acid esters which have at least one repeating unit derived from the muconic acid or the diol used for ester formation and at least two repeating units which are complementary thereto via carboxylic acid ester groups.
- the muconic acid monoester used is at least one compound of the general formula (I)
- R 1 independently of one another represent straight-chain or branched Ci-Cs-alkyl.
- muconic acid diester preference is given to at least one compound of the general formula (II)
- Preferred as poly (muconic acid ester) is at least one compound of the general formula (VI)
- R 3 is H, straight-chain or branched C 1 -C 5 -alkyl or a group HO- (CH 2) x -
- the degree of polymerization of the poly denotes the sum of repeating units which formally derive from muconic acid and repeating units which formally derive from diols HO- (CH 2) x -OH.
- a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
- the hydrogenation in step b) uses a muconic acid starting material selected from lactones (III), (IV and (V) and mixtures thereof:
- a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof and the hydrogenation is carried out in the liquid phase.
- the hydrogenation takes place in step b) and / or in step c1) and / or in step c2) in the liquid phase in the presence of a solvent which is selected from water, aliphatic Ci- to Cs- Alcohols, C2 to C6 aliphatic diols, ethers and mixtures thereof.
- a solvent which is selected from water, aliphatic Ci- to Cs- Alcohols, C2 to C6 aliphatic diols, ethers and mixtures thereof.
- the solvent is preferably selected from water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol and tert-butanol, ethylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4- Butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether, methyl tert-butyl ether and mixtures thereof. Aliphatic C to Cs alcohols, water and mixtures of these solvents are preferred.
- methanol n-butanol
- isobutanol water and mixtures of these solvents.
- 1, 6-hexanediol can be used alone or in admixture with alcohols and / or water.
- a solution which comprises 10 to 60% by weight of muconic acid or one of its esters, more preferably 20 to 50% by weight .-%, most preferably 30 to 50 wt .-%, contains.
- step b) and / or c1) at least one muconic acid diester of the general formula (II)
- Suitable hydrogenation catalysts for the reaction in steps b), c1) and c2) are in principle the transition metal catalysts known to those skilled in the art for hydrogenating carbon-carbon double bonds.
- the catalyst comprises at least one transition metal of groups 7, 8, 9, 10 and 1 1 of the period Systems according to IUPAC.
- the catalyst comprises at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu and Au.
- the catalyst has at least one transition metal from the group Co, Ni, Cu, Re, Fe, Ru, Rh, Ir.
- the hydrogenation catalysts consist of the mentioned transition metals as such or comprise the said transition metals supported, as precipitation catalysts, as Raney catalysts or as mixtures thereof.
- supported catalysts for example carbon, S1O2 (quartz), porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, T1O2 (rutile, anatase), Al2O3 (alumina), aluminum silicate, steatite (magnesium silicate), zirconium silicate , Cersilikat or mixtures of these carrier materials, are used.
- Preferred support materials are carbon, alumina and silica.
- a particularly preferred carrier material is carbon.
- the silica support material can silica materials of different origin and production, for. B.
- pyrogenic silicas or wet-chemically prepared silicas such as silica gels, aerogels or precipitated silicas, are used for catalyst preparation (for the preparation of various S1O2 starting materials see: W. Büchner, R. Sch Kunststoffs, G. Winter, KH Büchel: Industrial Inorganic Chemistry, 2nd ed., P. 532-533, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1986).
- the hydrogenation catalysts can be used as shaped bodies, for. B. in the form of spheres, rings, cylinders, cubes, cuboids or other geometric bodies.
- Unsupported catalysts can be formed by conventional methods, e.g. By extruding, tableting, etc.
- the shape of supported catalysts is determined by the shape of the support.
- the support may be subjected to a molding process before or after application of the catalytically active component (s).
- the transition metal catalysts K can, for. B. in the form of pressed cylinders, tablets, pastilles, carriage wheels, rings, stars or extrudates, such as solid strands, polylobd strands, hollow strands and honeycomb bodies or other geometric bodies are used.
- the catalyst particles generally have an average of the (largest) diameter of 0.5 to 20 mm, preferably 1 to 10 mm.
- These include z. B. transition metal catalysts K in the form of tablets, for. B. with a diameter of 1 to 7 mm, preferably 2 to 6 mm, and a height of 3 to 5 mm, rings with z. B. 4 to 7 mm, preferably 5 to 7 mm, outer diameter, 2 to 5 mm in height and 2 to 3 mm hole diameter, or strands of different lengths of a diameter of z. B. 1, 0 to 5 mm.
- Such forms can be obtained in a manner known per se by tableting, extrusion or extrusion.
- the catalyst can mass customary tools, z.
- lubricants such as graphite, polyethylene oxide, celluloses or fatty acids (such as stearic acid) and / or molding aids and reinforcing agents, such as glass fibers, asbestos or silicon carbide, are added.
- the catalyst can be present under the hydrogenation conditions both as a homogeneous and as a heterogeneous catalyst.
- the catalyst is present under the hydrogenation conditions as a heterogeneous catalyst.
- the catalyst is present under the hydrogenation conditions in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) as a heterogeneous catalyst. More specifically, the catalyst is present under the hydrogenation conditions in each of steps b) and / or c1) and / or c2) as a heterogeneous catalyst.
- a heterogeneous catalyst is used, this can be applied, for example, to a reticulated carrier.
- the heterogeneous catalyst can be applied to the inner wall of a tubular support, wherein the tubular support is flowed through by the reaction mixture.
- the catalyst can be used as a particulate solid.
- the hydrogenation takes place in at least one of steps b), c1) and c2) in the liquid phase and the catalyst is in the form of a suspension.
- the hydrogenation in each of steps b), c1) and c2) takes place in the liquid phase and the catalyst is in the form of a suspension.
- the suspended catalyst can be kept in the reaction zone by retention methods known to those skilled in the art. These retention methods preferably comprise cross-flow filtration, gravity filtration and / or filtration by means of at least one filter candle.
- the hydrogenation takes place in at least one of steps b), c1) and c2) in n hydrogenation reactors connected in series (in series), where n is an integer of at least 2. Suitable values for n are 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10. Preferably, n is 3 to 6 and in particular 2 or 3. In this embodiment, the hydrogenation is preferably carried out continuously.
- the reactors used for the hydrogenation may independently have one or more reaction zones within the reactor.
- the reactors may be the same or different reactors. These can be z. B. each have the same or different mixing characteristics and / or be subdivided by internals one or more times.
- Suitable pressure-resistant reactors for the hydrogenation are known to the person skilled in the art. These include the commonly used reactors for gas-liquid reactions, such as. B. tubular reactors, tube bundle reactors, gas circulation reactors, bubble columns, loop apparatuses, stirred tank (which can also be configured as Rrockkesselkaskaden), air-lift reactors, etc.
- the process according to the invention using heterogeneous hydrogenation catalysts can be carried out in fixed bed or suspension mode.
- the fixed bed mode can be z. B. in sump or in trickle run.
- the hydrogenation catalysts are preferably used as shaped bodies, as described above, for. In the form of pressed cylinders, tablets, pastilles, carriage wheels, rings, stars or extrudates, such as solid strands, poly-polar strands, hollow strands, honeycomb bodies, etc.
- heterogeneous catalysts are also used.
- the heterogeneous catalysts are usually used in a finely divided state and are finely suspended in the reaction medium before. Suitable heterogeneous catalysts and processes for their preparation are those described above.
- a reactor In the hydrogenation on a fixed bed, a reactor is used, in the interior of which the fixed bed is arranged, through which the reaction medium flows.
- the fixed bed can be formed from a single or multiple beds.
- Each bed may have one or more zones, wherein at least one of the zones contains a material active as a hydrogenation catalyst.
- Each zone can have one or more different catalytically active materials and / or one or more different inert materials. Different zones may each have the same or different compositions. It is also possible to provide a plurality of catalytically active zones, which are separated from each other, for example, by inert beds. The individual zones may also have different catalytic activity.
- various catalytically active materials can be used and / or at least one of the zones can contain an inert material. be mixed.
- the reaction medium flowing through the fixed bed contains at least one liquid phase.
- the reaction medium may also contain a gaseous phase in addition.
- reactors in the hydrogenation in suspension are in particular loop apparatuses, such as jet loops or propeller loops, stirred tank, which can also be configured as R Industrialkesselkaskaden, bubble columns or air-lift reactors are used.
- the continuous hydrogenation is carried out in at least one of the steps b), c1) and / or c2) in at least two fixed bed reactors connected in series (in series).
- the reactors are preferably operated in direct current.
- the feeding of the feed streams can be done both from above and from below.
- at least two of the reactors may have a different temperature from each other.
- each downstream reactor is operated at a higher temperature than the previous reactor.
- each of the reactors may have two or more different temperature reaction zones.
- another, preferably a higher, temperature than in the first reaction zone or in each subsequent reaction zone can be set to a higher temperature than in a preceding reaction zone, for. B. to achieve the fullest possible conversion in the hydrogenation.
- At least two of the reactors may have a different pressure from each other.
- each downstream reactor is operated at a higher pressure than the previous reactor.
- the feeding of the hydrogen required for the hydrogenation can be carried out in the first and optionally additionally in at least one further reactor.
- the feed of hydrogen takes place only in the first reactor.
- the amount of hydrogen fed to the reactors results from the amount of hydrogen consumed in the hydrogenation reaction and the amount of hydrogen optionally discharged with the exhaust gas.
- the setting of the reacted in the respective reactor portion of compound to be hydrogenated can, for. B. on the reactor volume and / or the residence time in the reactor.
- one or more of the reactors may be provided with at least one cooling device.
- at least the first reactor is provided with a cooling device.
- the heat of reaction can be removed by cooling an external recycle stream or by internal cooling in at least one of the reactors.
- the customary devices generally hollow body modules, such as field pipes, pipe coils, heat exchanger plates, etc. can be used.
- the reaction can also be carried out in a cooled tube bundle reactor.
- the hydrogenation is carried out in n series-connected hydrogenation reactors, where n is an integer of at least two, and wherein at least one reactor has a guided in an external circuit stream from the reaction zone (external recycle stream, liquid circulation, loop mode).
- n stands for two or three.
- the hydrogenation is preferably carried out in n hydrogenation reactors connected in series, where n is preferably two or three, and the first to (n-1).
- Reactor has a guided in an external circuit current from the reaction zone.
- the hydrogenation is preferably carried out in n hydrogenation reactors connected in series, n preferably being two or three, and the reaction being carried out adiabatically in the nth reactor (the last reactor through which the reaction mixture to be hydrogenated is passed).
- the hydrogenation is carried out in n series-connected hydrogenation reactors, where n is preferably two or three, and wherein the n. Reactor is operated in a straight pass.
- a reactor is operated "in straight pass", it should be understood here and below that a reactor is operated without recycling the reaction product in the sense of the loop procedure.
- the straight-through operation basically excludes backmixing internals and / or stirring devices in the reactor. If the hydrogenated reaction mixture in one of the reactors downstream of the first reactor (ie the 2nd to nth reactor) has only small amounts of hydrogenatable muconic acid, then the heat of reaction occurring during the reaction is insufficient to maintain the desired temperature in the reactor. it may also be necessary to heat the reactor (or individual reaction zones of the second reactor). This can be done analogously to the previously described removal of the heat of reaction by heating an external circulation stream or by internal heating. In a suitable embodiment, the heat of reaction from at least one of the previous reactors can be used to control the temperature of a reactor.
- the heat of reaction removed from the reaction mixture can be used to heat the feed streams of the reactors.
- This can z. B. the feed stream of the compound to be hydrogenated in the first reactor at least partially mixed with an external recycle stream of this reactor and the combined streams are then fed into the first reactor.
- the feed stream from the (m-1) th reactor in the mth reactor can be mixed with a recycle stream of the mth reactor and the combined streams then fed to the mth reactor
- the feed stream of the compound to be hydrogenated and / or another feed stream can be heated by means of a heat exchanger which is operated with withdrawn hydrogenation heat.
- a reactor cascade of n reactors connected in series is used, the reaction being carried out adiabatically in the nth (nth) reactor.
- This term is understood in the context of the present invention in the technical and not in the physico-chemical sense.
- Adiabatic reaction is understood to mean a procedure in which the amount of heat liberated during the hydrogenation is taken up by the reaction mixture in the reactor and no cooling by cooling devices is used.
- the heat of reaction with the reaction mixture is discharged from the second reactor, except for a residual portion, which is discharged by natural heat conduction and heat radiation from the reactor to the environment.
- the nth reactor is operated in a straight pass.
- a two-stage reactor cascade is used for the hydrogenation, wherein the first hydrogenation reactor has a current conducted in an external circuit from the reaction zone.
- the Process is a reactor cascade of two reactors connected in series, wherein the reaction is carried out adiabatically in the second reactor.
- a three-stage reactor cascade is used for the hydrogenation, wherein the first and the second hydrogenation reactor have a current conducted in an external circuit from the reaction zone.
- a reactor cascade of three reactors connected in series is used, the reaction being carried out adiabatically in the third reactor.
- additional mixing can take place in at least one of the reactors used.
- An additional mixing is particularly advantageous if the hydrogenation takes place at high residence times of the reaction mixture.
- the streams introduced into the reactors can be used by introducing them into the respective reactors via suitable mixing devices, such as nozzles.
- suitable mixing devices such as nozzles.
- the first (n-1) th reactor is each discharged from an outlet which still contains hydrogenatable components and is fed into the respective downstream hydrogenation reactor.
- the discharge is separated into a first and a second partial stream, wherein the first partial stream is recycled as a circular stream to the reactor to which it was taken and the second partial stream is fed to the subsequent reactor.
- the discharge may contain dissolved or gaseous portions of hydrogen.
- the discharge from the first to (n-1) th reactor is fed to a phase separation vessel, separated into a liquid and into a gaseous phase, the liquid phase separated into the first and the second partial stream and the gas phase at least partially the subsequent Reactor fed separately.
- the discharge from the first to (n-1) th reactor is fed to a phase separation vessel and separated into a first liquid hydrogen-depleted substream and a second hydrogen-enriched substream.
- the first partial flow is then recycled as a circulating stream to the reactor, to which it has been removed and the second partial flow fed to the subsequent reactor.
- the feed of the second to nth reactor with hydrogen is not carried out via a hydrogen-containing feed taken from the upstream reactor, but with fresh hydrogen via a separate feed line.
- the inlet temperature may be set higher to achieve a higher reaction rate and thus to compensate for the decreasing catalyst activity.
- the service life of the hydrogenation catalyst used can thus be extended as a rule.
- step b) of the process according to the invention the muconic acid starting material provided in step a) is at least partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to give adipic acid.
- the hydrogenation catalyst Hb) is selected from Raney cobalt, Raney nickel and Raney copper.
- the hydrogenation in step b) is preferably carried out at a temperature in the range from 50 to 160.degree. C., more preferably from 60 to 150.degree. C., very particularly preferably from 70 to 140.degree.
- Step b) can be carried out, for example, using at least one loop reactor.
- a combination of at least one loop reactor and at least one subsequent tubular reactor is used for the reaction in step b).
- a run in a straight passage tubular reactor can connect.
- the hydrogenation in step b) is preferably carried out in bottom or trickle mode.
- a muconic acid starting material is used for the hydrogenation in step c1), which is selected from muconic acid, muconic monoesters, lactones of muconic acid and mixtures thereof.
- the hydrogenation in step c1) is preferably carried out using a hydrogenation catalyst which contains at least 50% by weight of cobalt, ruthenium or rhenium, based on the total weight of the reduced catalyst.
- catalysts which contain at least 50% by weight of cobalt are used for the hydrogenation, they may furthermore contain, in particular, phosphoric acid and / or further transition metals, preferably copper, manganese and / or molybdenum.
- the preparation of a suitable catalyst precursor is known from DE 2321 101. This contains in the unreduced, calcined state 40 to 60 wt .-% cobalt (calculated as Co), 13 to 17 wt .-% copper (calculated as Cu), 3 to 8 wt .-% manganese (calculated as Mn ), 0.1 to 5 wt .-% of phosphates (calculated as H3PO4) and 0.5 to 5 wt .-% molybdenum (calculated as M0O3).
- EP 636 409 B1 describes the preparation of further suitable cobalt catalyst precursors containing from 55 to 98% by weight of cobalt, from 0.2 to 15% by weight of phosphorus, to from 0.2 to 15% by weight. % of manganese and 0.2 to 15 wt .-% of alkali metals (calculated as oxide) exist.
- Such catalyst precursors can be reduced to the active, metallic cobalt-containing catalysts by treatment with hydrogen or mixtures of hydrogen and inert gases such as nitrogen. These catalysts are full contacts, which are predominantly made of metal and contain no catalyst support.
- a muconic acid starting material is used for the hydrogenation in step c1), which is selected from muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
- the hydrogenation in step c1) is preferably carried out using a hydrogenation catalyst which contains at least 50% by weight of copper, based on the total weight of the reduced catalyst.
- a hydrogenation catalyst which contains at least 50% by weight of copper, based on the total weight of the reduced catalyst.
- Such catalysts are preferably used for the hydrogenation of Muconklareestern.
- Suitable catalysts are in principle all suitable for the hydrogenation of carbonyl homogeneous and heterogeneous catalysts such as metals, metal oxides, metal compounds or mixtures thereof into consideration.
- homogeneous catalysts are for example in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume IV / 1 c, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1980, pp 45-67 and examples of heterogeneous catalysts are, for example, in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume IV / 1 c, pp. 16 to 26 described.
- catalysts which contain one or more of the elements from subgroups I and VI. to VIII. of the Periodic Table of the Elements, preferably copper, chromium, molybdenum, manganese, rhenium, ruthenium, cobalt, nickel or palladium, particularly preferably copper, cobalt or rhenium.
- cobalt, ruthenium or rhenium-containing catalysts mentioned above can also be used in the hydrogenation of the muconic acid diesters, oligoesters and polyesters. However, it is preferred to use at least 50% by weight of copper (based on the total weight of the reduced catalyst) containing catalysts instead of these catalysts.
- the catalysts may consist solely of active components or their active components may be supported.
- Suitable support materials are, in particular, Cr 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, ZnO, BaO and MgO or mixtures thereof.
- catalysts as described in EP 0 552 463 A1. These are catalysts which in the oxidic form the composition
- CUaAlbZrcMn d Ox where a> 0, b> 0, c a 0, d> 0, a> b / 2, b> a / 4, a> c and a> d and x are to preserve the electron neutrality per Formula unit called required number of oxygen ions.
- the preparation of these catalysts can be carried out, for example, according to the specifications of EP 552 463 A1 by precipitation of sparingly soluble compounds from solutions containing the corresponding metal ions in the form of their salts.
- Suitable salts are, for example, halides, sulfates and nitrates.
- Suitable precipitants are all agents which lead to the formation of such insoluble intermediates, which can be converted by thermal treatment in the oxides.
- Particularly suitable intermediates are the hydroxides and carbonates or bicarbonates, so that alkali metal carbonates or ammonium carbonate are used as particularly preferred precipitants.
- the BET surface area of such catalysts is between 10 and 150 m 2 / g. Further suitable as catalysts having a BET surface area of 50 to
- WO 2004/085 356 A1 also describes copper catalysts suitable for the process according to the invention, the copper oxide, aluminum oxide and at least one of the oxides of lanthanum, tungsten, molybdenum, titanium or zirconium and additionally pulverulent metallic copper, copper flakes, pulverulent cement, Containing graphite or a mixture thereof. These catalysts are particularly suitable for all the ester hydrogenations mentioned.
- the hydrogenation in step c1) can be carried out batchwise or continuously, with continuous hydrogenation being preferred.
- the hydrogenation in step c1) can be carried out in the gas phase or in the liquid phase.
- the hydrogenation in step c1) uses a hydrogenation device comprising at least 2 reactors or at least one reactor having at least two reaction zones. Then, the hydrogenation is carried out initially in a temperature range of 50 to 160 ° C and then in a temperature range of 160 to 240 ° C.
- the catalyst loading in continuous operation is preferably 0.1 to 2 kg, more preferably 0.5 to 1 kg of starting material to be hydrogenated per kg of hydrogenation catalyst and hour.
- the molar ratio of hydrogen to muconic acid starting material is preferably from 50: 1 to 10: 1, more preferably from 30: 1 to 20: 1.
- the muconic acid starting material is selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof.
- a muconic acid starting material which is selected from at least two of the abovementioned compounds, the amount of hydrogen used, depending on the proportion of the compounds to be hydrogenated, is selected according to the abovementioned design rule.
- the conversion in the first reactor, based on adipic acid or adipic acid ester formed, is preferably at least 70%, more preferably at least 80%.
- the total conversion in the hydrogenation, based on hydrogenatable starting material, is preferably at least 97%, particularly preferably at least 98%, in particular at least 99%.
- the selectivity in the hydrogenation, based on formed 1,6-hexanediol, is preferably at least 97%, particularly preferably at least 98%, in particular at least 99%.
- step c2) the adipic acid obtained in step b) is partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to 1, 6-hexanediol.
- the hydrogenation catalyst used in step c2) Hc2) based on the total weight of the reduced catalyst contains at least 50 wt .-% of elements selected from rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel and copper.
- the catalyst Hc2) contains at least 50% by weight of elements selected from the group consisting of rhenium, ruthenium and cobalt.
- the catalyst c2) contains at least 50% by weight of copper.
- the hydrogenation in step c2) is preferably carried out at a temperature which is in the range from 160 to 240 ° C., particularly preferably from 170 to 230 ° C., very particularly preferably from 170 to 220 ° C.
- Step c2) can be carried out, for example, using at least one loop reactor.
- a combination of at least one loop reactor and at least one subsequent tubular reactor is used for the reaction in step c2).
- a run in a straight passage tubular reactor can connect.
- the hydrogenation in step c2) is preferably carried out in bottom or trickle mode. Working up of 1,6-hexanediol from step c1) or c2)
- the discharge from the hydrogenation in step c1) or c2) is subjected to a distillative separation to obtain a fraction enriched in 1,6-hexanediol and the fraction enriched in 1,6-hexanediol for the amination in step d ) used.
- muconic acid in water is used as solvent for the hydrogenation.
- the reaction product obtained in the hydrogenation of muconic acid in step c1) in water as solvent provides an aqueous 1, 6
- Hexanediol solution After cooling and relaxing the hydrogenation, the water is preferably removed by distillation and 1, 6-hexanediol can be obtained in high purity (> 97%).
- the muconic acid hydrogenation is carried out in a hydrogenation variant after step c1), for example in methanol as solvent, a part of the muconic acid is converted in situ into the muconic acid monomethyl and muconic acid dimethylester.
- the hydrogenation is a solution of 1, 6-hexanediol in a mixture of methanol and water. By distillation, methanol and water are separated from 1, 6-hexanediol. Methanol is preferably separated from water and recycled to the hydrogenation. Water is discharged.
- n-butanol or isobutanol is used as the solvent in the hydrogenation of the mucous acid, a liquid two-phase mixture is obtained after cooling and venting of the hydrogenation effluent.
- the aqueous phase is separated from the organic phase by phase separation.
- the organic phase is distilled.
- Butanol is separated off as the top product and is preferably recycled to the muconic acid hydrogenation.
- 1, 6-hexanediol can, if necessary, be further purified by distillation. If muconic acid diesters are used for the hydrogenation, largely anhydrous solutions of 1,6-hexanediol are obtained, which can be worked up by distillation to give pure 1,6-hexanediol.
- the resulting alcohols are preferably recycled to the esterification step.
- a predominantly composed of 1,6-hexanediol precipitates
- step d) of the process according to the invention the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) is subjected to an amination in the presence of an amination catalyst to obtain hexamethylenediamine.
- the 1,6-hexanediol is preferably reacted with ammonia in step d) to form hexamethylenediamine in the presence of the amination catalyst.
- the amination according to the invention can be carried out without the supply of hydrogen, but preferably with the supply of hydrogen.
- the catalysts used in one embodiment of the invention are preferably predominantly cobalt, silver, nickel, copper or ruthenium or mixtures of these metals. By “predominantly” it is to be understood that one of these metals is more than 50% by weight in the catalyst (calculated without carrier)
- the catalysts can be used as unsupported catalysts, ie without catalyst carrier or as carrier catalysts.
- the supports used are preferably S1O2, Al2O3, T1O2, ZrO2, activated carbon, silicates and / or zeolites
- the catalysts mentioned are preferably used as fixed bed catalysts It is also possible to use cobalt, nickel and / or copper in the form of Raney type suspension catalysts use.
- the amination of the 1,6-hexanediol is carried out in a homogeneous phase and the catalyst is a complex catalyst containing at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table (IUPAC) and at least one donor ligand.
- IUPAC Periodic Table
- Such catalysts are known, for example, from WO 2012/1 19929 A1.
- the amination is preferably carried out at temperatures of 100 to 250 ° C, more preferably 120 to 230 ° C, most preferably 100 to 210 ° C.
- the total pressure is preferably in the range of 5 to 30 MPa, more preferably 7 to 27 MPa, most preferably 10 to 25 MPa.
- the molar ratio of 1,6-hexanediol to ammonia is preferably 1 to 30, more preferably 1 to 25, most preferably 1 to 20.
- the amination can be carried out solvent-free. However, it is preferably carried out in the presence of at least one solvent.
- Preferred solvents are water, ethers or mixtures of these solvents, ethers being particularly preferably selected from dioxane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, dibutyl ether and methyl tert-butyl ether.
- the aqueous 1,6-hexanediol solutions obtained in the hydrogenation of muconic acid are used without work-up in the amination step.
- step c1) or c2 It may be advantageous to completely or partially dehydrate part of the aqueous 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2).
- partial dehydration it is possible, for example, to remove 50%, preferably 70%, particularly preferably 90%, of the water present in the crude 1,6-hexanediol. This can be z. B. by evaporation of the water at 50 to 90 ° C at reduced pressure (eg., On a rotary evaporator) or by distillation.
- the amination is carried out in the presence of hexamethyleneimine as solvent or hexamethyleneimine / water mixtures.
- the amount of solvent is preferably such that 5 to 80, preferably 10 to 70, particularly preferably 15 to 60 wt .-% strength 1, 6-hexanediol solutions. Per mole of 1,6-hexanediol, preferably 10 to 150 liters, more preferably 10 to 100 liters of hydrogen are fed.
- the amination of 1,6-hexanediol with ammonia takes place in a first substep d1) to give a mixture of 1-amino-6-hydroxyhexane and hexamethylenediamine which contains more than 50% by weight of 1-amino Contains 6-hydroxyhexane.
- This is separated in a partial step d2) together with hexamethylenediamine from unreacted 1, 6-hexanediol and reacted in a partial step d3) with further ammonia to hexamethylenediamine.
- the amination can be carried out batchwise or continuously, in the liquid or gas phase, preference being given to a continuous process.
- the workup of the still 1-amino-6-hydroxyhexane-containing target product hexamethylenediamine is preferably carried out by distillation. Since 1-amino-6-hydroxyhexane and He- xamethylenediamine have very similar vapor pressures, pure hexamethylenediamine is discharged. Mixtures of 1-amino-6-hydroxyhexane and hexamethylenediamine are recycled to the distillation stage. In a further, particularly preferred embodiment, the hexamethyleneimine formed in the amination of 1,6-hexanediol is separated by distillation from the amination discharge and recycled to the amination stage.
- the recycled hexamethyleneimine amount is 34% by weight (based on the total weight of 1,6-hexanediol and hexamethyleneimine), then advantageously no additional hexamethyleneimine is formed.
- Hexamethyleneimine can be separated by distillation as an azeotrope with water.
- the resulting hexamethylenediamine may be subjected to further purification. This preferably comprises at least one distillation step.
- the obtained hexamethylenediamine is brought to "fiber quality" by fractional distillation (i.e., a hexamethylenediamine content of at least 99.9%).
- fractional distillation i.e., a hexamethylenediamine content of at least 99.9%.
- AMCPA 2-aminomethylcyclopentylamine
- DACH 1,2-diaminocyclohexane
- Step e) In the process of this invention can be synthesized polyamide 66 having a C 14 / C 12 -lsotopeneat in the range of 0.5 x 10 "12 to 5 ⁇ 10.” 12
- adipic acid prepared in step b) is polycondensed with the hexamethylenediamine prepared in step d) to form polyamide 66.
- This is preferably carried out in the following substeps: e1) reacting adipic acid and hexamethylenediamine in a molar ratio of essentially 1: 1 to hexamethylenediammonium adipate (AH salt), and e2) reacting the hexamethylenediammonium adipate to polyamide 66 at a temperature of not more than 275 ° C.
- muconic acid prepared in step a) is polycondensed with the hexamethylenediamine prepared in step d) to give polyamide 66 (see EP 1 17048 A2). This is preferably carried out in the following substeps: e1.1) reacting muconic acid and hexamethylenediamine in a molar ratio of essentially 1: 1 to hexamethylenediammonium muconate,
- the reaction of the hexamethylenediammonium adipate to give polyamide 66 takes place in particular in the presence of water at a temperature of not more than 280 ° C., more preferably of not more than 275 ° C.
- the discharges were analyzed by gas chromatography (% by weight, method with internal standard). The yield of 1, 6-hexanediol was 94%, the conversion of adipic acid was 98.5%. Other products that were found were 3% 6-hydroxycaproic acid, 1% 6-hydroxycaproic acid 1,6-hexanediol ester and 1% hexanol.
- the water content of the crude 1,6-hexanediol prepared according to Example 3 of this application was lowered to 5% by weight by evaporation at 70 ° C. and water-jet vacuum.
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Abstract
The present invention relates to a process for producing nylon-6,6 by a) providing a muconic acid starting material selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof, b) subjecting the muconic acid starting material provided in step a) at least to some extent to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to give adipic acid, c1) subjecting the muconic acid starting material provided in step a) to some extent to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc1) to give 1,6-hexanediol, or c2) subjecting the adipic acid obtained in step b) to some extent to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to give 1,6-hexanediol, d) subjecting the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) to amination in the presence of an amination catalyst to obtain hexamethylenediamine, e) subjecting the hexamethylenediamine obtained in step d) and at least a portion of the adipic acid obtained in step b) to polycondensation to obtain nylon-6,6.
Description
Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66 Process for the preparation of polyamide 66
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66 ausgehend von Muconsaure und/oder einem ihrer Ester und/oder einem ihrer Lactone. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Polyamid 66, das mittels dieses Verfahrens herstellbar ist. STAND DER TECHNIK BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for producing polyamide 66 from muconic acid and / or one of its esters and / or one of its lactones. The present invention further relates to polyamide 66, which can be produced by means of this process. STATE OF THE ART
Polyamide gehören zu den weltweit in großem Umfang hergestellten Polymeren und dienen neben den Hauptanwendungsbereichen Folien, Fasern und Werkstoffen einer Vielzahl weiterer Verwendungszwecke. Unter den Polyamiden ist das Polyamid 66 (Nylon, Polyhexamethylenadipinsäureamid) eines der am meisten hergestellten Polymere. Die Herstellung von Polyamid 66 erfolgt überwiegend durch Polykondensation sogenannter AH-Salzlösungen, d. h. von wässrigen Lösungen, die Adipinsäure und 1 ,6-Diaminohexan (Hexamethylendiamin) in stöchiometrischen Mengen enthalten. Konventionelle Herstellverfahren für Polyamid 66 sind z. B. in Kunststoffhandbuch, 3/4 Technische Thermoplaste: Polyamide, Carl Hanser Verlag, 1998, München, S. 42-71 , beschrieben. Polyamides are among the world's most widely produced polymers and serve in addition to the main application areas of films, fibers and materials of a variety of other uses. Among the polyamides, polyamide 66 (nylon, polyhexamethylene adipamide) is one of the most widely prepared polymers. The production of polyamide 66 is carried out predominantly by polycondensation of so-called AH salt solutions, d. H. aqueous solutions containing adipic acid and 1, 6-diaminohexane (hexamethylenediamine) in stoichiometric amounts. Conventional production methods for polyamide 66 are z. B. in Kunststoffhandbuch, 3/4 Engineering thermoplastics: polyamides, Carl Hanser Verlag, 1998, Munich, pp 42-71, described.
Alle industriell genutzten Verfahren zur Herstellung von Hexamethylendiamin (HMD) verlaufen über Adipodinitril (ADN) als Zwischenstufe, das durch katalytische Hydrie- rung in Hexamethylendiamin umgewandelt wird. Die größte wirtschaftliche Bedeutung besitzen dabei die ADN-Synthese ausgehend von Butadien und Blausäure und die Elektrodimerisierung von Acrylnitril, hergestellt durch Ammonoxidation von Propen. All industrially used processes for the preparation of hexamethylenediamine (HMD) proceed via adiponitrile (ADN) as an intermediate, which is converted into hexamethylenediamine by catalytic hydrogenation. The greatest economic importance in this case have the ADN synthesis starting from butadiene and hydrogen cyanide and the Elektrodimerisierung of acrylonitrile, prepared by ammoxidation of propene.
Die DE 198 00 698 A1 beschreibt biologisch abbaubare Polyesteramide mit blockartig aufgebauten Polyester- und Polyamid-Segmenten. Die Herstellung der Polyamidblöcke erfolgt klassisch aus petrochemischen Rohstoffen wie Caprolactam oder AH-Salz. DE 198 00 698 A1 describes biodegradable polyesteramides with block-structured polyester and polyamide segments. The polyamide blocks are produced in a classical manner from petrochemical raw materials such as caprolactam or AH salt.
Es ist bekannt, Hexamethylendiamin durch aminierende Hydrierung von 1 ,6-Hexandiol herzustellen. Nach einem solchen Verfahren wurde bis 1981 Hexamethylendiamin von der Firma Celanese in einer Anlage mit einer Kapazität von rund 30.000 Tonnen pro Jahr hergestellt. Die Aminierung erfolgte bei 200 °C und 23 MPa mit Ammoniak in Gegenwart von Raney-Nickel. Dabei wurden HMD-Ausbeuten von etwa 90 % erzielt. Als Nebenprodukte traten Hexamethylenimin (Azepan) und 1 ,6-Aminohexanol auf. Nachteilig für die Wirtschaftlichkeit des Celanese-Verfahrens war, dass das 1 ,6-Hexandiol
aufwändig durch Umsetzung von Cyclohexanon mit Peressigsäure zu Caprolacton und anschließende katalytische Hydrierung des Caprolactons hergestellt wurde. It is known to produce hexamethylenediamine by aminating hydrogenation of 1,6-hexanediol. According to such a method, until 1981, hexamethylenediamine was manufactured by Celanese in a plant with a capacity of about 30,000 tons per year. The amination was carried out at 200 ° C and 23 MPa with ammonia in the presence of Raney nickel. This HMD yields of about 90% were achieved. By-products were hexamethyleneimine (azepane) and 1,6-aminohexanol. A disadvantage of the economy of the Celanese process was that the 1, 6-hexanediol was elaborately prepared by the reaction of cyclohexanone with peracetic acid to caprolactone and subsequent catalytic hydrogenation of the caprolactone.
Die US 3,215,742 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Alkylendi- aminen, wie z. B. Hexamethylendiamin, durch Umsetzung der entsprechenden Diole mit Ammoniak. Es wird gelehrt, dass man als unerwünschtes Nebenprodukt gebildetes Hexamethylenimin in die Stufe der aminierenden Hydrierung zurückführen und weiter zu Hexamethylendiamin umsetzen kann. Das Hexamethylenimin kann dabei gleichzeitig als Lösungsmittel für die Aminierungsreaktion dienen. The US 3,215,742 also describes a process for the preparation of alkylenediamines, such as. For example, hexamethylenediamine, by reaction of the corresponding diols with ammonia. It is taught that hexamethyleneimine formed as an undesirable by-product can be recycled to the amination hydrogenation stage and further converted to hexamethylene diamine. The hexamethyleneimine can simultaneously serve as a solvent for the amination reaction.
Die US 3,520,933 verwendet für die aminierende Hydrierung Cobalt, Nickel und/oder Kupfer enthaltende Katalysatoren. US 3,520,933 uses cobalt, nickel and / or copper-containing catalysts for the aminating hydrogenation.
Die WO 2012/1 19929 beschreibt unter Anderem die homogen katalysierte hydrierende 1 ,6-Hexandiol-Aminierung zu Hexamethylendiamin. WO 2012/1 19929 describes inter alia the homogeneously catalyzed hydrogenating 1, 6-hexanediol amination to hexamethylenediamine.
Es ist bekannt, Muconsäure zur Herstellung von Alkandicarbonsäuren und von ε- Caprolactam einzusetzen. Die WO 2012/141997 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von ε-Caprolactam, bei dem man Muconsäure mit Ammoniak und Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators umsetzt. Es ist ebenfalls beschrieben, dass diese Reaktion über eine Adipinsäure- zwischenstufe verlaufen kann und dass das erhaltene Caprolactam zur Herstellung von Polyamid 6 dienen kann. Die Herstellung von Polyamid 6.6 ausgehend von Muconsäu- re ist in diesem Dokument nicht beschrieben. It is known to use muconic acid for the production of alkanedicarboxylic acids and ε-caprolactam. WO 2012/141997 describes a process for the preparation of ε-caprolactam in which muconic acid is reacted with ammonia and hydrogen in the presence of a catalyst. It is also described that this reaction can proceed via an adipic acid intermediate and that the resulting caprolactam can be used to produce polyamide 6. The production of polyamide 6.6 from muconic acid is not described in this document.
Die WO 2010/085712 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Dodecandicar- bonsäure, bei dem man Muconsäure zu Hexendicarbonsäure reduziert und die Hexen- dicarbonsäure mit einer ungesättigten Fettsäure in einer Metathesereaktion umsetzt. WO 2010/085712 A2 describes a process for the preparation of dodecanedicarboxylic acid in which muconic acid is reduced to hexenedicarboxylic acid and the hexenedicarboxylic acid is reacted with an unsaturated fatty acid in a metathesis reaction.
Gemäß H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, 6. Auflage (2007), Wiley-VCH- Verlag, Seiten 267 und 270 kann 1 ,6-Hexandiol durch Hydrierung von Adipinsäure oder Adipinsäurediestern in Gegenwart von Cu-, Co- oder Mn-Katalysatoren hergestellt werden. Die Synthese erfolgt bei einer Temperatur von 170 bis 240 °C und einem Druck von 5 bis 30 MPa. 1 ,6-Hexandiol kann auch durch katalytische Hydrierung von Caprolacton erhalten werden. According to H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, 6th edition (2007), Wiley-VCH-Verlag, pages 267 and 270, 1, 6-hexanediol can be prepared by hydrogenation of adipic acid or adipic diesters in the presence of Cu, Co or Mn catalysts. The synthesis is carried out at a temperature of 170 to 240 ° C and a pressure of 5 to 30 MPa. 1, 6-hexanediol can also be obtained by catalytic hydrogenation of caprolactone.
Die WO 99/25672 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 1 ,6-Hexandiol und 6- Hydroxycapronsäure oder deren Estern durch katalytische Hydrierung von Adipinsäu-
re, Adipinsäuremonoestern oder Adipinsäurediestern, wobei man das bei der Destillation des Hydrieraustrags nach Abtrennung des Hexandiols und der Hydroxycapronsäure erhaltene Sumpfprodukt, das im wesentlichen oligomere Ester der 6-Hydroxy- capronsäure enthält, in die Hydrierung zurückführt. WO 99/25672 describes a process for preparing 1,6-hexanediol and 6-hydroxycaproic acid or their esters by catalytic hydrogenation of adipic acid. Re, adipic acid monoesters or adipic diesters, wherein the obtained in the distillation of the hydrogenation after separation of the hexanediol and hydroxycaproic acid bottom product, which contains substantially oligomeric esters of 6-hydroxy caproic acid, in the hydrogenation.
Aus der EP 883 590 B1 ist bekannt, anstelle von reiner Adipinsäure oder aus reiner Adipinsäure hergestellten Adipinsäureestern ein Carbonsäuregemisch (DCL) zu verwenden. Dieses wird als Nebenprodukt bei der Oxidation von Cyclohexan mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen und durch Wasserextraktion des Reaktions- gemisches erhalten. Der Extrakt enthält Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure als Hauptprodukte und daneben eine Vielzahl von Mono- und Dicarbonsäuren. Die Carbonsäuren werden mit einem niederen Alkohol verestert. Adipinsäurediester werden aus dem Veresterungsgemisch destillativ abgetrennt und katalytisch zu 1 ,6-Hexandiol hydriert. From EP 883 590 B1 it is known to use a carboxylic acid mixture (DCL) instead of pure adipic acid or adipic acid esters prepared from pure adipic acid. This is obtained as a by-product in the oxidation of cyclohexane with oxygen or oxygen-containing gases and by water extraction of the reaction mixture. The extract contains adipic acid and 6-hydroxycaproic acid as the main products and besides a variety of mono- and dicarboxylic acids. The carboxylic acids are esterified with a lower alcohol. Adipic diesters are separated by distillation from the esterification mixture and hydrogenated catalytically to 1, 6-hexanediol.
Hierbei ist vorteilhaft, dass das Abfallprodukt DCL im Vergleich zu reiner Adipinsäure sehr kostengünstig ist. Andererseits muss ein beträchtlicher destillativer Aufwand geleistet werden, um reines 1 ,6-Hexandiol zu erzeugen. Besondere Schwierigkeiten bereitet die destillative Abtrennung der als Nebenprodukte auftretenden 1 ,4-Cyclohexan- diole. It is advantageous that the waste product DCL is very inexpensive compared to pure adipic acid. On the other hand, a considerable distillative effort has to be made to produce pure 1,6-hexanediol. The distillative separation of the 1,4-cyclohexanediols which are by-products is particularly difficult.
Adipinsäure wird herkömmlicherweise durch Oxidation von Cyclohexanol oder Cyclo- hexanon, ausgehend von Benzol synthetisiert. Sie kann aber auch in umweltfreundlicher Weise aus biogenen Quellen gewonnen werden. Adipic acid is conventionally synthesized by oxidation of cyclohexanol or cyclohexanone starting from benzene. But it can also be obtained in an environmentally friendly manner from biogenic sources.
US 4,968,612 beschreibt ein Fermentationsverfahren zur Herstellung von Muconsäure sowie die Hydrierung der so erhaltenen Muconsäure zu Adipinsäure. Konkret wird die Muconsäure als 40 gew.-%ige Aufschlämmung in Essigsäure und in Gegenwart eines Palladiumkatalysators auf Kohle zur Reaktion gebracht. Der Wassergehalt der einge- setzten Essigsäure wird nicht angegeben. Nachteilig an dieser Reaktionsweise ist die Verwendung der korrosiven Essigsäure, die den Einsatz hochwertiger korrosionsbeständiger Reaktoren erfordert. US 4,968,612 describes a fermentation process for the preparation of muconic acid and the hydrogenation of the resulting muconic acid to adipic acid. Concretely, the muconic acid is reacted as a 40% by weight slurry in acetic acid and in the presence of a palladium catalyst on carbon. The water content of the acetic acid used is not specified. A disadvantage of this reaction is the use of corrosive acetic acid, which requires the use of high-quality corrosion-resistant reactors.
K. M. Draths und J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 1 16, 399-400 und W. Niu et al., Biotechnol. Prog. 2002, 18, 201 -21 1 , beschreiben die Herstellung von cis,cis-Mucon- säure aus Glucose durch biokatalysierte Synthese mit anschließender Hydrierung der cis,cis-Muconsäure mit Hilfe eines Platinkatalysators zu Adipinsäure. In beiden Fällen wird der pH-Wert der Fermentationsmischung vor der Hydrierung auf oberhalb von 6,3 beziehungsweise auf einen Wert von 7,0 eingestellt. Dabei resultiert eine Lösung von
Muconsäuresalzen. Zur Herstellung von Hexamethylendiamin und Polyamid 6.6 wird in diesem Dokument nichts gesagt. KM Draths and JW Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 16, 399-400 and W. Niu et al., Biotechnol. Prog. 2002, 18, 201 -21 1 describe the production of cis, cis-muconic acid from glucose by biocatalyzed synthesis with subsequent hydrogenation of the cis, cis-muconic acid with the aid of a platinum catalyst to adipic acid. In both cases, the pH of the fermentation mixture is adjusted to above 6.3 or to a value of 7.0 before the hydrogenation. This results in a solution of Muconsäuresalzen. For the production of hexamethylenediamine and polyamide 6.6 nothing is said in this document.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Muconsäure aus erneuerbaren Quellen ist beispielsweise in der WO 2010/148080 A2 beschrieben. Nach Beispiel 4 in den Absätzen [0065] und [0066] dieses Dokuments werden 15 g cis,cis-Muconsäure und 150 ml Wasser 15 Minuten lang unter Rückfluss des Wassers erhitzt. Nach Kühlung auf Raumtemperatur, Filtration und Trocknung werden 10,4 g (69 %) cis-trans-Muconsäure erhalten. Die Mutterlauge (4,2 g = 28 Gew.-%, bezogen auf cis,cis-Muconsäure), be- steht nicht mehr aus Muconsäure. Sie enthält Lactone und weitere nicht bekannte Reaktionsprodukte. Another process for the production of muconic acid from renewable sources is described, for example, in WO 2010/148080 A2. According to Example 4 in paragraphs [0065] and [0066] of this document, 15 g of cis, cis-muconic acid and 150 ml of water are heated for 15 minutes under reflux of the water. After cooling to room temperature, filtration and drying, 10.4 g (69%) of cis-trans-muconic acid are obtained. The mother liquor (4.2 g = 28% by weight, based on cis, cis-muconic acid) no longer consists of muconic acid. It contains lactones and other unknown reaction products.
J. M. Thomas et al., Chem. Commun. 2003, 1 126-1 127, beschreibt die Hydrierung von Muconsäure zur Adipinsäure mit Hilfe bimetallischer Nanokatalysatoren, die durch spezielle Ankergruppen in den Poren eines mesoporösen Siliciumdioxids eingelagert sind, in reinem Ethanol. J.M. Thomas et al., Chem. Commun. 2003, 1 126-1 127, describes the hydrogenation of muconic acid to adipic acid with the aid of bimetallic nanocatalysts, which are incorporated by special anchor groups in the pores of a mesoporous silica, in pure ethanol.
J. A. Elvidge et al., J. Chem. Soc. 1950, 2235-2241 , beschreiben die Herstellung von cis,trans-Muconsäure und deren Hydrierung zu Adipinsäure in Ethanol in Gegenwart eines Platinkatalysators. Angaben zur Menge des eingesetzten Lösungsmittels und des Katalysators werden nicht gemacht. J.A. Elvidge et al., J. Chem. Soc. 1950, 2235-2241, describe the preparation of cis, trans-muconic acid and their hydrogenation to adipic acid in ethanol in the presence of a platinum catalyst. Information on the amount of the solvent used and the catalyst are not made.
X. She et al., ChemSusChem 201 1 , 4, 1071 -1073, beschreiben die Hydrierung von trans,trans-Muconsäure zur Adipinsäure mit Rhenium-Katalysatoren auf einem Titandi- oxid-Träger in Lösungsmitteln, ausgewählt unter Methanol, Ethanol, 1 -Butanol, Aceton, Toluol und Wasser. Die Hydrierungen werden ausschließlich bei einer erhöhten Temperatur von 120 °C durchgeführt. Mit dem verwendeten Katalysator wird in Wasser nur eine geringe Selektivität bezüglich der Adipinsäure erzielt, Hauptprodukt ist die Dihyd- romuconsäure. X. She et al., ChemSus Chem 201 1, 4, 1071-1073, describe the hydrogenation of trans, trans-muconic acid to adipic acid with rhenium catalysts supported on titanium dioxide in solvents selected from methanol, ethanol, Butanol, acetone, toluene and water. The hydrogenations are carried out exclusively at an elevated temperature of 120 ° C. With the catalyst used, only a low selectivity with respect to the adipic acid is achieved in water, the main product being the dihydromuconic acid.
Die WO 2010/141499 beschreibt die Oxidation von Lignin zu Vanillinsäure, deren De- carboxylierung zu 2-Methoxyphenol und weitere Umsetzung zu Catechol und schließlich Oxidation zu Muconsäure sowie die Hydrierung von auf diese Weise erhaltener Muconsäure mit verschiedenen Übergangsmetallkatalysatoren zu Adipinsäure. Das zur Hydrierung eingesetzte Lösungsmittel ist nicht angegeben. WO 2010/141499 describes the oxidation of lignin to vanillic acid, their decarboxylation to 2-methoxyphenol and further conversion to catechol and finally oxidation to muconic acid and the hydrogenation of muconic acid thus obtained with various transition metal catalysts to adipic acid. The solvent used for the hydrogenation is not specified.
Die EP 01 17048 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Nylon 6,6-Salz, bei dem man Toluol fermentativ in Gegenwart von Hexamethylendiamin zu Muconsäure umsetzt, wobei ein Fermentationsmedium erhalten wird, das Hexamethylendiaminmu-
conat enthält. Aus diesem Fermentationsmedium werden die Mikroorganismen abgetrennt und das Hexamethylendiaminmuconat zu Hexamethylendiaminadipat hydriert. Das so erhaltene Nylon 6,6-Salz kann zur Herstellung von Polyamid 6,6 eingesetzt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass als Ausgangsmaterial Toluol dient, das nicht aus erneuerbaren Quellen stammt. Es ist zudem ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens, dass zur Hydrierung ein Salz der Muconsäure mit dem zur Amidbil- dung eingesetzten Diamin verwendet wird. Die Hydrierung von freier Muconsäure oder eines Muconsäureesters zu Adipinsäure ist in diesem Dokument nicht beschrieben. Die US 2012/0196339 beschreibt die Herstellung von industriell relevanten Verbindungen aus prokaryotischen Organismen. So kann ausgehend von Dehydroshikimat die cis,cis-Muconsäure hergestellt und weiter zu Adipinsäure umgesetzt werden. Lediglich im Rahmen der Zeichnung 1 A ist die weitere Umsetzung zu Nylon 6,6 gezeigt. Dieses Dokument enthält jedoch nicht den geringsten Hinweis darauf, auch die zweite Kom- ponente der Nylon 6,6-Herstellung, das Hexamethylendiamin, aus einem nachwachsenden Rohstoff herzustellen. Insbesondere fehlt somit auch jeder Hinweis darauf, wie man die Herstellung von Adipinsäure und von Hexamethylendiamin in ein einziges Verfahren, ausgehend von Muconsäure integrieren kann. Auch bezüglich der Hydrierung der cis,cis-Muconsäure zur Adipinsäure und deren Isolierung und/oder Reinigung ist die Lehre dieses Dokuments völlig unklar. So ist zwar in Absatz [0150] auf Seite 17 der US 2012/0196339 die Hydrierung von Muconsäure zu Adipinsäure pauschal erwähnt. Es wird jedoch weder ein geeignetes Lösungsmittel für die Hydrierreaktion noch für eine etwaige Reinigung der Adipinsäure durch Umkristallisierung erwähnt. Die WO 2012/141993 A1 beschreibt die Herstellung von Hexamethylendiamin (HMDA) aus Muconsäurediestern, wobei die Muconsäurediester in einem ersten Schritt amidiert und anschließend direkt zu HMDA reduziert (Route 1 ) oder nach der Amidierung zu Nitrilen dehydratisiert und anschließend zu HMDA hydriert (Route 2) oder nach der Amidierung zu Adipamid hydriert, zu Adipodinitril dehydratisiert und anschließend zum HMDA hydriert (Route 3) wird. Dieses Verfahren weist mehrere Nachteile auf. So muss die Amidierung mit Ammoniak bei Raumtemperatur durchgeführt werden, dauert 4 bis 14 Stunden, wobei das Diamid nur in mäßiger Ausbeute erhalten wird. Nachteilig ist weiterhin, dass für die Wasserabspaltung Hilfsstoffe wie POC und P2O5 notwendig sind. Diese Nachteile konnten durch das erfindungsgemäße Verfahren überwunden werden, nach dem Hexamethylendiamin durch Hydrierung von Muconsäure oder Adipinsäure zu 1 ,6-Hexandiol und dessen katalytische Aminierung hergestellt wird. Zudem wird in dem in der WO 2012/141993 A1 beschriebenen Verfahren nur das Hexamethylendiamin, nicht aber die Adipinsäure aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66 bereitzustellen. Insbesondere soll dieses Verfahren nicht von petrochemischen C6-Bausteinen, sondern von aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbaren C6-Bausteinen ausgehen. Dabei soll das Polyamid 66 in hoher Aus- beute und Reinheit zugänglich gemacht werden. EP 01 17048 A2 describes a process for the preparation of nylon 6,6-salt, in which toluene is converted to muconic acid by fermentation in the presence of hexamethylenediamine, to obtain a fermentation medium containing hexamethylenediamine. contains conat. From this fermentation medium, the microorganisms are separated and the Hexamethylendiaminmuconat hydrogenated to Hexamethylendiaminadipat. The resulting nylon 6,6 salt can be used to prepare polyamide 6,6. A disadvantage of this process is that the starting material is toluene, which does not come from renewable sources. It is also an essential feature of this process that a salt of the muconic acid with the diamine used for amide formation is used for the hydrogenation. The hydrogenation of free muconic acid or a muconic acid ester to adipic acid is not described in this document. US 2012/0196339 describes the preparation of industrially relevant compounds from prokaryotic organisms. Thus, starting from dehydroshikimate, the cis, cis-muconic acid can be prepared and further converted to adipic acid. Only in the context of drawing 1 A, the further implementation of nylon 6,6 is shown. However, this document contains not the slightest indication that the second component of nylon 6,6 production, the hexamethylenediamine, is also produced from a renewable raw material. In particular, therefore, any reference to how to integrate the production of adipic acid and of hexamethylenediamine into a single process starting from muconic acid is also lacking. Also with regard to the hydrogenation of cis, cis-muconic acid to adipic acid and their isolation and / or purification, the teaching of this document is completely unclear. Thus, in paragraph [0150] on page 17 of US 2012/0196339, the hydrogenation of muconic acid to adipic acid is mentioned as a general rule. However, neither a suitable solvent for the hydrogenation reaction nor for any purification of the adipic acid by recrystallization is mentioned. WO 2012/141993 A1 describes the preparation of hexamethylenediamine (HMDA) from muconic diesters, wherein the muconic diesters are amidated in a first step and then directly reduced to HMDA (Route 1) or dehydrated after the amidation to nitriles and then hydrogenated to HMDA (Route 2 ) or hydrogenated to adipamide after amidation, dehydrated to adiponitrile and then hydrogenated to HMDA (Route 3). This method has several disadvantages. Thus, the amidation with ammonia must be carried out at room temperature, takes 4 to 14 hours, the diamide is obtained only in moderate yield. A further disadvantage is that adjuvants such as POC and P2O5 are necessary for the elimination of water. These disadvantages could be overcome by the process according to the invention, according to which hexamethylenediamine is prepared by hydrogenation of muconic acid or adipic acid to 1, 6-hexanediol and its catalytic amination. Moreover, in the process described in WO 2012/141993 A1, only the hexamethylenediamine, but not the adipic acid, is produced from renewable raw materials. The present invention has for its object to provide an economical process for the production of polyamide 66. In particular, this process should not start from petrochemical C6 building blocks but from C6 building blocks that can be produced from renewable raw materials. The aim is to make the polyamide 66 available in high yield and purity.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, indem man ein Muconsäureausgangsmaterial, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Estern der Muconsäure, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon, einer Umsetzung zu Adipinsäure einerseits und zu Hexamethylendiamin andererseits unterzieht. Dabei eignen sich die Lactone der Muconsäure speziell zur Herstellung von 1 ,6-Hexandiol, das erfindungsgemäß als wichtige Zwischenstufe zur Herstellung des Hexamethylen- diamins dienen kann. Insbesondere stammt die eingesetzte Muconsäure aus erneuerbaren (biogenen) Quellen. It has now surprisingly been found that this object is achieved by subjecting a muconic acid starting material which is selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof, a reaction to adipic acid on the one hand and to hexamethylenediamine on the other hand. The lactones of muconic acid are especially suitable for the preparation of 1,6-hexanediol which, according to the invention, can serve as an important intermediate for the preparation of the hexamethylenediamine. In particular, the muconic acid used is derived from renewable (biogenic) sources.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66, bei dem man a) ein Muconsäureausgangsmaterial bereitstellt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Estern der Muconsäure, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon, b) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial zumindest teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hb) zu Adipinsäure unterzieht, c1 ) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial teilweise einer Um- setzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines HydrierkatalysatorsA first aspect of the invention is a process for preparing polyamide 66 comprising: a) providing a muconic acid starting material selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof; b) at least the muconic acid starting material provided in step a) partially reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to adipic acid, c1) the muconic acid starting material provided in step a) partially reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst
Hc1 ) zu 1 ,6-Hexandiol unterzieht, oder c2) die in Schritt b) erhaltene Adipinsäure teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc2) zu 1 ,6-Hexandiol unterzieht,
d) das in Schritt c1 ) oder c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol einer Aminierung in Gegenwart eines Aminierungskatalysators unter Erhalt von Hexamethylendiamin unterzieht, e) zumindest einen Teil der in Schritt b) erhaltenen Adipinsäure und das in Schritt d) erhaltene Hexamethylendiamin einer Polykondensation unter Erhalt von Polyamid 66 unterzieht. Hc1) to 1, 6-hexanediol, or c2) subjecting the adipic acid obtained in step b) partially to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to 1, 6-hexanediol, d) subjecting the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2 to an amination in the presence of an amination catalyst to give hexamethylenediamine, e) at least part of the adipic acid obtained in step b) and the hexamethylenediamine obtained in step d) of a polycondensation subject to polyamide 66.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Polyamid 66, das ein C14/C12-lsotopen- Verhältnis im Bereich von 0,5 x 10"12 bis 5 x 10"12 aufweist. Another object of the invention is a polyamide 66 having a C 14 / C 12 isotope ratio in the range of 0.5 x 10 "12 to 5 x 10 " 12 .
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist Polyamid 66, das ausgehend von aus mindestens einem nachwachsenden Rohstoff synthetisierter Muconsäure herstellbar ist. Speziell enthält das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial keine Salze der Muconsäure. A further subject of the invention is polyamide 66, which can be prepared starting from muconic acid synthesized from at least one renewable raw material. Specifically, the muconic acid starting material provided in step a) contains no salts of the muconic acid.
In einer speziellen Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als Lösungsmittel. In einer noch spezielleren Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als einzigem Lösungsmittel. In a specific embodiment, the hydrogenation takes place in at least one of the steps b) and / or c1) and / or c2) in the liquid phase in the presence of water as solvent. In a more specific embodiment, the hydrogenation is carried out in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) in the liquid phase in the presence of water as the sole solvent.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass sich die Muconsäure in wässrigen Lö- sungsmitteln und speziell in Wasser als einzigem Lösungsmittel in hohen Ausbeuten zu Adipinsäure und zu 1 ,6-Hexandiol hydrieren lässt. Speziell die hohen Adipinsäure- Ausbeuten sind überraschend, da im Lichte des Standes der Technik mit wesentlich niedrigeren Ausbeuten zu rechnen war. So ist aus Beispiel 4 der WO 2010/148080 bekannt, dass beim Erhitzen von Muconsäure in Gegenwart von Wasser, also Bedin- gungen, wie sie auch bei der Hydrierung von cis,cis-Muconsäure existieren (jedoch ohne Wasserstoff und Katalysator), eine Isomerisierung zu cis,trans-Muconsäure (Ausbeute 69%) und dessen Weitereaktion zu einem inneren Lacton (Ausbeute 25%) und dessen Hydrolyse und Decarboxylierung zu Laevulinsäure (Ausbeute 3%) erfolgt. Im Hinblick auf diese Ergebnisse war mit der Erzielung einer so hohen Adipinsäure- Ausbeute in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu rechnen. It has surprisingly been found that the muconic acid can be hydrogenated in aqueous solvents and especially in water as the sole solvent in high yields to adipic acid and to 1, 6-hexanediol. Especially the high adipic acid yields are surprising, since in the light of the prior art was expected to significantly lower yields. Thus, it is known from Example 4 of WO 2010/148080 that on heating muconic acid in the presence of water, ie conditions such as also exist in the hydrogenation of cis, cis-muconic acid (but without hydrogen and catalyst), an isomerization to cis, trans-muconic acid (yield 69%) and its further reaction to an internal lactone (yield 25%) and its hydrolysis and decarboxylation to levulinic acid (yield 3%). In view of these results, the achievement of such a high adipic acid yield was not to be expected in the process according to the invention.
Muconsäure (2,4-Hexadiendicarbonsäure) existiert in drei stereoisomeren Formen, der eis, eis-, der cis,trans- und der trans,trans-Form, die als Gemisch vorliegen können. Alle drei Formen sind kristalline Verbindungen mit hohen Schmelzpunkten (Zersetzung),
siehe z. B. Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage, Band 4, Seite 2867). Es wurde gefunden, dass eine Hydrierung von Muconsäureschmelzen technisch kaum möglich ist, da die ganz besonders bevorzugten Hydriertemperaturen deutlich unter den Schmelzpunkten liegen. Daher wäre für die Hydrierung ein inertes Lösungsmittel mit möglichst hoher Löslichkeit für Muconsaure wünschenswert. Auf den ersten Blick erscheint für den Fachmann Wasser als Lösungsmittel ungeeignet, da Muconsaure, im Gegensatz zu Adipinsäure, im Temperaturbereich von 20 bis 100 °C schlecht löslich ist. Wie zuvor beschrieben, lehrt die WO 2010/148080, dass beim Erhitzen von cis,cis-Muconsäure in Wasser unter Rückfluss und anschließendem Auskristallisieren cis-trans-Muconsäure in nur 69%iger Ausbeute erhalten wird. Die zurückbleibende Mutterlauge besteht nicht mehr aus Muconsäure, sondern enthält Lactone und weitere nicht bekannte Reaktionsprodukte. Aufgrund dieser Ergebnisse hätte der Fachmann bei der Hydrierung von in Wasser suspendierter Muconsäure, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wesentlich niedrigere Adipinsäure-Ausbeuten erwartet. Muconic acid (2,4-hexadiene dicarboxylic acid) exists in three stereoisomeric forms, the ice, cis, cis, trans and trans, trans forms, which may be present as a mixture. All three forms are crystalline compounds with high melting points (decomposition), see, for. B. Römpp Chemie Lexikon, 9th edition, Volume 4, page 2867). It has been found that hydrogenation of Muconsäureschmelzen technically is hardly possible, since the most preferred hydrogenation temperatures are well below the melting points. Therefore, an inert solvent with the highest possible solubility for muconic acid would be desirable for the hydrogenation. At first glance, water as a solvent is unsuitable for the person skilled in the art, since muconic acid, in contrast to adipic acid, is poorly soluble in the temperature range from 20 to 100 ° C. As described above, WO 2010/148080 teaches that upon heating cis, cis-muconic acid in water under reflux and subsequent crystallization, cis-trans-muconic acid is obtained in only 69% yield. The remaining mother liquor no longer consists of muconic acid but contains lactones and other unknown reaction products. From these results, those skilled in the art would have expected substantially lower adipic acid yields in the hydrogenation of water-suspended muconic acid, according to a preferred embodiment of the present invention.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Im Einzelnen umfasst die Erfindung die folgenden bevorzugten Ausführungsformen: 1 . Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66, bei dem man a) ein Muconsäureausgangsmaterial bereitstellt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Estern der Muconsäure, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon, b) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial zumindest teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hb) zu Adipinsäure unterzieht, d ) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc1 ) zu 1 ,6-Hexandiol unterzieht, oder c2) die in Schritt b) erhaltene Adipinsäure teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc2) zu 1 ,6- Hexandiol unterzieht,
das in Schritt c1 ) oder c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol einer Aminierung in Gegenwart eines Aminierungskatalysators unter Erhalt von Hexamethylendi- amin unterzieht, e) zumindest einen Teil der in Schritt b) erhaltenen Adipinsäure und das in Schritt d) erhaltene Hexamethylendiamin einer Polykondensation unter Erhalt von Polyamid 66 unterzieht. More specifically, the invention includes the following preferred embodiments: FIG. A process for preparing polyamide 66 comprising: a) providing a muconic acid starting material selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof; b) the muconic acid starting material provided in step a) at least partially reacting with hydrogen in the presence at least one hydrogenation catalyst Hb) is subjected to adipic acid, d) the muconic acid starting material provided in step a) partially undergoes a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc1) to give 1,6-hexanediol, or c2) the adipic acid obtained in step b) is partially replaced by one Reacting with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to give 1,6-hexanediol, the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) undergoes an amination in the presence of an amination catalyst to give hexamethylenediamine, e) at least part of the adipic acid obtained in step b) and the hexamethylenediamine obtained in step d) of a polycondensation subject to polyamide 66.
Verfahren nach Ausführungsform 1 , wobei in Schritt a) ein Muconsäureaus- gangsmaterial bereitgestellt wird, bei dem die Muconsaure aus einer erneuerbaren Quelle stammt, wobei deren Herstellung vorzugsweise durch biokatalytische Synthese aus mindestens einem nachwachsenden Rohstoff erfolgt. Process according to embodiment 1, wherein in step a) a muconic acid starting material is provided in which the muconic acid originates from a renewable source, the preparation of which is preferably carried out by biocatalytic synthesis from at least one renewable raw material.
Verfahren nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die in Schritt a) eingesetzte Muconsaure ein 14C- zu 12C-lsotopenverhältnis im Bereich von 0,5x10"12 bis 5χ10-12 aufweist. The method of embodiment 1 or 2, wherein the Muconsaure used in step a) comprises a 14 C to 12 C-lsotopenverhältnis in the range of 0.5x10 "12-5 χ 10- 12th
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei zur Hydrierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) ein Muconsaure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremonoestern, Muconsäu- rediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon. Method according to one of embodiments 1 to 3, wherein the hydrogenation in step b) and / or in step c1) a muconic acid starting material is used, which is selected from muconic acid, Muconsäuremonoestern, Muconsäu- rediester, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter den Lactonen (III), (IV) und (V) und Mischungen davon: Method according to one of embodiments 1 to 3, wherein for the hydrogenation in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from lactones (III), (IV) and (V) and mixtures thereof:
(III) (IV) Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei der Hydrierkatalysa- tor Hb) ausgewählt ist unter Raney-Cobalt, Raney-Nickel und Raney-Kupfer. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Hydrierung in Schritt b) bei einer Temperatur erfolgt, die im Bereich von 50 bis 160 °C liegt. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei die Hydrierung in (III) (IV) The process according to any one of embodiments 1 to 5, wherein the hydrogenation catalyst Hb) is selected from Raney cobalt, Raney nickel and Raney copper. Method according to one of embodiments 1 to 6, wherein the hydrogenation in step b) takes place at a temperature which is in the range of 50 to 160 ° C. Method according to one of embodiments 1 to 7, wherein the hydrogenation in
Schritt c1 ) in flüssiger Phase in Gegenwart eines Lösungsmittels erfolgt, das aus-
gewählt ist unter Wasser, aliphatischen d- bis Cs-Alkoholen, aliphatischen C2- bis C6-Diolen, Ethern und Gemischen daraus. Step c1) takes place in the liquid phase in the presence of a solvent which is selected from water, aliphatic C 1 to C 8 alcohols, aliphatic C 2 to C 6 diols, ethers and mixtures thereof.
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei die Hydrierung in Schritt c1 ) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als einzigem Lösungsmittel erfolgt. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäurediester eingesetzt wird, der ausgewählt ist unter Ver- bindungen der allgemeinen Formel (II) Process according to one of embodiments 1 to 7, wherein the hydrogenation in step c1) takes place in the liquid phase in the presence of water as sole solvent. Process according to one of the embodiments 1 to 7, wherein for the hydrogenation in step c1) a muconic diester is used, which is selected from compounds of the general formula (II)
R1OOC-CH=CH-CH=CH-COOR2 (II) worin die Reste R1 und R2 unabhängig voneinander für geradkettiges oder ver- zweigtes Ci-Cs-Alkyl stehen, wobei die Hydrierung in Schritt c1 ) in der Gasphase erfolgt. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei als Hydrierkatalysator Hc1 ) in Schritt c1 ) ein homogener oder heterogener Übergangsmetallkatalysator eingesetzt wird, vorzugsweise ein heterogener Übergangsmetallkatalysator ist. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 1 1 , wobei in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Mucon- säure, Muconsäuremonoestern, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon und der Hydrierkatalysator Hc1 ) mindestens 50 Gew.-% Cobalt, Ruthenium oder Rhenium bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators enthält. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 1 1 , wobei in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Mucon- säurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon und der Hydrierkatalysator Hc1 ) mindestens 50 Gew.-% Kupfer bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators enthält. R 1 OOC-CH = CH-CH = CH-COOR 2 (II) in which the radicals R 1 and R 2 independently of one another represent straight-chain or branched C 1 -C 8 -alkyl, the hydrogenation in step c1) being in the gas phase he follows. Method according to one of the preceding embodiments, wherein as the hydrogenation catalyst Hc1) in step c1) a homogeneous or heterogeneous transition metal catalyst is used, preferably a heterogeneous transition metal catalyst. Method according to one of embodiments 1 to 1 1, wherein in step c1) a muconic acid starting material is used, which is selected from muconic acid, Muconsäuremonoestern, lactones of the muconic acid and mixtures thereof and the hydrogenation catalyst Hc1) at least 50 wt .-% cobalt , Ruthenium or rhenium based on the total weight of the reduced catalyst. Method according to one of embodiments 1 to 1 1, wherein in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof and the hydrogenation catalyst Hc1) at least 50 wt .-% of copper on the total weight of the reduced catalyst.
Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der in Schritt c2) eingesetzte Hydrierkatalysator Hc2) bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators mindestens 50 Gew.-% Elemente enthält, die aus-
gewählt sind unter Rhenium, Eisen, Ruthenium, Cobalt, Rhodium, Iridium, Nickel und Kupfer. Process according to one of the preceding embodiments, in which the hydrogenation catalyst Hc2) used in step c2) contains at least 50% by weight, based on the total weight of the reduced catalyst, of elements which are selected from rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel and copper.
Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Hydrierung in Schritt c2) bei einer Temperatur erfolgt, die im Bereich von 160 bis 240 °C liegt. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei adipinsäu- rehaltiges Wasser, das bei einer Isolierung des Hydrierkatalysators Hc2) nach Abschluss des Schrittes c2) gewonnen wird, in Schritt b) als Lösungsmittel eingesetzt wird. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei man die Hydrierung in Schritt b) und/oder die Hydrierung in Schritt c1 ) und/oder die Hyd- rierung in Schritt c2) in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren durchführt, wobei n für eine ganze Zahl von wenigstens zwei steht. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei der 1 . bis (n-1 ). Reaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügt. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 17 oder 18, wobei man die Hydrierung in dem n. Reaktor adiabatisch durchführt. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das in Schritt c1 ) oder das in Schritt c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol in Schritt d) mit Ammoniak in Gegenwart des Aminierungskatalysators zu Hexamethylendiamin umgesetzt wird. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Aminie- rung in Schritt d) ohne oder mit Zufuhr von Wasserstoff durchgeführt wird. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Reakti- onsaustrag der Aminierung in Schritt d) einer Auftrennung unter Erhalt einer an Hexamethylenimin angereicherten und einer an Hexamethylendiamin abgerei- cherten Fraktion unterzogen wird. Method according to one of the preceding embodiments, wherein the hydrogenation in step c2) takes place at a temperature which is in the range of 160 to 240 ° C. Method according to one of the preceding embodiments, wherein adipate-containing water, which is obtained in an isolation of the hydrogenation catalyst Hc2) after completion of step c2), is used as solvent in step b). Process according to one of the preceding embodiments, wherein the hydrogenation in step b) and / or the hydrogenation in step c1) and / or the hydrogenation in step c2) are carried out in n series-connected hydrogenation reactors, n being an integer of at least two stands. Method according to embodiment 17, wherein the 1. to (n-1). Reactor has a guided in an external circuit current from the reaction zone. Method according to one of the embodiments 17 or 18, wherein the hydrogenation is carried out adiabatically in the nth reactor. Process according to one of the preceding embodiments, wherein the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or in step c2) is reacted with ammonia in step d) to form hexamethylenediamine in the presence of the amination catalyst. Method according to one of the preceding embodiments, wherein the amination in step d) is carried out with or without supply of hydrogen. A process according to any one of the preceding embodiments, wherein the reaction effluent of the amination in step d) is subjected to a separation to give a hexamethyleneimine-enriched fraction and a hexamethylenediamine-depleted fraction.
Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei die an Hexamethylenimin angereicherte Fraktion in die Aminierung in Schritt d) zurückgeführt wird.
24. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei in Schritt d) Hexamethylenimin als einziges Lösungsmittel verwendet wird. The process of embodiment 22, wherein the hexamethyleneimine enriched fraction is recycled to the amination in step d). 24. The method according to any one of the preceding embodiments, wherein in step d) hexamethyleneimine is used as the sole solvent.
Polyamid 66, dadurch gekennzeichnet, dass es ein C14/C12-lsotopenverhältnis Bereich von 0,5 x 10"12 bis 5 x 10"12 aufweist. Polyamide 66, characterized in that it comprises a C 14 / C 12 -lsotopenverhältnis range of 0.5 x 10 "12 to 5 × 10." 12
26. Polyamid 66, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgehend von biokatalytisch mindestens einem nachwachsenden Rohstoff synthetisierter Muconsaure herstellbar ist. 26. polyamide 66, characterized in that it can be prepared from biocatalytically at least one renewable raw material synthesized Muconsaure.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden als Ester der Muconsaure die Ester mit einer separaten (externen) Alkoholkomponente bezeichnet. Als Lactone der Mucon- säure werden die durch intramolekulare Michaeladdition erhältlichen Verbindungen (III) und (IV) sowie das Produkt (V) der Hydrierung der Verbindung (III) verstanden: In the context of the present invention, esters of the muconic acid are the esters with a separate (external) alcohol component. As lactones of muconic acid, the compounds (III) and (IV) obtainable by intramolecular Michael addition and the product (V) of the hydrogenation of the compound (III) are understood as meaning:
Das Lacton (V) kann auch durch intramolekulare Michaeladdition aus Dihydromucon- säure entstehen. The lactone (V) can also be formed by intramolecular Michael addition of dihydromuconic acid.
Schritt a) Die in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Muconsäure stammt vorzugsweise aus erneuerbaren Quellen. Darunter werden im Sinne der Erfindung natürliche (biogene) Quellen und nicht fossile Quellen, wie Erdöl, Erdgas oder Kohle, verstanden. Vorzugsweise stammt die in Schritt a) des erfindungsgemäßen Ver-
fahrens bereitgestellte Muconsäure aus Kohlenhydraten, z. B. Stärke, Cellulose und Zuckern, oder aus Lignin. Aus erneuerbaren Quellen gewonnene Verbindungen, beispielsweise Muconsäure, weisen ein anderes 14C-zu-12C-lsotopenverhältnis als aus fossilen Quellen wie Erdöl gewonnene Verbindungen auf. Die in Schritt a) eingesetzte Muconsäure weist dementsprechend bevorzugt ein 14C-zu-12C-lsotopenverhältnis im Bereich von 0,5*10-12 bis 5x10"12 auf. Step a) The muconic acid provided in step a) of the process according to the invention preferably originates from renewable sources. For the purposes of the invention, this includes natural (biogenic) sources and non-fossil sources, such as crude oil, natural gas or coal. Preferably, the compound obtained in step a) of the invention driving provided muconic acid from carbohydrates, eg. As starch, cellulose and sugars, or lignin. Renewable compounds, such as muconic acid, have a different 14 C to 12 C isotope ratio than compounds derived from fossil sources such as petroleum. The muconic acid used in step a) accordingly has preferably a C 14-to-12 C lsotopenverhältnis in the range of 0.5 * 10 12 to 5x10 "12.
Die Herstellung von Muconsäure aus erneuerbaren Quellen kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, vorzugsweise biokatalytisch. Die biokatalyti- sehe Herstellung von Muconsäure aus mindestens einem nachwachsenden Rohstoff ist beispielsweise in folgenden Dokumenten beschrieben: US 4,968,612, The production of muconic acid from renewable sources can be carried out by all methods known to those skilled in the art, preferably biocatalytically. The biocatalytic production of muconic acid from at least one renewable raw material is described, for example, in the following documents: US Pat. No. 4,968,612, US Pat.
WO 2010/148063 A2, WO 2010/148080 A2 sowie K. M. Draths und J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 1 16, 339-400 und W. Niu et al., Biotechnol. Prog. 2002, 18, 201 - 21 1 . WO 2010/148063 A2, WO 2010/148080 A2 and K. M. Draths and J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc. 1994, 16, 339-400 and W. Niu et al., Biotechnol. Prog. 2002, 18, 201 - 21 1.
Wie zuvor ausgeführt, existiert Muconsäure (2,4-Hexadiendicarbonsäure) in drei isomeren Formen, der eis, eis-, der cis,trans- und der trans,trans-Form, die als Gemisch vorliegen können. Der Begriff„Muconsäure" umfasst im Sinne der Erfindung die unterschiedlichen Konformeren der Muconsäure in beliebiger Zusammensetzung. Als Ein- satzstoffe für die Umsetzung mit Wasserstoff in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) des erfindungsgemäßen Verfahrens sind grundsätzlich alle Konformere der Muconsäure und/oder deren Ester und beliebige Gemische davon geeignet. As stated previously, muconic acid (2,4-hexadiene dicarboxylic acid) exists in three isomeric forms, the cis, cis, cis, trans and trans, trans forms, which may be present as a mixture. For the purposes of the invention, the term "muconic acid" encompasses the different conformers of the muconic acid in any desired composition. [Sind Als] As starting materials for the reaction with hydrogen in step b) and / or in step c1) of the process according to the invention, all conformers of the muconic acid and / or or their esters and any mixtures thereof.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ein Muconsäureausgangsmaterial bereitgestellt, das an cis,trans-Muconsäure und/oder deren Ester angereichert ist oder der aus cis,trans-Muconsäure und/oder deren Ester besteht. So weisen cis,trans-Muconsäure und deren Ester eine höhere Löslichkeit in Wasser und in organischen Medien auf als cis,cis-Muconsäure und trans,trans-Muconsäure. Wird in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Mu- consäureausgangsmaterial bereitgestellt, das wenigstens eine Komponente enthält, die ausgewählt ist unter cis,cis-Muconsäure, trans,trans-Muconsäure und/oder deren Ester, so kann dieses Muconsäureausgangsmaterial vor oder während der Hydrierung in Schritt b) oder Schritt c1 ) einer Isomerisierung zu cis,trans-Muconsäure bzw. deren Ester unterzogen werden. Die Isomerisierung von cis,cis-Muconsäure zu cis,trans- Muconsäure ist in folgendem Schema abgebildet: In a preferred embodiment, in step a) of the process according to the invention, a muconic acid starting material is provided which is enriched in cis, trans-muconic acid and / or its esters or which consists of cis, trans-muconic acid and / or their esters. Thus, cis, trans-muconic acid and their esters have a higher solubility in water and in organic media than cis, cis-muconic acid and trans, trans-muconic acid. If, in step a) of the process according to the invention, a muconic acid starting material is provided which comprises at least one component selected from cis, cis-muconic acid, trans, trans-muconic acid and / or their esters, this muconic acid starting material can be present before or during the hydrogenation in step b) or step c1) an isomerization to cis, trans-muconic acid or their esters are subjected. The isomerization of cis, cis-muconic acid to cis, trans-muconic acid is shown in the following scheme:
HOHO
OOH
Als Katalysatoren kommen insbesondere anorganische oder organische Säuren, Hydrierkatalysatoren, lod oder UV-Strahlung in Frage. Geeignete Hydrierkatalysatoren sind die im Folgenden beschriebenen. Die Isomerisierung kann beispielsweise nach in der WO 201 1/08531 1 A1 beschriebenen Verfahren erfolgen. OOH Suitable catalysts are, in particular, inorganic or organic acids, hydrogenation catalysts, iodine or UV radiation. Suitable hydrogenation catalysts are those described below. The isomerization can be carried out, for example, according to the method described in WO 201 1/08531 1 A1.
Bevorzugt besteht der Einsatzstoff für die Umsetzung mit Wasserstoff in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) zu wenigstens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 Gew.-% aus cis,trans-Muconsäure und/oder deren Ester, bezogen auf das Gesamt- gewicht aller im Einsatzstoff enthaltenen Muconsäure- und Muconsäureester- Konformere. Preferably, the starting material for the reaction with hydrogen in step b) and / or in step c1) to at least 80 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-% of cis, trans-muconic acid and / or their esters, based on the total weight of all muconic acid and Muconsäureester- conformers contained in the feedstock.
Zur Hydrierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) wird vorzugsweise ein Muconsäure- Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremo- noestern, Muconsäurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon. Zur Hydrierung in Schritt b) können auch Lactone der Muconsäure eingesetzt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff Muconsäurepolyester auch oligomere Muconsäureester, die wenigstens eine von der Muconsäure oder dem zur Esterbildung eingesetzten Diol abgeleitete Wiederholungseinheit und wenigstens zwei dazu komplementäre über Carbonsäureestergruppen gebundene Wiederholungseinheiten aufweisen. For the hydrogenation in step b) and / or in step c1), preference is given to using a muconic acid starting material which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof. For the hydrogenation in step b) it is also possible to use lactones of muconic acid. In the context of the present invention, the term muconic acid polyester also denotes oligomeric muconic acid esters which have at least one repeating unit derived from the muconic acid or the diol used for ester formation and at least two repeating units which are complementary thereto via carboxylic acid ester groups.
Bevorzugt wird als Muconsäuremonoester wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (I) Preferably, the muconic acid monoester used is at least one compound of the general formula (I)
R OOC-CH=CH-CH=CH-COOH (I) eingesetzt, worin die Reste R1 unabhängig voneinander für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Cs-Alkyl stehen. Bevorzugt wird als Muconsäurediester wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) R OOC-CH = CH-CH = CH-COOH (I) used, wherein the radicals R 1 independently of one another represent straight-chain or branched Ci-Cs-alkyl. As muconic acid diester, preference is given to at least one compound of the general formula (II)
R1OOC-CH=CH-CH=CH-COOR2 (II) eingesetzt, worin die Reste R1 und R2 unabhängig voneinander für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Cs-Alkyl stehen. R 1 OOC-CH = CH-CH = CH-COOR 2 (II) used, wherein the radicals R 1 and R 2 independently of one another represent straight-chain or branched Ci-Cs-alkyl.
Bevorzugt wird als Poly(muconsäureester) wenigstens eine Verbindung der allgemeinen Formel (VI)
Preferred as poly (muconic acid ester) is at least one compound of the general formula (VI)
(VI) eingesetzt, worin x für eine ganze Zahl von 2 bis 6 steht, n für eine ganze Zahl von 1 bis 100 steht, (VI) used, in which x is an integer from 2 to 6, n is an integer from 1 to 100,
R3 für H, geradkettiges oder verzweigtes Ci-Cs-Alkyl oder eine Gruppe HO-(CH2)x- R 3 is H, straight-chain or branched C 1 -C 5 -alkyl or a group HO- (CH 2) x -
R4 für H oder eine Gruppe -C(=0)-CH=CH-CH=CH-COOR5 steht, worin R5 für H oder geradkettiges oder verzweigtes Ci-Cs-Alkyl steht, mit der Maßgabe, dass für n = 1 entweder R3 für H und R4 für -C(=0)-CH=CH-CH=CH- COOR5 steht oder R3 für eine Gruppe HO-(CH2)x- und R4 für H steht. R 4 is H or a group -C (= O) -CH = CH-CH = CH-COOR 5 , in which R 5 is H or straight-chain or branched C 1 -C 8 -alkyl, with the proviso that for n = 1 either R 3 is H and R 4 is -C (= O) -CH = CH-CH = CHCOOROR 5 or R 3 is a group HO- (CH 2 ) x- and R 4 is H.
Der Polymerisationsgrad des Poly(muconsäureesters) bezeichnet im Rahmen der Erfindung die Summe der Wiederholungseinheiten, die sich formal von Muconsäure ableiten und der Wiederholungseinheiten, die sich formal von Diolen HO-(CH2)x-OH ableiten. In the context of the invention, the degree of polymerization of the poly (muconic acid ester) denotes the sum of repeating units which formally derive from muconic acid and repeating units which formally derive from diols HO- (CH 2) x -OH.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird zur Hydrierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) ein Muconsaure-Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremonoestern, Muconsäurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon. In a first preferred embodiment, for the hydrogenation in step b) and / or in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zur Hydrierung in Schritt b) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter den Lactonen (III), (IV und (V) und Mischungen davon:
In a second preferred embodiment, the hydrogenation in step b) uses a muconic acid starting material selected from lactones (III), (IV and (V) and mixtures thereof:
(III) (IV) (III) (IV)
(V)
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird zur Hydrierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremonoestern, Muconsäurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon und erfolgt die Hydrierung in flüssiger Phase. (V) In a first preferred embodiment, for the hydrogenation in step b) and / or in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof and the hydrogenation is carried out in the liquid phase.
Hydrierschritte b), c1 ) und c2) Hydrogenation steps b), c1) and c2)
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Hyd- rierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) und/oder in Schritt c2) in flüssiger Phase in Gegenwart eines Lösungsmittels, das ausgewählt ist unter Wasser, aliphatischen Ci- bis Cs-Alkoholen, aliphatischen C2- bis C6-Diolen, Ethern und Gemischen daraus. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel ausgewählt unter Wasser, Methanol, Ethanol, n- Propanol, Isopropanol, n-Butanol, sek.-Butanol, i-Butanol und tert.-Butanol, Ethylengly- kol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol, Tetrahydrofuran, 2- Methyltetrahydrofuran, Diethylether, Methyl-tert.-butylether und Gemischen daraus. Bevorzugt sind aliphatische C bis Cs-Alkohole, Wasser und Gemische dieser Lösungsmittel. Besonders bevorzugt sind Methanol, n-Butanol, Isobutanol, Wasser und Gemische dieser Lösungsmittel. Weiterhin ist es bevorzugt, das Zielprodukt 1 ,6- Hexandiol als Lösungsmittel zu verwenden. Dabei kann 1 ,6-Hexandiol für sich allein oder im Gemisch mit Alkoholen und/oder Wasser eingesetzt werden. In a first embodiment of the process according to the invention, the hydrogenation takes place in step b) and / or in step c1) and / or in step c2) in the liquid phase in the presence of a solvent which is selected from water, aliphatic Ci- to Cs- Alcohols, C2 to C6 aliphatic diols, ethers and mixtures thereof. The solvent is preferably selected from water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol and tert-butanol, ethylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4- Butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether, methyl tert-butyl ether and mixtures thereof. Aliphatic C to Cs alcohols, water and mixtures of these solvents are preferred. Particularly preferred are methanol, n-butanol, isobutanol, water and mixtures of these solvents. Furthermore, it is preferred to use the target product 1, 6-hexanediol as a solvent. In this case, 1, 6-hexanediol can be used alone or in admixture with alcohols and / or water.
Es ist bevorzugt, dass für die Hydrierung in der flüssigen Phase in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) eine Lösung eingesetzt wird, die 10 bis 60 Gew.-% Muconsäure oder ei- nes ihrer Ester, besonders bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, enthält. It is preferred that for the hydrogenation in the liquid phase in step b) and / or in step c1) a solution is used which comprises 10 to 60% by weight of muconic acid or one of its esters, more preferably 20 to 50% by weight .-%, most preferably 30 to 50 wt .-%, contains.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zur Hydrierung in Schritt b) und/oder c1 ) wenigstens ein Muconsäurediester der allgemeinen Formel (II) In a second preferred embodiment, for the hydrogenation in step b) and / or c1) at least one muconic acid diester of the general formula (II)
R1OOC-CH=CH-CH=CH-COOR2 (II) eingesetzt, worin die Reste R1 und R2 unabhängig voneinander für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Cs-Alkyl stehen und wobei die Hydrierung in der Gasphase erfolgt. R 1 OOC-CH = CH-CH = CH-COOR 2 (II) used, wherein the radicals R 1 and R 2 are independently straight-chain or branched Ci-Cs-alkyl and wherein the hydrogenation is carried out in the gas phase.
Für die Umsetzung in den Schritten b), c1 ) und c2) geeignete Hydrierkatalysatoren sind grundsätzlich die dem Fachmann zum Hydrieren von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen bekannten Übergangsmetallkatalysatoren. In der Regel umfasst der Katalysator wenigstens ein Übergangsmetall der Gruppen 7, 8, 9, 10 und 1 1 des Perioden-
Systems nach IUPAC. Vorzugsweise weist der Katalysator wenigstens ein Übergangsmetall aus der Gruppe Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu und Au auf. Besonders bevorzugt weist der Katalysator wenigstens ein Übergangsmetall aus der Gruppe Co, Ni, Cu, Re, Fe, Ru, Rh, Ir auf. Die Hydrierkatalysatoren bestehen aus den genann- ten Übergangsmetallen als solches oder umfassen die genannten Übergangsmetalle auf einen Träger aufgebracht, als Fällungskatalysatoren, als Raney-Katalysatoren oder als Mischungen davon. Suitable hydrogenation catalysts for the reaction in steps b), c1) and c2) are in principle the transition metal catalysts known to those skilled in the art for hydrogenating carbon-carbon double bonds. In general, the catalyst comprises at least one transition metal of groups 7, 8, 9, 10 and 1 1 of the period Systems according to IUPAC. Preferably, the catalyst comprises at least one transition metal selected from the group consisting of Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu and Au. Particularly preferably, the catalyst has at least one transition metal from the group Co, Ni, Cu, Re, Fe, Ru, Rh, Ir. The hydrogenation catalysts consist of the mentioned transition metals as such or comprise the said transition metals supported, as precipitation catalysts, as Raney catalysts or as mixtures thereof.
Als inertes Trägermaterial für die erfindungsgemäß in Schritt b), c1 ) und c2) eingesetz- ten Hydrierkatalysatoren können praktisch alle Trägermaterialien des Standes derAs inert carrier material for the hydrogenation catalysts used according to the invention in step b), c1) and c2), virtually all support materials of the prior art can be used
Technik, wie sie vorteilhaft bei der Herstellung von geträgerten Katalysatoren Verwendung finden, beispielsweise Kohlenstoff, S1O2 (Quarz), Porzellan, Magnesiumoxid, Zinndioxid, Siliciumcarbid, T1O2 (Rutil, Anatas), AI2O3 (Tonerde), Aluminiumsilikat, Steatit (Magnesiumsilikat), Zirkoniumsilikat, Cersilikat oder Mischungen dieser Träger- materialien, eingesetzt werden. Bevorzugte Trägermaterialien sind Kohlenstoff, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Ein besonders bevorzugtes Trägermaterial ist Kohlenstoff. Als Siliciumdioxid-Trägermaterial können Siliciumdioxid-Materialien unterschiedlicher Herkunft und Herstellung, z. B. pyrogen erzeugte Kieselsäuren oder nasschemisch hergestellte Kieselsäuren, wie Kieselgele, Aerogele oder Fällungskieselsäuren, zur Katalysatorherstellung eingesetzt werden (zur Herstellung der verschiedenen S1O2- Ausgangsmaterialien siehe: W. Büchner, R. Schliebs, G. Winter, K. H. Büchel: Industrielle Anorganische Chemie, 2. Aufl., S. 532-533, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1986). Die Hydrierkatalysatoren können als Formkörper eingesetzt werden, z. B. in Form von Kugeln, Ringen, Zylindern, Würfeln, Quadern oder anderen geometrischen Körpern. Ungeträgerte Katalysatoren können nach üblichen Verfahren geformt werden, z. B. durch Extrudieren, Tablettieren etc. Die Form geträgerter Katalysatoren wird durch die Form des Trägers bestimmt. Alternativ dazu kann der Träger vor oder nach dem Auf- bringen der katalytisch aktiven Komponente(n) einem Formungsverfahren unterzogen werden. Die Übergangsmetallkatalysatoren K können z. B. in Form von gepressten Zylindern, Tabletten, Pastillen, Wagenrädern, Ringen, Sternen oder Strangpresslingen, wie Vollsträngen, polylobären Strängen, Hohlsträngen und Wabenkörpern oder anderen geometrischen Körpern, eingesetzt werden. Technique which are advantageously used in the preparation of supported catalysts, for example carbon, S1O2 (quartz), porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, T1O2 (rutile, anatase), Al2O3 (alumina), aluminum silicate, steatite (magnesium silicate), zirconium silicate , Cersilikat or mixtures of these carrier materials, are used. Preferred support materials are carbon, alumina and silica. A particularly preferred carrier material is carbon. As the silica support material can silica materials of different origin and production, for. B. pyrogenic silicas or wet-chemically prepared silicas, such as silica gels, aerogels or precipitated silicas, are used for catalyst preparation (for the preparation of various S1O2 starting materials see: W. Büchner, R. Schliebs, G. Winter, KH Büchel: Industrial Inorganic Chemistry, 2nd ed., P. 532-533, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1986). The hydrogenation catalysts can be used as shaped bodies, for. B. in the form of spheres, rings, cylinders, cubes, cuboids or other geometric bodies. Unsupported catalysts can be formed by conventional methods, e.g. By extruding, tableting, etc. The shape of supported catalysts is determined by the shape of the support. Alternatively, the support may be subjected to a molding process before or after application of the catalytically active component (s). The transition metal catalysts K can, for. B. in the form of pressed cylinders, tablets, pastilles, carriage wheels, rings, stars or extrudates, such as solid strands, polylobären strands, hollow strands and honeycomb bodies or other geometric bodies are used.
Die Katalysatorteilchen weisen im Allgemeinen einen Mittelwert des (größten) Durchmessers von 0,5 bis 20 mm, vorzugsweise 1 bis 10 mm, auf. Dazu zählen z. B. Übergangsmetallkatalysatoren K in Form von Tabletten, z. B. mit einem Durchmesser von 1 bis 7 mm, vorzugsweise 2 bis 6 mm, und einer Höhe von 3 bis 5 mm, Ringen mit z. B.
4 bis 7 mm, vorzugsweise 5 bis 7 mm, Außendurchmesser, 2 bis 5 mm Höhe und 2 bis 3 mm Lochdurchmesser, oder Strängen unterschiedlicher Länge eines Durchmessers von z. B. 1 ,0 bis 5 mm. Derartige Formen können auf an sich bekannte Weise durch Tablettierung, Strangpressen oder Extrusion erhalten werden. Dazu können der Kata- lysatormasse übliche Hilfsmittel, z. B. Gleitmittel wie Graphit, Polyethylenoxid, Cellulo- se oder Fettsäuren (wie Stearinsäure) und/oder Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel, wie Fasern aus Glas, Asbest oder Siliciumcarbid, zugesetzt werden. The catalyst particles generally have an average of the (largest) diameter of 0.5 to 20 mm, preferably 1 to 10 mm. These include z. B. transition metal catalysts K in the form of tablets, for. B. with a diameter of 1 to 7 mm, preferably 2 to 6 mm, and a height of 3 to 5 mm, rings with z. B. 4 to 7 mm, preferably 5 to 7 mm, outer diameter, 2 to 5 mm in height and 2 to 3 mm hole diameter, or strands of different lengths of a diameter of z. B. 1, 0 to 5 mm. Such forms can be obtained in a manner known per se by tableting, extrusion or extrusion. For this purpose, the catalyst can mass customary tools, z. For example, lubricants such as graphite, polyethylene oxide, celluloses or fatty acids (such as stearic acid) and / or molding aids and reinforcing agents, such as glass fibers, asbestos or silicon carbide, are added.
Der Katalysator kann unter den Hydrierungsbedingungen sowohl als homogener als auch als heterogener Katalysator vorliegen. Bevorzugt liegt der Katalysator unter den Hydrierungsbedingungen als heterogener Katalysator vor. Speziell liegt der Katalysator unter den Hydrierungsbedingungen in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) als heterogener Katalysator vor. Noch spezieller liegt der Katalysator unter den Hydrierungsbedingungen in jedem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) als heterogener Katalysator vor. The catalyst can be present under the hydrogenation conditions both as a homogeneous and as a heterogeneous catalyst. Preferably, the catalyst is present under the hydrogenation conditions as a heterogeneous catalyst. Specifically, the catalyst is present under the hydrogenation conditions in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) as a heterogeneous catalyst. More specifically, the catalyst is present under the hydrogenation conditions in each of steps b) and / or c1) and / or c2) as a heterogeneous catalyst.
Sofern ein heterogener Katalysator verwendet wird, kann dieser beispielsweise auf einem netzförmigen Träger aufgebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann der heterogene Katalysator an der Innenwand eines röhrenförmigen Trägers aufgebracht sein, wobei der röhrenförmige Träger von der Reaktionsmischung durchströmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Katalysator als partikulärer Feststoff eingesetzt werden. If a heterogeneous catalyst is used, this can be applied, for example, to a reticulated carrier. Alternatively or additionally, the heterogeneous catalyst can be applied to the inner wall of a tubular support, wherein the tubular support is flowed through by the reaction mixture. Alternatively or additionally, the catalyst can be used as a particulate solid.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b), c1 ) und c2) in der flüssigen Phase und liegt der Katalysator in Form einer Suspension vor. In einer speziellen Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in jedem der Schritte b), c1 ) und c2) in der flüssigen Phase und liegt der Katalysator in Form einer Suspension vor. Sofern ein flüssiger Reaktionsaustrag aus der Reaktionszone entnommen wird, kann der suspendierte Katalysator durch dem Fachmann bekannte Rückhalteverfahren in der Reaktionszone gehalten werden. Diese Rückhalteverfahren umfassen bevorzugt eine Querstromfiltration, eine Schwerkraftfiltration und/oder eine Filtration mittels wenigstens einer Filterkerze. In a preferred embodiment, the hydrogenation takes place in at least one of steps b), c1) and c2) in the liquid phase and the catalyst is in the form of a suspension. In a specific embodiment, the hydrogenation in each of steps b), c1) and c2) takes place in the liquid phase and the catalyst is in the form of a suspension. If a liquid reaction product is removed from the reaction zone, the suspended catalyst can be kept in the reaction zone by retention methods known to those skilled in the art. These retention methods preferably comprise cross-flow filtration, gravity filtration and / or filtration by means of at least one filter candle.
In einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b), c1 ) und c2) in n hintereinander (in Reihe) geschalteten Hydrierreaktoren, wobei n für eine ganze Zahl von wenigstens 2 steht. Geeignete Werte für n sind 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10. Bevorzugt steht n für 3 bis 6 und insbesondere für 2 oder 3. In dieser Ausführung erfolgt die Hydrierung bevorzugt kontinuierlich.
Die zur Hydrierung eingesetzten Reaktoren können unabhängig voneinander eine oder mehrere Reaktionszonen innerhalb des Reaktors aufweisen. Bei den Reaktoren kann es sich um gleiche oder verschiedene Reaktoren handeln. Diese können z. B. jeweils gleiche oder verschiedene Vermischungscharakteristiken aufweisen und/oder durch Einbauten ein- oder mehrfach unterteilt sein. In a specific embodiment of the process according to the invention, the hydrogenation takes place in at least one of steps b), c1) and c2) in n hydrogenation reactors connected in series (in series), where n is an integer of at least 2. Suitable values for n are 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10. Preferably, n is 3 to 6 and in particular 2 or 3. In this embodiment, the hydrogenation is preferably carried out continuously. The reactors used for the hydrogenation may independently have one or more reaction zones within the reactor. The reactors may be the same or different reactors. These can be z. B. each have the same or different mixing characteristics and / or be subdivided by internals one or more times.
Geeignete druckfeste Reaktoren für die Hydrierung sind dem Fachmann bekannt. Dazu zählen die allgemein üblichen Reaktoren für Gas-Flüssig-Reaktionen, wie z. B. Rohrreaktoren, Rohrbündelreaktoren, Gasumlaufreaktoren, Blasensäulen, Schlaufen- apparate, Rührkessel (die auch als Rührkesselkaskaden ausgestaltet sein können), Air-Lift-Reaktoren etc. Suitable pressure-resistant reactors for the hydrogenation are known to the person skilled in the art. These include the commonly used reactors for gas-liquid reactions, such as. B. tubular reactors, tube bundle reactors, gas circulation reactors, bubble columns, loop apparatuses, stirred tank (which can also be configured as Rührkesselkaskaden), air-lift reactors, etc.
Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von heterogenen Hydrierkatalysatoren kann in Festbett- oder Suspensionsfahrweise durchgeführt werden. Die Fest- bettfahrweise kann dabei z. B. in Sumpf- oder in Rieselfahrweise durchgeführt werden. Dabei werden die Hydrierkatalysatoren vorzugsweise als Formkörper eingesetzt, wie sie zuvor beschrieben sind, z. B. in Form von gepressten Zylindern, Tabletten, Pastillen, Wagenrädern, Ringen, Sternen oder Strangpresslingen, wie Vollsträngen, polylo- bären Strängen, Hohlsträngen, Wabenkörpern etc. The process according to the invention using heterogeneous hydrogenation catalysts can be carried out in fixed bed or suspension mode. The fixed bed mode can be z. B. in sump or in trickle run. The hydrogenation catalysts are preferably used as shaped bodies, as described above, for. In the form of pressed cylinders, tablets, pastilles, carriage wheels, rings, stars or extrudates, such as solid strands, poly-polar strands, hollow strands, honeycomb bodies, etc.
Bei der Suspensionsfahrweise werden ebenfalls heterogene Katalysatoren eingesetzt. Die heterogenen Katalysatoren werden dabei zumeist in feinverteiltem Zustand eingesetzt und liegen im Reaktionsmedium feinteilig suspendiert vor. Geeignete heterogene Katalysatoren und Verfahren zu ihrer Herstellung sind die zuvor beschriebenen. In the suspension mode heterogeneous catalysts are also used. The heterogeneous catalysts are usually used in a finely divided state and are finely suspended in the reaction medium before. Suitable heterogeneous catalysts and processes for their preparation are those described above.
Bei der Hydrierung an einem Festbett wird ein Reaktor eingesetzt, in dessen Innenraum das Festbett angeordnet ist, durch das das Reaktionsmedium strömt. Das Fest- bett kann dabei aus einer einzigen oder aus mehreren Schüttungen gebildet sein. Jede Schüttung kann dabei eine oder mehrere Zonen aufweisen, wobei wenigstens eine der Zonen ein als Hydrierkatalysator aktives Material enthält. Jede Zone kann dabei ein oder mehrere verschiedene katalytisch aktive Materialien aufweisen und/oder ein oder mehrere verschiedene inerte Materialien aufweisen. Verschiedene Zonen können je- weils gleiche oder verschiedene Zusammensetzungen aufweisen. Es ist auch möglich, mehrere katalytisch aktive Zonen vorzusehen, die beispielsweise durch inerte Schüttungen voneinander getrennt sind. Die einzelnen Zonen können auch unterschiedliche katalytische Aktivität aufweisen. Dazu können verschiedene katalytisch aktive Materialien eingesetzt werden und/oder wenigstens einer der Zonen ein inertes Material bei-
gemischt werden. Das Reaktionsmedium, das durch das Festbett strömt, enthält mindestens eine flüssige Phase. Das Reaktionsmedium kann auch zusätzlich eine gasförmige Phase enthalten. Als Reaktoren bei der Hydrierung in Suspension kommen insbesondere Schlaufenapparate, wie Strahlschlaufen oder Propellerschlaufen, Rührkessel, die auch als Rührkesselkaskaden ausgestaltet sein können, Blasensäulen oder Air-Lift-Reaktoren zum Einsatz. Vorzugsweise erfolgt die kontinuierliche Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b), c1 ) und/oder c2) in wenigstens zwei hintereinander (in Reihe) geschalteten Festbettreaktoren. Die Reaktoren werden vorzugsweise im Gleichstrom betrieben. Die Einspeisung der Zuführströme kann sowohl von oben als auch von unten erfolgen. Gewünschtenfalls können bei einer Hydriervorrichtung aus n Reaktoren wenigstens zwei der Reaktoren (d. h. 2 bis n der Reaktoren) eine voneinander verschiedene Temperatur aufweisen. In einer speziellen Ausführung wird jeder nachgeschaltete Reaktor mit einer höheren Temperatur betrieben als der vorherige Reaktor. Zusätzlich kann jeder der Reaktoren zwei oder mehr Reaktionszonen mit unterschiedlicher Temperatur aufweisen. So kann beispielsweise in einer zweiten Reaktionszone eine andere, vorzugsweise eine höhere, Temperatur als in der ersten Reaktionszone bzw. in jeder nachfolgenden Reaktionszone eine höhere Temperatur als in einer vorhergehenden Reaktionszone eingestellt werden, z. B. um einen möglichst vollständigen Umsatz bei der Hydrierung zu erzielen. In the hydrogenation on a fixed bed, a reactor is used, in the interior of which the fixed bed is arranged, through which the reaction medium flows. The fixed bed can be formed from a single or multiple beds. Each bed may have one or more zones, wherein at least one of the zones contains a material active as a hydrogenation catalyst. Each zone can have one or more different catalytically active materials and / or one or more different inert materials. Different zones may each have the same or different compositions. It is also possible to provide a plurality of catalytically active zones, which are separated from each other, for example, by inert beds. The individual zones may also have different catalytic activity. For this purpose, various catalytically active materials can be used and / or at least one of the zones can contain an inert material. be mixed. The reaction medium flowing through the fixed bed contains at least one liquid phase. The reaction medium may also contain a gaseous phase in addition. As reactors in the hydrogenation in suspension are in particular loop apparatuses, such as jet loops or propeller loops, stirred tank, which can also be configured as Rührkesselkaskaden, bubble columns or air-lift reactors are used. Preferably, the continuous hydrogenation is carried out in at least one of the steps b), c1) and / or c2) in at least two fixed bed reactors connected in series (in series). The reactors are preferably operated in direct current. The feeding of the feed streams can be done both from above and from below. If desired, in a hydrogenation apparatus of n reactors, at least two of the reactors (ie, 2 to n of the reactors) may have a different temperature from each other. In a specific embodiment, each downstream reactor is operated at a higher temperature than the previous reactor. In addition, each of the reactors may have two or more different temperature reaction zones. Thus, for example, in a second reaction zone another, preferably a higher, temperature than in the first reaction zone or in each subsequent reaction zone can be set to a higher temperature than in a preceding reaction zone, for. B. to achieve the fullest possible conversion in the hydrogenation.
Gewünschtenfalls können bei einer Hydriervorrichtung aus n Reaktoren wenigstens zwei der Reaktoren (d. h. 2 bis n der Reaktoren) einen voneinander verschiedenen Druck aufweisen. In einer speziellen Ausführung wird jeder nachgeschaltete Reaktor mit einem höheren Druck betrieben als der vorherige Reaktor. If desired, in a hydrogenator of n reactors, at least two of the reactors (i.e., 2 to n of the reactors) may have a different pressure from each other. In a specific embodiment, each downstream reactor is operated at a higher pressure than the previous reactor.
Die Einspeisung des für die Hydrierung benötigten Wasserstoffs kann in den ersten und gegebenenfalls zusätzlich in wenigstens einen weiteren Reaktor erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung von Wasserstoff nur in den ersten Reaktor. Die den Reaktoren zugeführte Wasserstoffmenge ergibt sich aus der in der Hydrierreaktion verbrauchten Wasserstoffmenge und der gegebenenfalls mit dem Abgas ausgetragenen Wasserstoffmenge.
Die Einstellung des in dem jeweiligen Reaktor umgesetzten Anteils an zu hydrierender Verbindung kann z. B. über das Reaktorvolumen und/oder die Verweilzeit im Reaktor erfolgen. Zur Abfuhr der bei der exothermen Hydrierung entstehenden Reaktionswärme kann einer oder können mehrere der Reaktoren mit wenigstens einer Kühlvorrichtung versehen sein. In einer speziellen Ausführung ist wenigstens der erste Reaktor mit einer Kühlvorrichtung versehen. Die Abfuhr der Reaktionswärme kann durch Kühlung eines externen Umlaufstroms oder durch interne Kühlung in wenigstens einem der Reaktoren erfolgen. Zur internen Kühlung können die dafür üblichen Vorrichtungen, im Allgemeinen Hohlkörpermodule, wie Field-Rohre, Rohrschlangen, Wärmetauscherplatten, etc. eingesetzt werden. Alternativ kann die Umsetzung auch in einem gekühlten Rohrbündelreaktor erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Hydrierung in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren, wobei n für eine ganze Zahl von wenigstens zwei steht, und wobei wenigstens ein Reaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügt (externer Umlaufstrom, Flüssigkeitsumlauf, Schlaufenfahrweise). Vorzugsweise steht n dabei für zwei oder drei. The feeding of the hydrogen required for the hydrogenation can be carried out in the first and optionally additionally in at least one further reactor. Preferably, the feed of hydrogen takes place only in the first reactor. The amount of hydrogen fed to the reactors results from the amount of hydrogen consumed in the hydrogenation reaction and the amount of hydrogen optionally discharged with the exhaust gas. The setting of the reacted in the respective reactor portion of compound to be hydrogenated can, for. B. on the reactor volume and / or the residence time in the reactor. For removing the heat of reaction arising during the exothermic hydrogenation, one or more of the reactors may be provided with at least one cooling device. In a specific embodiment, at least the first reactor is provided with a cooling device. The heat of reaction can be removed by cooling an external recycle stream or by internal cooling in at least one of the reactors. For internal cooling, the customary devices, generally hollow body modules, such as field pipes, pipe coils, heat exchanger plates, etc. can be used. Alternatively, the reaction can also be carried out in a cooled tube bundle reactor. Preferably, the hydrogenation is carried out in n series-connected hydrogenation reactors, where n is an integer of at least two, and wherein at least one reactor has a guided in an external circuit stream from the reaction zone (external recycle stream, liquid circulation, loop mode). Preferably, n stands for two or three.
Bevorzugt erfolgt die Hydrierung in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren, wobei n vorzugsweise für zwei oder drei steht, und der 1. bis (n-1 ). Reaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügt. Bevorzugt erfolgt die Hydrierung in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren, wobei n vorzugsweise für zwei oder drei steht, und wobei die Umsetzung in dem n. Reaktor (dem letzten von dem zu hydrierenden Reaktionsgemisch durchströmten Reaktor) adiabatisch durchgeführt wird. Bevorzugt erfolgt die Hydrierung in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren, wobei n vorzugsweise für zwei oder drei steht, und wobei der n. Reaktor im geraden Durchgang betrieben wird. The hydrogenation is preferably carried out in n hydrogenation reactors connected in series, where n is preferably two or three, and the first to (n-1). Reactor has a guided in an external circuit current from the reaction zone. The hydrogenation is preferably carried out in n hydrogenation reactors connected in series, n preferably being two or three, and the reaction being carried out adiabatically in the nth reactor (the last reactor through which the reaction mixture to be hydrogenated is passed). Preferably, the hydrogenation is carried out in n series-connected hydrogenation reactors, where n is preferably two or three, and wherein the n. Reactor is operated in a straight pass.
Wird ein Reaktor "im geraden Durchgang" betrieben, so soll hier und im Folgenden darunter verstanden werden, dass ein Reaktor ohne Rückführung des Reaktionsproduktes im Sinne der Schlaufenfahrweise betrieben wird. Die Betriebsweise im geraden Durchgang schließt dabei rückvermischende Einbauten und/oder Rühreinrichtungen im Reaktor grundsätzlich nicht aus.
Sofern das in einem der dem ersten Reaktor nachgeschalteten Reaktoren (d. h. dem 2. bis n. Reaktor) hydrierte Reaktionsgemisch nur noch so geringe Anteile an hydrierbarer Muconsäure aufweist, dass die bei der Reaktion auftretende Wärmetönung nicht ausreicht, die erwünschte Temperatur im Reaktor zu halten, kann auch eine Erwärmung des Reaktors (oder einzelner Reaktionszonen des zweiten Reaktors) erforderlich sein. Diese kann analog der zuvor beschriebenen Abfuhr der Reaktionswärme durch Erwärmung eines externen Umlaufstroms oder durch interne Erwärmung erfolgen. In einer geeigneten Ausführung kann zur Temperierung eines Reaktors die Reaktionswärme aus wenigstens einem der vorherigen Reaktoren verwendet werden. If a reactor is operated "in straight pass", it should be understood here and below that a reactor is operated without recycling the reaction product in the sense of the loop procedure. The straight-through operation basically excludes backmixing internals and / or stirring devices in the reactor. If the hydrogenated reaction mixture in one of the reactors downstream of the first reactor (ie the 2nd to nth reactor) has only small amounts of hydrogenatable muconic acid, then the heat of reaction occurring during the reaction is insufficient to maintain the desired temperature in the reactor. it may also be necessary to heat the reactor (or individual reaction zones of the second reactor). This can be done analogously to the previously described removal of the heat of reaction by heating an external circulation stream or by internal heating. In a suitable embodiment, the heat of reaction from at least one of the previous reactors can be used to control the temperature of a reactor.
Des Weiteren kann die dem Reaktionsgemisch entzogene Reaktionswärme zur Erwärmung der Zuführströme der Reaktoren verwendet werden. Dazu kann z. B. der Zulaufstrom der zu hydrierenden Verbindung in den ersten Reaktor zumindest teilweise mit einem externen Umlaufstrom dieses Reaktors gemischt und die vereinigten Ströme dann in den ersten Reaktor geführt werden. Des Weiteren kann bei m = 2 bis n Reaktoren der Zuführstrom aus dem (m-1 )-ten Reaktor in dem m-ten Reaktor mit einem Umlaufstrom des m-ten Reaktors gemischt und die vereinigten Ströme dann in den m- ten Reaktor geführt werden. Des Weiteren kann der Zulaufstrom der zu hydrierenden Verbindung und/oder ein anderer Zulaufstrom mit Hilfe eines Wärmetauschers erwärmt werden, der mit entzogener Hydrierwärme betrieben wird. Furthermore, the heat of reaction removed from the reaction mixture can be used to heat the feed streams of the reactors. This can z. B. the feed stream of the compound to be hydrogenated in the first reactor at least partially mixed with an external recycle stream of this reactor and the combined streams are then fed into the first reactor. Furthermore, when m = 2 to n reactors, the feed stream from the (m-1) th reactor in the mth reactor can be mixed with a recycle stream of the mth reactor and the combined streams then fed to the mth reactor , Furthermore, the feed stream of the compound to be hydrogenated and / or another feed stream can be heated by means of a heat exchanger which is operated with withdrawn hydrogenation heat.
In einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Reaktorkaskade aus n in Reihe geschalteten Reaktoren eingesetzt, wobei die Umsetzung in dem n. (n-ten) Reaktor adiabatisch durchgeführt wird. Dieser Begriff wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung im technischen und nicht im physiko-chemischen Sinne verstanden. So erfährt das Reaktionsgemisch beim Strömen durch den zweiten Reaktor auf Grund der exothermen Hydrierungsreaktion in der Regel eine Temperaturerhöhung. Unter adiabatischer Reaktionsführung wird eine Vorgehensweise verstanden, bei der die bei der Hydrierung freiwerdende Wärmemenge von der Reaktionsmischung im Reaktor aufge- nommen und keine Kühlung durch Kühlvorrichtungen angewandt wird. Somit wird die Reaktionswärme mit dem Reaktionsgemisch aus dem zweiten Reaktor abgeführt, abgesehen von einem Restanteil, der durch natürliche Wärmeleitung und Wärmeabstrah- lung vom Reaktor an die Umgebung abgegeben wird. Vorzugsweise wird der n-te Reaktor im geraden Durchgang betrieben. In a special embodiment of the process, a reactor cascade of n reactors connected in series is used, the reaction being carried out adiabatically in the nth (nth) reactor. This term is understood in the context of the present invention in the technical and not in the physico-chemical sense. Thus, the reaction mixture as it flows through the second reactor generally undergoes a temperature increase due to the exothermic hydrogenation reaction. Adiabatic reaction is understood to mean a procedure in which the amount of heat liberated during the hydrogenation is taken up by the reaction mixture in the reactor and no cooling by cooling devices is used. Thus, the heat of reaction with the reaction mixture is discharged from the second reactor, except for a residual portion, which is discharged by natural heat conduction and heat radiation from the reactor to the environment. Preferably, the nth reactor is operated in a straight pass.
In einer bevorzugten Ausführung wird zur Hydrierung eine zweistufige Reaktorkaskade eingesetzt, wobei der erste Hydrierreaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügt. In einer speziellen Ausgestaltung des
Verfahrens wird eine Reaktorkaskade aus zwei in Reihe geschalteten Reaktoren eingesetzt, wobei die Umsetzung in dem zweiten Reaktor adiabatisch durchgeführt wird. In a preferred embodiment, a two-stage reactor cascade is used for the hydrogenation, wherein the first hydrogenation reactor has a current conducted in an external circuit from the reaction zone. In a special embodiment of the Process is a reactor cascade of two reactors connected in series, wherein the reaction is carried out adiabatically in the second reactor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird zur Hydrierung eine dreistufige Reak- torkaskade eingesetzt, wobei der erste und der zweite Hydrierreaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügen. In einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Reaktorkaskade aus drei in Reihe geschalteten Reaktoren eingesetzt, wobei die Umsetzung in dem dritten Reaktor adiabatisch durchgeführt wird. In a further preferred embodiment, a three-stage reactor cascade is used for the hydrogenation, wherein the first and the second hydrogenation reactor have a current conducted in an external circuit from the reaction zone. In a specific embodiment of the process, a reactor cascade of three reactors connected in series is used, the reaction being carried out adiabatically in the third reactor.
In einer Ausführungsform kann in wenigstens einem der eingesetzten Reaktoren eine zusätzliche Durchmischung erfolgen. Eine zusätzliche Durchmischung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Hydrierung bei großen Verweilzeiten des Reaktionsgemischs erfolgt. Zur Durchmischung können z. B. die in die Reaktoren eingeführten Ströme ein- gesetzt werden, indem man diese über geeignete Mischvorrichtungen, wie Düsen, in die jeweiligen Reaktoren einführt. Zur Durchmischung können auch in einem externen Kreislauf geführte Ströme aus dem jeweiligen Reaktor eingesetzt werden. In one embodiment, additional mixing can take place in at least one of the reactors used. An additional mixing is particularly advantageous if the hydrogenation takes place at high residence times of the reaction mixture. For mixing z. For example, the streams introduced into the reactors can be used by introducing them into the respective reactors via suitable mixing devices, such as nozzles. For mixing, it is also possible to use streams in an external circuit from the respective reactor.
Zur Vervollständigung der Hydrierung wird dem ersten bis (n-1 )ten Reaktor je ein Aus- trag entnommen, der noch hydrierbare Komponenten enthält und in den jeweils nachgeschalteten Hydrierreaktor eingespeist. In einer speziellen Ausführung wird der Austrag in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgetrennt, wobei der erste Teilstrom als Kreisstrom dem Reaktor, dem er entnommen wurde, wieder zugeführt wird und der zweite Teilstrom dem nachfolgenden Reaktor zugeführt wird. Der Austrag kann gelöste oder gasförmige Anteile an Wasserstoff enthalten. In einer speziellen Ausführung wird der Austrag aus dem ersten bis (n-1 )ten Reaktor einem Phasentrennbehälter zugeführt, in eine flüssige und in eine gasförmige Phase getrennt, die flüssige Phase in den ersten und den zweiten Teilstrom getrennt und die Gasphase zumindest teilweise dem nachfolgenden Reaktor separat zugeführt. In einer alternativen Ausführung wird der Austrag aus dem ersten bis (n-1 )ten Reaktor einem Phasentrennbehälter zugeführt und in einen ersten flüssigen an Wasserstoff abgereicherten Teilstrom und einen zweiten an Wasserstoff angereicherten Teilstrom auftrennt. Der erste Teilstrom wird dann als Kreisstrom dem Reaktor wieder zugeführt, dem er entnommen wurde und der zweite Teilstrom dem nachfolgenden Reaktor zugeführt. In einer weiteren alternativen Aus- führung erfolgt die Beschickung des zweiten bis n-ten Reaktors mit Wasserstoff nicht über einen dem vorgeschalteten Reaktor entnommenen wasserstoffhaltigen Feed, sondern mit frischem Wasserstoff über eine separate Zuleitung.
Die zuvor beschriebene Verfahrensvariante eignet sich besonders vorteilhaft zur Steuerung der Reaktionstemperatur und des Wärmeübergangs zwischen Reaktionsmedium, begrenzenden Apparatewänden und Umgebung. Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung der Wärmebilanz besteht in der Regelung der Eintrittstemperatur des Zu- laufs der zu hydrierenden Verbindung. So führt eine tiefere Temperatur des eintretenden Zulaufs in der Regel zu einer verbesserten Abführung der Hydrierwärme. Beim Nachlassen der Katalysatoraktivität kann die Eintrittstemperatur höher gewählt werden, um eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen und somit die nachlassende Katalysatoraktivität zu kompensieren. Vorteilhafterweise kann so die Standzeit des eingesetzten Hydrierkatalysators in der Regel verlängert werden. In order to complete the hydrogenation, the first (n-1) th reactor is each discharged from an outlet which still contains hydrogenatable components and is fed into the respective downstream hydrogenation reactor. In a specific embodiment, the discharge is separated into a first and a second partial stream, wherein the first partial stream is recycled as a circular stream to the reactor to which it was taken and the second partial stream is fed to the subsequent reactor. The discharge may contain dissolved or gaseous portions of hydrogen. In a specific embodiment, the discharge from the first to (n-1) th reactor is fed to a phase separation vessel, separated into a liquid and into a gaseous phase, the liquid phase separated into the first and the second partial stream and the gas phase at least partially the subsequent Reactor fed separately. In an alternative embodiment, the discharge from the first to (n-1) th reactor is fed to a phase separation vessel and separated into a first liquid hydrogen-depleted substream and a second hydrogen-enriched substream. The first partial flow is then recycled as a circulating stream to the reactor, to which it has been removed and the second partial flow fed to the subsequent reactor. In a further alternative embodiment, the feed of the second to nth reactor with hydrogen is not carried out via a hydrogen-containing feed taken from the upstream reactor, but with fresh hydrogen via a separate feed line. The process variant described above is particularly advantageous for controlling the reaction temperature and the heat transfer between the reaction medium, limiting apparatus walls and environment. Another possibility for controlling the heat balance is to control the inlet temperature of the inlet of the compound to be hydrogenated. Thus, a lower temperature of the incoming feed usually leads to an improved removal of the heat of hydrogenation. As the catalyst activity decreases, the inlet temperature may be set higher to achieve a higher reaction rate and thus to compensate for the decreasing catalyst activity. Advantageously, the service life of the hydrogenation catalyst used can thus be extended as a rule.
Hydrierschritt b) Hydrogenation step b)
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial zumindest teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hb) zu Adipinsäure unterzogen. In step b) of the process according to the invention, the muconic acid starting material provided in step a) is at least partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to give adipic acid.
Vorzugsweise ist der Hydrierkatalysator Hb) ausgewählt unter Raney-Cobalt, Raney- Nickel und Raney-Kupfer. Preferably, the hydrogenation catalyst Hb) is selected from Raney cobalt, Raney nickel and Raney copper.
Vorzugsweise erfolgt die Hydrierung in Schritt b) bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 160°C, besonders bevorzugt 60 bis 150°C, ganz besonders bevorzugt 70 bis 140°C. Schritt b) kann beispielsweise unter Einsatz wenigstens eines Schlaufenreaktors durchgeführt werden. In einer speziellen Ausführung wird zur Umsetzung in Schritt b) eine Kombination aus wenigstens einem Schlaufenreaktor und wenigstens einem nachfolgenden Rohrreaktor eingesetzt. Es ist aber auch möglich, mit einem Schlaufenreaktor auszukommen. Nach dieser Ausführung ist es bevorzugt, wenn in dem Schlau- fenreaktor zwei Temperaturzonen vorgesehen sind. Auch bei dieser Ausführung kann sich ein im geraden Durchgang betriebener Rohrreaktor anschließen. Die Hydrierung in Schritt b) erfolgt vorzugsweise in Sumpf- oder Riesel-Fahrweise. The hydrogenation in step b) is preferably carried out at a temperature in the range from 50 to 160.degree. C., more preferably from 60 to 150.degree. C., very particularly preferably from 70 to 140.degree. Step b) can be carried out, for example, using at least one loop reactor. In a specific embodiment, a combination of at least one loop reactor and at least one subsequent tubular reactor is used for the reaction in step b). But it is also possible to get along with a loop reactor. According to this embodiment, it is preferred if two temperature zones are provided in the loop reactor. Also in this embodiment, a run in a straight passage tubular reactor can connect. The hydrogenation in step b) is preferably carried out in bottom or trickle mode.
Hydrierschritt c1 ) Hydrogenation step c1)
Hydrierung von Muconsäure, Muconsäuremonoestern und Lactonen
In einer ersten Verfahrensvariante wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäure- Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremo- noestern, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon. Nach dieser Verfahrensvariante wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) vorzugsweise ein Hydrierkatalysator eingesetzt, der mindestens 50 Gew.-% Cobalt, Ruthenium oder Rhenium, bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators, enthält. Hydrogenation of muconic acid, muconic acid monoesters and lactones In a first process variant, a muconic acid starting material is used for the hydrogenation in step c1), which is selected from muconic acid, muconic monoesters, lactones of muconic acid and mixtures thereof. According to this process variant, the hydrogenation in step c1) is preferably carried out using a hydrogenation catalyst which contains at least 50% by weight of cobalt, ruthenium or rhenium, based on the total weight of the reduced catalyst.
Werden zur Hydrierung Katalysatoren eingesetzt, die mindestens 50 Gew.-% Cobalt enthalten, so können diese weiterhin insbesondere Phosphorsäure und/oder weitere Übergangsmetalle, bevorzugt Kupfer, Mangan und/oder Molybdän, enthalten. If catalysts which contain at least 50% by weight of cobalt are used for the hydrogenation, they may furthermore contain, in particular, phosphoric acid and / or further transition metals, preferably copper, manganese and / or molybdenum.
Die Herstellung eines geeigneten Katalysatorvorläufers ist aus der DE 2321 101 bekannt. Dieser enthält im nicht reduzierten, kalzinierten Zustand 40 bis 60 Gew.-% Co- balt (berechnet als Co), 13 bis 17 Gew.-% Kupfer (berechnet als Cu), 3 bis 8 Gew.-% Mangan (berechnet als Mn), 0,1 bis 5 Gew.-% Phosphate (berechnet als H3PO4) sowie 0,5 bis 5 Gew.-% Molybdän (berechnet als M0O3). Die EP 636 409 B1 beschreibt die Herstellung weiterer geeigneter Cobalt-Katalysator-Vorläufer, die zu 55 bis 98 Gew.-% aus Cobalt, zu 0,2 bis 15 Gew.-% aus Phosphor, zu 0,2 bis 15 Gew.-% aus Mangan und zu 0,2 bis 15 Gew.-% aus Alkalimetallen (berechnet als Oxid) bestehen. Derartige Katalysator-Vorläufer können durch Behandlung mit Wasserstoff oder Gemischen aus Wasserstoff und Inertgasen wie Stickstoff zu den aktiven, metallisches Cobalt enthaltenden Katalysatoren reduziert werden. Diese Katalysatoren stellen Vollkontakte dar, die ganz überwiegend aus Metall bestehen und keinen Katalysator-Träger enthalten. The preparation of a suitable catalyst precursor is known from DE 2321 101. This contains in the unreduced, calcined state 40 to 60 wt .-% cobalt (calculated as Co), 13 to 17 wt .-% copper (calculated as Cu), 3 to 8 wt .-% manganese (calculated as Mn ), 0.1 to 5 wt .-% of phosphates (calculated as H3PO4) and 0.5 to 5 wt .-% molybdenum (calculated as M0O3). EP 636 409 B1 describes the preparation of further suitable cobalt catalyst precursors containing from 55 to 98% by weight of cobalt, from 0.2 to 15% by weight of phosphorus, to from 0.2 to 15% by weight. % of manganese and 0.2 to 15 wt .-% of alkali metals (calculated as oxide) exist. Such catalyst precursors can be reduced to the active, metallic cobalt-containing catalysts by treatment with hydrogen or mixtures of hydrogen and inert gases such as nitrogen. These catalysts are full contacts, which are predominantly made of metal and contain no catalyst support.
Hydrierung von Muconsäurediestern und Muconsäurepolyestern Hydrogenation of muconic diesters and muconic acid polyesters
In einer ersten Verfahrensvariante wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäure- Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Muconsäurediestern, Po- ly(muconsäureestern) und Mischungen davon. In a first process variant, a muconic acid starting material is used for the hydrogenation in step c1), which is selected from muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
Nach dieser Verfahrensvariante wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) vorzugsweise ein Hydrierkatalysator eingesetzt, der mindestens 50 Gew.-% Kupfer bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators enthält. Derartige Katalysatoren werden vor- zugsweise zur Hydrierung von Muconsäureestern eingesetzt. According to this process variant, the hydrogenation in step c1) is preferably carried out using a hydrogenation catalyst which contains at least 50% by weight of copper, based on the total weight of the reduced catalyst. Such catalysts are preferably used for the hydrogenation of Muconsäureestern.
Als Katalysatoren kommen prinzipiell alle zur Hydrierung von Carbonylgruppen geeigneten homogenen und heterogenen Katalysatoren wie Metalle, Metalloxide, Metallverbindungen oder Gemische daraus in Betracht. Beispiele für homogene Katalysatoren
sind beispielsweise in Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band IV/1 c, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1980, S. 45-67 und Beispiele für heterogene Katalysatoren sind beispielsweise in Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band IV/1 c, S. 16 bis 26 beschrieben. Suitable catalysts are in principle all suitable for the hydrogenation of carbonyl homogeneous and heterogeneous catalysts such as metals, metal oxides, metal compounds or mixtures thereof into consideration. Examples of homogeneous catalysts are for example in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume IV / 1 c, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1980, pp 45-67 and examples of heterogeneous catalysts are, for example, in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume IV / 1 c, pp. 16 to 26 described.
Bevorzugt werden Katalysatoren verwendet, die eines oder mehrere der Elemente aus den Nebengruppen I. und VI. bis VIII. des Periodensystems der Elemente, bevorzugt Kupfer, Chrom, Molybdän, Mangan, Rhenium, Ruthenium, Cobalt, Nickel oder Palladium, besonders bevorzugt Kupfer, Cobalt oder Rhenium enthalten. Preference is given to using catalysts which contain one or more of the elements from subgroups I and VI. to VIII. of the Periodic Table of the Elements, preferably copper, chromium, molybdenum, manganese, rhenium, ruthenium, cobalt, nickel or palladium, particularly preferably copper, cobalt or rhenium.
Auch bei der Hydrierung der Muconsaurediester, -oligoester und -polyester können die schon genannten Cobalt, Ruthenium oder Rhenium enthaltenden Katalysatoren verwendet werden. Es ist aber bevorzugt, anstelle dieser Katalysatoren mindestens 50 Gew.-% Kupfer (bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators) enthal- tende Katalysatoren einzusetzen. The cobalt, ruthenium or rhenium-containing catalysts mentioned above can also be used in the hydrogenation of the muconic acid diesters, oligoesters and polyesters. However, it is preferred to use at least 50% by weight of copper (based on the total weight of the reduced catalyst) containing catalysts instead of these catalysts.
Die Katalysatoren können allein aus Aktivkomponenten bestehen oder ihre Aktivkomponenten können auf Trägern aufgebracht sein. Als Trägermaterialien eignen sich insbesondere Cr203, AI2O3, S1O2, ZrÜ2, ZnO, BaO und MgO oder Mischungen daraus. The catalysts may consist solely of active components or their active components may be supported. Suitable support materials are, in particular, Cr 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, ZnO, BaO and MgO or mixtures thereof.
Besonders bevorzugt sind Katalysatoren, wie sie in EP 0 552 463 A1 beschrieben sind. Dies sind Katalysatoren, die in der oxidischen Form die Zusammensetzung Particular preference is given to catalysts, as described in EP 0 552 463 A1. These are catalysts which in the oxidic form the composition
CUaAlbZrcMndOx besitzen, wobei a > 0, b > 0, c ä 0, d >0, a > b/2, b > a/4, a > c und a > d gilt und x die zur Wahrung der Elektronneutralität pro Formeleinheit erforderliche Anzahl von Sauerstoffionen bezeichnet. Die Herstellung dieser Katalysatoren kann beispielsweise nach den Angaben der EP 552 463 A1 durch Fällung von schwerlöslichen Verbindungen aus Lösungen erfolgen, welche die entsprechenden Metallionen in Form ihrer Salze enthalten. Geeignete Salze sind beispielsweise Halogenide, Sulfate und Nitrate. Als Fällungsmittel eignen sich alle Agenzien, die zur Bildung solcher unlöslicher Zwischenstufen führen, die sich durch thermische Behandlung in die Oxide überführen lassen. Besonders geeignete Zwischenstufen sind die Hydroxide und Carbonate bzw. Hydrogen- carbonate, so dass als besonders bevorzugte Fällungsmittel Alkalicarbonate oder Am- moniumcarbonat einsetzt werden. Es erfolgt eine thermische Behandlung der Zwischenstufen bei Temperaturen im Bereich von 500 °C bis 1000 °C. Die BET-Oberflä- che solcher Katalysatoren liegt zwischen 10 und 150 m2/g.
Weiterhin sind als Katalysatoren geeignet, die eine BET-Oberfläche von 50 bis CUaAlbZrcMn d Ox, where a> 0, b> 0, c a 0, d> 0, a> b / 2, b> a / 4, a> c and a> d and x are to preserve the electron neutrality per Formula unit called required number of oxygen ions. The preparation of these catalysts can be carried out, for example, according to the specifications of EP 552 463 A1 by precipitation of sparingly soluble compounds from solutions containing the corresponding metal ions in the form of their salts. Suitable salts are, for example, halides, sulfates and nitrates. Suitable precipitants are all agents which lead to the formation of such insoluble intermediates, which can be converted by thermal treatment in the oxides. Particularly suitable intermediates are the hydroxides and carbonates or bicarbonates, so that alkali metal carbonates or ammonium carbonate are used as particularly preferred precipitants. There is a thermal treatment of the intermediates at temperatures in the range of 500 ° C to 1000 ° C. The BET surface area of such catalysts is between 10 and 150 m 2 / g. Further suitable as catalysts having a BET surface area of 50 to
120 m2/g besitzen, vollständig oder teilweise Kristalle mit Spinellstruktur enthalten und120 m 2 / g, wholly or partially contain crystals with spinel structure and
Kupfer in Gestalt von Kupferoxid enthalten. Auch die WO 2004/085 356 A1 beschreibt für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Kupfer-Katalysatoren, die Kupferoxid, Aluminiumoxid und mindestens eines der Oxide von Lanthan, Wolfram, Molybdän, Titan oder Zirkonium und zusätzlich pulver- förmiges metallisches Kupfer, Kupferblättchen, pulverförmigen Zement, Graphit oder ein Gemisch davon enthalten. Diese Katalysatoren sind für alle genannten Esterhydrie- rungen besonders geeignet. Copper in the form of copper oxide contained. WO 2004/085 356 A1 also describes copper catalysts suitable for the process according to the invention, the copper oxide, aluminum oxide and at least one of the oxides of lanthanum, tungsten, molybdenum, titanium or zirconium and additionally pulverulent metallic copper, copper flakes, pulverulent cement, Containing graphite or a mixture thereof. These catalysts are particularly suitable for all the ester hydrogenations mentioned.
Die Hydrierung in Schritt c1 ) kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden, wobei eine kontinuierliche Hydrierung bevorzugt ist. Die Hydrierung in Schritt c1 ) kann in der Gasphase oder in flüssiger Phase durchgeführt werden. The hydrogenation in step c1) can be carried out batchwise or continuously, with continuous hydrogenation being preferred. The hydrogenation in step c1) can be carried out in the gas phase or in the liquid phase.
In einer speziellen Ausführungsform wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) eine Hydriervorrichtung aus wenigstens 2 Reaktoren oder wenigstens einem Reaktor mit wenigstens zwei Reaktionszonen eingesetzt. Dann erfolgt die Hydrierung zunächst in einem Temperaturbereich von 50 bis 160 °C und anschließend in einem Temperaturbereich von 160 bis 240 °C. In a specific embodiment, the hydrogenation in step c1) uses a hydrogenation device comprising at least 2 reactors or at least one reactor having at least two reaction zones. Then, the hydrogenation is carried out initially in a temperature range of 50 to 160 ° C and then in a temperature range of 160 to 240 ° C.
Die Katalysatorbelastung bei kontinuierlicher Fahrweise beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 kg, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 kg zu hydrierender Ausgangsstoff pro kg Hydrierkatalysator und Stunde. The catalyst loading in continuous operation is preferably 0.1 to 2 kg, more preferably 0.5 to 1 kg of starting material to be hydrogenated per kg of hydrogenation catalyst and hour.
Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Muconsäureausgangsmaterial beträgt vorzugsweise 50 : 1 bis 10 : 1 , besonders bevorzugt 30 : 1 bis 20 : 1 . Das Muconsäureausgangsmaterial ist dabei erfindungsgemäß ausgewählt unter Muconsäure, Estern der Muconsäure, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon. The molar ratio of hydrogen to muconic acid starting material is preferably from 50: 1 to 10: 1, more preferably from 30: 1 to 20: 1. According to the invention, the muconic acid starting material is selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof.
Wird zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt, das ausgewählt ist unter wenigstens zwei der zuvor genannten Verbindungen, so wird die eingesetzte Wasserstoffmenge in Abhängigkeit vom Anteil der zu hydrierenden Verbindungen nach der zuvor genannten Bemessungsregel gewählt. If, for the hydrogenation in step c1), a muconic acid starting material is used which is selected from at least two of the abovementioned compounds, the amount of hydrogen used, depending on the proportion of the compounds to be hydrogenated, is selected according to the abovementioned design rule.
Der Umsatz im ersten Reaktor, bezogen auf gebildete Adipinsäure oder Adipinsäurees- ter beträgt vorzugsweise wenigstens 70 %, besonders bevorzugt wenigstens 80 %.
Der Gesamtumsatz bei der Hydrierung, bezogen auf hydrierbares Ausgangsmaterial, beträgt vorzugsweise wenigstens 97 %, besonders bevorzugt wenigstens 98 %, insbesondere wenigstens 99 %. Der Selektivität bei der Hydrierung, bezogen auf gebildetes 1 ,6-Hexandiol, beträgt vorzugsweise wenigstens 97 %, besonders bevorzugt wenigstens 98 %, insbesondere wenigstens 99 %. The conversion in the first reactor, based on adipic acid or adipic acid ester formed, is preferably at least 70%, more preferably at least 80%. The total conversion in the hydrogenation, based on hydrogenatable starting material, is preferably at least 97%, particularly preferably at least 98%, in particular at least 99%. The selectivity in the hydrogenation, based on formed 1,6-hexanediol, is preferably at least 97%, particularly preferably at least 98%, in particular at least 99%.
Hydrierschritt c2) Hydrogenation step c2)
In Schritt c2) wird die in Schritt b) erhaltene Adipinsäure teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc2) zu 1 ,6-Hexandiol unterzogen. Vorzugsweise enthält der in Schritt c2) eingesetzte Hydrierkatalysator Hc2) bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators mindestens 50 Gew.-% Elemente, die ausgewählt sind unter Rhenium, Eisen, Ruthenium, Cobalt, Rhodium, Iridium, Nickel und Kupfer. Zum Hydrieren von Adipinsäure, Adipinsäuremonoestern und Adipinsäurediestern ist es besonders bevorzugt, dass der Katalysator Hc2) mindestens 50 Gew.-% Elemente enthält, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Rhenium, Ruthenium und Cobalt. Zum Hydrieren eines Adipinsäureoligoesters oder -polyesters ist es besonders bevorzugt, dass der Katalysator c2) mindestens 50 Gew.-% Kupfer enthält. In step c2), the adipic acid obtained in step b) is partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to 1, 6-hexanediol. Preferably, the hydrogenation catalyst used in step c2) Hc2) based on the total weight of the reduced catalyst contains at least 50 wt .-% of elements selected from rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel and copper. For hydrogenating adipic acid, adipic acid monoesters and adipic diesters, it is particularly preferred that the catalyst Hc2) contains at least 50% by weight of elements selected from the group consisting of rhenium, ruthenium and cobalt. For hydrogenating an adipic acid oligoester or polyester, it is particularly preferred that the catalyst c2) contains at least 50% by weight of copper.
Die Hydrierung in Schritt c2) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur, die im Bereich von 160 bis 240 °C liegt, besonders bevorzugt 170 bis 230 °C, ganz besonders bevorzugt 170 bis 220 °C, durchgeführt. Schritt c2) kann beispielsweise unter Einsatz wenigstens eines Schlaufenreaktors durchgeführt werden. In einer speziellen Ausführung wird zur Umsetzung in Schritt c2) eine Kombination aus wenigstens einem Schlaufenreaktor und wenigstens einem nachfolgenden Rohrreaktor eingesetzt. Es ist aber auch möglich, mit einem Schlaufenreaktor auszukommen. Nach dieser Ausführung ist es bevorzugt, wenn in dem Schlau- fenreaktor zwei Temperaturzonen vorgesehen sind. Auch bei dieser Ausführung kann sich ein im geraden Durchgang betriebener Rohrreaktor anschließen. Die Hydrierung in Schritt c2) erfolgt vorzugsweise in Sumpf- oder Riesel-Fahrweise.
Aufarbeitung des 1 ,6-Hexandiols aus Schritt c1 ) oder c2) The hydrogenation in step c2) is preferably carried out at a temperature which is in the range from 160 to 240 ° C., particularly preferably from 170 to 230 ° C., very particularly preferably from 170 to 220 ° C. Step c2) can be carried out, for example, using at least one loop reactor. In a specific embodiment, a combination of at least one loop reactor and at least one subsequent tubular reactor is used for the reaction in step c2). But it is also possible to get along with a loop reactor. According to this embodiment, it is preferred if two temperature zones are provided in the loop reactor. Also in this embodiment, a run in a straight passage tubular reactor can connect. The hydrogenation in step c2) is preferably carried out in bottom or trickle mode. Working up of 1,6-hexanediol from step c1) or c2)
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Austrag aus der Hydrierung in Schritt c1 ) oder c2) einer destillativen Auftrennung unter Gewinnung einer an 1 ,6-Hexandiol angereicherten Fraktion unterzogen und die an 1 ,6- Hexandiol angereicherte Fraktion zur Aminierung in Schritt d) eingesetzt. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the discharge from the hydrogenation in step c1) or c2) is subjected to a distillative separation to obtain a fraction enriched in 1,6-hexanediol and the fraction enriched in 1,6-hexanediol for the amination in step d ) used.
In einer Hydriervariante nach Schritt c1 ) wird zur Hydrierung Muconsaure in Wasser als Lösungsmittel eingesetzt. Der bei der Hydrierung von Muconsaure in Schritt c1 ) in Wasser als Lösungsmittel erhaltene Reaktionsaustrag stellt eine wässrige 1 ,6-In a hydrogenation variant after step c1), muconic acid in water is used as solvent for the hydrogenation. The reaction product obtained in the hydrogenation of muconic acid in step c1) in water as solvent provides an aqueous 1, 6
Hexandiol-Lösung dar. Nach dem Abkühlen und Entspannen des Hydrieraustrags wird das Wasser vorzugsweise destillativ entfernt und 1 ,6-Hexandiol kann in hoher Reinheit (> 97 %) erhalten werden. Wird die Muconsäure-Hydrierung in einer Hydriervariante nach Schritt c1 ) beispielsweise in Methanol als Lösungsmittel durchgeführt, so wird ein Teil der Muconsaure in situ in den Muconsäuremonomethyl- und Muconsäuredimethylester überführt. Der Hydrieraustrag stellt eine Lösung von 1 ,6-Hexandiol in einem Gemisch aus Methanol und Wasser dar. Durch Destillation werden Methanol und Wasser von 1 ,6-Hexandiol abgetrennt. Methanol wird vorzugsweise von Wasser getrennt und in die Hydrierung zurückgeführt. Wasser wird ausgeschleust. Hexanediol solution. After cooling and relaxing the hydrogenation, the water is preferably removed by distillation and 1, 6-hexanediol can be obtained in high purity (> 97%). If the muconic acid hydrogenation is carried out in a hydrogenation variant after step c1), for example in methanol as solvent, a part of the muconic acid is converted in situ into the muconic acid monomethyl and muconic acid dimethylester. The hydrogenation is a solution of 1, 6-hexanediol in a mixture of methanol and water. By distillation, methanol and water are separated from 1, 6-hexanediol. Methanol is preferably separated from water and recycled to the hydrogenation. Water is discharged.
Wird n-Butanol oder i-Butanol als Lösungsmittel bei der Muconsäure-Hydrierung eingesetzt, so erhält man nach dem Abkühlen und Entspannen des Hydrieraustrags ein flüssiges zweiphasiges Gemisch. Die wässrige Phase wird von der organischen Phase durch Phasentrennung abgetrennt. Die organische Phase wird destilliert. Als Kopfprodukt wird Butanol abgetrennt und vorzugsweise in die Muconsäure-Hydrierung zurückgeführt. 1 ,6-Hexandiol kann, wenn nötig, destillativ weiter gereinigt werden. Werden Muconsäurediester zur Hydrierung eingesetzt, so werden weitgehend wasserfreie Lösungen von 1 ,6-Hexandiol erhalten, die destillativ zu reinem 1 ,6-Hexandiol aufgearbeitet werden können. Die erhaltenen Alkohole werden vorzugsweise in die Veresterungsstufe zurückgeführt. Bei Hydrierung von Muconsäureoligo- und Polyestern, die 1 ,6-Hexandiol als Diolkom- ponente enthalten, fällt ein ganz überwiegend aus 1 ,6-Hexandiol bestehender If n-butanol or isobutanol is used as the solvent in the hydrogenation of the mucous acid, a liquid two-phase mixture is obtained after cooling and venting of the hydrogenation effluent. The aqueous phase is separated from the organic phase by phase separation. The organic phase is distilled. Butanol is separated off as the top product and is preferably recycled to the muconic acid hydrogenation. 1, 6-hexanediol can, if necessary, be further purified by distillation. If muconic acid diesters are used for the hydrogenation, largely anhydrous solutions of 1,6-hexanediol are obtained, which can be worked up by distillation to give pure 1,6-hexanediol. The resulting alcohols are preferably recycled to the esterification step. In the hydrogenation of muconic acid oligo- and polyesters containing 1,6-hexanediol as the diol component, a predominantly composed of 1,6-hexanediol precipitates
Hydrieraustrag an.
Schritt d) Hydrogenation on. Step d)
In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt c1 ) oder c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol einer Aminierung in Gegenwart eines Aminierungskatalysators un- ter Erhalt von Hexamethylendiamin unterzogen. In step d) of the process according to the invention, the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) is subjected to an amination in the presence of an amination catalyst to obtain hexamethylenediamine.
Das 1 ,6-Hexandiol wird in Schritt d) vorzugsweise mit Ammoniak in Gegenwart des Aminierungskatalysators zu Hexamethylendiamin umgesetzt. Die erfindungsgemäße Aminierung kann ohne Zufuhr von Wasserstoff, bevorzugt aber unter Zufuhr von Wasserstoff durchgeführt werden. The 1,6-hexanediol is preferably reacted with ammonia in step d) to form hexamethylenediamine in the presence of the amination catalyst. The amination according to the invention can be carried out without the supply of hydrogen, but preferably with the supply of hydrogen.
Als Katalysatoren werden in einer Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise überwiegend Cobalt, Silber, Nickel, Kupfer oder Ruthenium oder Gemische dieser Metalle verwendet. Unter„überwiegend" ist dabei zu verstehen, dass eines dieser Metalle zu mehr als 50 Gew.-% im Katalysator (berechnet ohne Träger) enthalten ist. Die Katalysatoren können als Vollkatalysatoren, also ohne Katalysator-Träger oder als Träger- Katalysatoren verwendet werden. Als Träger werden vorzugsweise S1O2, AI2O3, T1O2, ZrÜ2, Aktivkohle, Silikate und/oder Zeolithe verwendet. Die genannten Katalysatoren werden bevorzugt als Festbettkatalysatoren verwendet. Es ist auch möglich, Cobalt, Nickel und/oder Kupfer in Form von Suspensionskatalysatoren vom Raney-Typ einzusetzen. The catalysts used in one embodiment of the invention are preferably predominantly cobalt, silver, nickel, copper or ruthenium or mixtures of these metals. By "predominantly" it is to be understood that one of these metals is more than 50% by weight in the catalyst (calculated without carrier) The catalysts can be used as unsupported catalysts, ie without catalyst carrier or as carrier catalysts. The supports used are preferably S1O2, Al2O3, T1O2, ZrO2, activated carbon, silicates and / or zeolites The catalysts mentioned are preferably used as fixed bed catalysts It is also possible to use cobalt, nickel and / or copper in the form of Raney type suspension catalysts use.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aminieren des 1 ,6-Hexandiols in homogener Phase und der Katalysator ist ein Komplexkatalysator, der mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems (IUPAC) sowie mindestens einen Donorliganden enthält. Solche Katalysatoren sind beispielsweise aus der WO 2012/1 19929 A1 bekannt. Die Aminierung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 250 °C, besonders bevorzugt 120 bis 230 °C, ganz besonders bevorzugt 100 bis 210 °C. In one embodiment of the invention, the amination of the 1,6-hexanediol is carried out in a homogeneous phase and the catalyst is a complex catalyst containing at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table (IUPAC) and at least one donor ligand. Such catalysts are known, for example, from WO 2012/1 19929 A1. The amination is preferably carried out at temperatures of 100 to 250 ° C, more preferably 120 to 230 ° C, most preferably 100 to 210 ° C.
Der Gesamtdruck liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 MPa, besonders bevorzugt 7 bis 27 MPa, ganz besonders bevorzugt 10 bis 25 MPa. The total pressure is preferably in the range of 5 to 30 MPa, more preferably 7 to 27 MPa, most preferably 10 to 25 MPa.
Das Molverhältnis von 1 ,6-Hexandiol zu Ammoniak beträgt bevorzugt 1 zu 30, besonders bevorzugt 1 zu 25, ganz besonders bevorzugt 1 zu 20.
Die Aminierung kann lösungsmittelfrei erfolgen. Bevorzugt wird sie allerdings in Gegenwart wenigstens eines Lösungsmittels durchgeführt. Als Lösungsmittel sind Wasser, Ether oder Gemische dieser Lösungsmittel bevorzugt, wobei Ether besonders bevorzugt ausgewählt sind unter Dioxan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, Di- oxolan, Dibutylether und Methyl-tert.-butylether. The molar ratio of 1,6-hexanediol to ammonia is preferably 1 to 30, more preferably 1 to 25, most preferably 1 to 20. The amination can be carried out solvent-free. However, it is preferably carried out in the presence of at least one solvent. Preferred solvents are water, ethers or mixtures of these solvents, ethers being particularly preferably selected from dioxane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, dibutyl ether and methyl tert-butyl ether.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die bei der Hydrierung von Muconsäure anfallenden wässrigen 1 ,6-Hexandiol-Lösungen ohne Aufarbeitung in dem Aminierungsschritt eingesetzt. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the aqueous 1,6-hexanediol solutions obtained in the hydrogenation of muconic acid are used without work-up in the amination step.
Es kann vorteilhaft sein, einen Teil des in Schritt c1 ) oder c2) erhaltenen wässrigen 1 ,6-Hexandiols ganz oder teilweise zu entwässern. Bei einer teilweisen Entwässerung können beispielsweise 50 %, bevorzugt 70 %, besonders bevorzugt 90 % des im rohen 1 ,6-Hexandiol enthaltenen Wassers entfernt werden. Dies kann z. B. durch Abdampfen des Wassers bei 50 bis 90 °C bei vermindertem Druck (z. B. am Rotationsverdampfer) oder durch Destillation erfolgen. It may be advantageous to completely or partially dehydrate part of the aqueous 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2). In the case of partial dehydration, it is possible, for example, to remove 50%, preferably 70%, particularly preferably 90%, of the water present in the crude 1,6-hexanediol. This can be z. B. by evaporation of the water at 50 to 90 ° C at reduced pressure (eg., On a rotary evaporator) or by distillation.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Aminierung in Gegenwart von Hexamethylenimin als Lösungsmittel oder Hexamethylenimin/Wasser-Gemischen durchgeführt. In a particularly preferred embodiment, the amination is carried out in the presence of hexamethyleneimine as solvent or hexamethyleneimine / water mixtures.
Die Lösungsmittelmenge wird vorzugsweise so bemessen, dass 5 bis 80, bevorzugt 10 bis 70, besonders bevorzugt 15 bis 60 gew.-%ige 1 ,6-Hexandiol-Lösungen entstehen. Pro Mol 1 ,6-Hexandiol werden bevorzugt 10 bis 150 Liter, besonders bevorzugt 10 bis 100 Liter Wasserstoff zugeführt. The amount of solvent is preferably such that 5 to 80, preferably 10 to 70, particularly preferably 15 to 60 wt .-% strength 1, 6-hexanediol solutions. Per mole of 1,6-hexanediol, preferably 10 to 150 liters, more preferably 10 to 100 liters of hydrogen are fed.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Aminierung von 1 ,6-Hexandiol mit Ammoniak in einem ersten Teilschritt d1 ) zu einem Gemisch aus 1 -Amino-6-hydroxy- hexan und Hexamethylendiamin, welches mehr als 50 Gew.-% 1 -Amino-6-hydroxy- hexan enthält. Dieses wird in einem Teilschritt d2) zusammen mit Hexamethylendiamin von nicht umgesetztem 1 ,6-Hexandiol abgetrennt und in einem Teilschritt d3) mit weiterem Ammoniak zu Hexamethylendiamin umgesetzt. Die Aminierung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich, in der Flüssig- oder Gasphase durchgeführt werden, wobei eine kontinuierliche Verfahrensführung bevorzugt ist. In one embodiment of the invention, the amination of 1,6-hexanediol with ammonia takes place in a first substep d1) to give a mixture of 1-amino-6-hydroxyhexane and hexamethylenediamine which contains more than 50% by weight of 1-amino Contains 6-hydroxyhexane. This is separated in a partial step d2) together with hexamethylenediamine from unreacted 1, 6-hexanediol and reacted in a partial step d3) with further ammonia to hexamethylenediamine. The amination can be carried out batchwise or continuously, in the liquid or gas phase, preference being given to a continuous process.
Die Aufarbeitung des noch 1 -Amino-6-hydroxyhexan enthaltenden Zielprodukts Hexamethylendiamin erfolgt vorzugsweise destillativ. Da 1 -Amino-6-hydroxyhexan und He-
xamethylendiamin sehr ähnliche Dampfdrücke besitzen, wird reines Hexamethylendi- amin ausgeschleust. Gemische aus 1 -Amino-6-hydroxyhexan und Hexamethylendi- amin werden in die Destillationsstufe zurückgeführt. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform wird das bei der Aminie- rung von 1 ,6-Hexandiol gebildete Hexamethylenimin destillativ aus dem Aminierungs- austrag abgetrennt und in die Aminierungsstufe zurückgeführt. Beträgt die zurückgeführte Hexamethylenimin-Menge 34 Gew.-%, (bezogen auf die Gewichtssumme aus 1 ,6-Hexandiol und Hexamethylenimin), so wird vorteilhafterweise kein zusätzliches Hexamethylenimin gebildet. Hexamethylenimin lässt sich als Azeotrop mit Wasser destillativ abtrennen. The workup of the still 1-amino-6-hydroxyhexane-containing target product hexamethylenediamine is preferably carried out by distillation. Since 1-amino-6-hydroxyhexane and He- xamethylenediamine have very similar vapor pressures, pure hexamethylenediamine is discharged. Mixtures of 1-amino-6-hydroxyhexane and hexamethylenediamine are recycled to the distillation stage. In a further, particularly preferred embodiment, the hexamethyleneimine formed in the amination of 1,6-hexanediol is separated by distillation from the amination discharge and recycled to the amination stage. If the recycled hexamethyleneimine amount is 34% by weight (based on the total weight of 1,6-hexanediol and hexamethyleneimine), then advantageously no additional hexamethyleneimine is formed. Hexamethyleneimine can be separated by distillation as an azeotrope with water.
Das erhaltene Hexamethylendiamin kann einer weiteren Aufreinigung unterzogen werden. Diese umfasst vorzugsweise wenigstens einen Destillationsschritt In einer speziel- len Ausführungsform wird das erhaltene Hexamethylendiamin durch fraktionierende Destillation auf "Faserqualität" (d. h. einen Hexamethylendiamingehalt von wenigstens 99,9 %) gebracht. Sofern die mit Hexamethylendiamin isomeren Verbindungen 2- Aminomethylcyclopentylamin (AMCPA) und/oder 1 ,2-Diaminocyclohexan (DACH) als Nebenprodukte enthalten sind, lassen sich diese nach US 6,251 ,229 B1 bei Drucken von 1 bis 300 mbar unter Verwendung von Druckverlust-armen Destillationskolonnen abtrennen. The resulting hexamethylenediamine may be subjected to further purification. This preferably comprises at least one distillation step. In a specific embodiment, the obtained hexamethylenediamine is brought to "fiber quality" by fractional distillation (i.e., a hexamethylenediamine content of at least 99.9%). If the compounds containing 2-aminomethylcyclopentylamine (AMCPA) and / or 1,2-diaminocyclohexane (DACH) are by-produced with hexamethylenediamine, these can be prepared according to US Pat. No. 6,251,229 B1 at pressures of from 1 to 300 mbar using pressure-loss-poor Separate distillation columns.
Schritt e) In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Polyamid 66 synthetisiert werden, das ein C14/C12-lsotopenverhältnis im Bereich von 0,5 x 10"12 bis 5 x 10"12 aufweist. Step e) In the process of this invention can be synthesized polyamide 66 having a C 14 / C 12 -lsotopenverhältnis in the range of 0.5 x 10 "12 to 5 × 10." 12
In einer Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) hergestellte Adipinsäure mit dem in Schritt d) hergestellten Hexamethylendiamin zu Polyamid 66 polykondensiert. Dies erfolgt bevorzugt in den folgenden Teilschritten: e1 ) Umsetzen von Adipinsäure und Hexamethylendiamin in einem Molverhältnis von im Wesentlichen 1 : 1 zu Hexamethylendiammoniumadipat (AH-Salz), und e2) Umsetzen des Hexamethylendiammoniumadipats zu Polyamid 66 bei einer Tem- peratur von maximal 275 °C. In one embodiment of the invention, adipic acid prepared in step b) is polycondensed with the hexamethylenediamine prepared in step d) to form polyamide 66. This is preferably carried out in the following substeps: e1) reacting adipic acid and hexamethylenediamine in a molar ratio of essentially 1: 1 to hexamethylenediammonium adipate (AH salt), and e2) reacting the hexamethylenediammonium adipate to polyamide 66 at a temperature of not more than 275 ° C.
Um hohe Molmassen des Polyamids 66 zu erzielen, sollten Adipinsäure und Hexamethylendiamin hierbei so genau wie möglich im Molverhältnis 1 :1 zusammengegeben werden. Es kann insbesondere gemäß einer Vorschrift gearbeitet werden, die aus
Hans-Georg Elias, Makromoleküle, 4. Auflage, Seiten 796 bis 797, Hüthig-Verlag (1981 ) bekannt ist. In order to achieve high molar masses of the polyamide 66, adipic acid and hexamethylenediamine should in this case be combined as exactly as possible in a molar ratio of 1: 1. In particular, it is possible to work in accordance with a rule which consists of Hans-Georg Elias, Macromolecules, 4th edition, pages 796 to 797, Hüthig-Verlag (1981) is known.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt a) hergestellte Mucon- säure mit dem in Schritt d) hergestellten Hexamethylendiamin zu Polyamid 66 polykondensiert (siehe EP 1 17048 A2). Dies erfolgt bevorzugt in den folgenden Teilschritten: e1.1 ) Umsetzen von Muconsaure und Hexamethylendiamin in einem Molverhältnis von im Wesentlichen 1 : 1 zu Hexamethylendiammoniummuconat, In another embodiment of the invention, muconic acid prepared in step a) is polycondensed with the hexamethylenediamine prepared in step d) to give polyamide 66 (see EP 1 17048 A2). This is preferably carried out in the following substeps: e1.1) reacting muconic acid and hexamethylenediamine in a molar ratio of essentially 1: 1 to hexamethylenediammonium muconate,
e1.2) Hydrieren des Hexamethylendiammoniummuconats zu Hexamethylendiammoni- umadipat, und e1.2) hydrogenating the hexamethylenediammonium muconate to hexamethylenediammonium adipate, and
e2) Umsetzen des Hexamethylendiammoniumadipats zu Polyamid 66. Um hohe Molmassen des Polyamids 66 zu erzielen, sollten Muconsäure und Hexamethylendiamin hierbei so genau wie möglich im Molverhältnis 1 :1 zusammengegeben werden. e2) Reaction of the hexamethylenediammonium adipate to polyamide 66. In order to achieve high molar masses of the polyamide 66, muconic acid and hexamethylenediamine should in this case be combined as accurately as possible in a molar ratio of 1: 1.
Das Umsetzen des Hexamethylendiammoniumadipats zu Polyamid 66 erfolgt insbe- sondere in Gegenwart von Wasser bei einer Temperatur von maximal 280 °C, besonders bevorzugt von maximal 275 °C. The reaction of the hexamethylenediammonium adipate to give polyamide 66 takes place in particular in the presence of water at a temperature of not more than 280 ° C., more preferably of not more than 275 ° C.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert. The invention will be further illustrated by the following non-limiting examples.
Beispiele Beispiel 1 : Examples Example 1:
Darstellung von Muconsäure cis,cis-Muconsäure wurde gemäß der Vorschrift in K. M. Draths, J. W. Frost, J. Am. Chem. Soc, 1 16 (1994), Seiten 399 - 400 mittels des Escherichia coli Mutants Preparation of muconic acid cis, cis-muconic acid was prepared according to the procedure in K.M. Draths, J.W. Frost, J. Am. Chem. Soc., 1 16 (1994), pages 399-400 by means of the Escherichia coli mutant
AB2834/pKD136/pKD8.243A/pKD8.292 biokatalytisch aus D-Glucose hergestellt. Beispiel 2: AB2834 / pKD136 / pKD8.243A / pKD8.292 biocatalytically produced from D-glucose. Example 2:
Darstellung von Adipinsäure Representation of adipic acid
In einen 250 ml Rührautoklaven wurde eine Suspension aus 24 g der cis,cis-Mucon- säure und 1 g Raney Ni in 56 g Wasser eingefüllt, 3 MPa Wasserstoff aufgepresst und
auf 80 °C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur von 80 °C wurde der Druck auf 10 MPa erhöht und so viel Wasserstoff nachdosiert, dass der Druck konstant blieb. Nach 12 h Reaktionszeit wurde auf eine Temperatur von 60 °C abgekühlt, auf Normaldruck entspannt und die Lösung vom Katalysator abfiltriert. Danach wurde langsam auf 20 °C abgekühlt und dabei Adipinsäure als ein weißer Feststoff auskristallisiert. In der Lösung konnte neben Adipinsäure noch Lacton (V) nachgewiesen werden. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 95 % und an Lacton (V) 5 %. Die Adipinsäure und Lacton (V) enthaltende Mutterlauge wird in die Hydrierstufe zurückgeführt. Beispiel 3: A suspension of 24 g of the cis, cis-muconic acid and 1 g of Raney Ni in 56 g of water was introduced into a 250 ml stirring autoclave, 3 MPa of hydrogen were pressed in and heated to 80 ° C. After reaching the temperature of 80 ° C, the pressure was increased to 10 MPa and replenished so much hydrogen that the pressure remained constant. After 12 h reaction time was cooled to a temperature of 60 ° C, depressurized to atmospheric pressure and the solution was filtered from the catalyst. It was then slowly cooled to 20 ° C and thereby crystallized adipic acid as a white solid. In addition to adipic acid, lactone (V) could be detected in the solution. The yield of adipic acid was 95% and of lactone (V) 5%. The adipic acid and lactone (V) containing mother liquor is recycled to the hydrogenation stage. Example 3:
Darstellung von 1 ,6-Hexandiol Preparation of 1, 6-hexanediol
15 g/h eines Gemisches aus 33 % der Adipinsäure und 67 % Wasser, wurden bei einer Zulauftemperatur von 70 °C in einen 30 ml Rohrreaktor, in dem sich 20 ml Katalysator (66 % CoO, 20 % CuO, 7,3 % Mn304, 3,6 % Mo03, 0,1 % Na20, 3 % H3P04, Herstellung gemäß DE 23 21 101 A; 4 mm Stränge; Aktivierung mit Wasserstoff bis 300 °C) befanden, in Rieselfahrweise bei einer Temperatur von 230 °C und einem Druck von 25 MPa hydriert. Der Reaktoraustrag wurde in einem Abscheider von überschüssigem Wasserstoff abgetrennt (Abgasmenge 2 l/h) und gelangte einerseits über eine Pumpe als Kreislaufstrom wieder auf den Kopf des Reaktors, wo er mit dem Zulaufstrom vereinigt wird (Zulauf : Umlauf = 1 : 10), und andererseits in ein Austragsgefäß. Die Austräge wurden gaschromatographisch (Gew.-%, Methode mit innerem Standard) analysiert. Die Ausbeute an 1 ,6-Hexandiol betrug 94 %, der Umsatz an Adipinsäure lag bei 98,5 %. Als weitere Produkte fanden sich 3 % 6-Hydroxycapronsäure, 1 % 6-Hydroxy- capronsäure-1 ,6-hexandiolester und 1 % Hexanol. 15 g / h of a mixture of 33% of adipic acid and 67% of water, at a feed temperature of 70 ° C in a 30 ml tube reactor in which 20 ml of catalyst (66% CoO, 20% CuO, 7.3% Mn 3 0 4 , 3.6% Mo0 3 , 0.1% Na 2 0, 3% H 3 P0 4 , preparation according to DE 23 21 101 A, 4 mm strands, activation with hydrogen up to 300 ° C) were, in trickle mode hydrogenated at a temperature of 230 ° C and a pressure of 25 MPa. The reactor effluent was separated in a separator of excess hydrogen (amount of flue gas 2 l / h) and reached on the one hand via a pump as recycle stream back to the head of the reactor, where it is combined with the feed stream (inlet: circulation = 1:10), and on the other hand in a discharge vessel. The discharges were analyzed by gas chromatography (% by weight, method with internal standard). The yield of 1, 6-hexanediol was 94%, the conversion of adipic acid was 98.5%. Other products that were found were 3% 6-hydroxycaproic acid, 1% 6-hydroxycaproic acid 1,6-hexanediol ester and 1% hexanol.
Darstellung von Hexamethylendiamin: Preparation of hexamethylenediamine:
Die Darstellung von Hexamethylendiamin aus 1 ,6-Hexandiol auf Basis Muconsäure erfolgte in Analogie zur US 3,215,742, Beispiele 1 und 2. The preparation of hexamethylenediamine from 1,6-hexanediol based on muconic acid was carried out analogously to US Pat. No. 3,215,742, Examples 1 and 2.
Beispiel 4: Example 4:
Aminierung von 1 ,6-Hexandiol Amination of 1,6-hexanediol
Der Wassergehalt des nach Beispiel 3 dieser Anmeldung hergestellten Roh-1 ,6- Hexndiols wurde durch Abdampfen bei 70 °C und Wasserstrahlvakuum auf 5 Gew.-% abgesenkt. The water content of the crude 1,6-hexanediol prepared according to Example 3 of this application was lowered to 5% by weight by evaporation at 70 ° C. and water-jet vacuum.
193 g Roh-1 ,6-Hexandiol wurde mit den in Beispiel 1 beschriebenen Mengen Dioxan, Raney-Nickel und flüssigem Ammoniak in einem Autoklaven 5 Stunden lang bei 200 °C
und 200 bar gerührt. Dann wurde der Autoklav abgekühlt und entspannt. Die gaschro- matographische Analyse des Reaktionsaustrags ergab, dass 55 % des 1 ,6-Hexandiols in ein Gemisch, bestehend aus 65 % Hexamethylendiamin und 35 % Hexamethylimin übergegangen waren. 193 g of crude 1,6-hexanediol were reacted with the amounts of dioxane, Raney nickel and liquid ammonia described in Example 1 in an autoclave at 200 ° C. for 5 hours and stirred 200 bar. Then the autoclave was cooled and relaxed. Gas chromatographic analysis of the reaction showed that 55% of the 1,6-hexanediol had been converted into a mixture consisting of 65% hexamethylenediamine and 35% hexamethylimine.
Beispiel 5: Example 5:
Aminierung von Gemischen aus Roh-1 ,6-Hexandiol und Hexamethylenimin Amination of mixtures of crude 1, 6-hexanediol and hexamethyleneimine
1 17 g teilweise entwässertes Roh-1 ,6-Hexandiol und 54 g Hexamethylenimin wurden in 50 g Dioxan gelöst. Diese Lösung wurde in einem Autoklaven zusammen mit 540 g flüssigem Ammoniak und 72 g Raney-Nickel sechs Stunden lang bei 180 bis 183 °C gerührt. Der Autoklav wurde abgekühlt und entspannt. Die gaschromatographische Analyse ergab, dass der 1 ,6-Hexandiol-Umsatz 35 % betrug. Die Hexamethylendiamin- Ausbeute betrug 98 %, bezogen auf umgesetztes 1 ,6-Hexandiol.
17 g of partially dehydrated crude 1,6-hexanediol and 54 g of hexamethyleneimine were dissolved in 50 g of dioxane. This solution was stirred in an autoclave together with 540 g of liquid ammonia and 72 g of Raney nickel at 180 to 183 ° C for six hours. The autoclave was cooled and relaxed. Gas chromatographic analysis revealed that the 1,6-hexanediol conversion was 35%. The Hexamethylendiamin- yield was 98%, based on reacted 1,6-hexanediol.
Claims
Verfahren zur Herstellung von Polyamid 66, bei dem man a) ein Muconsaureausgangsmaterial bereitstellt, das ausgewählt ist unter Mu- consäure, Estern der Muconsäure, Lactonen der Muconsäure und Mischungen davon, b) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsaureausgangsmaterial zumindest teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hb) zu Adipinsäure unterzieht, c1 ) das in Schritt a) bereitgestellte Muconsäureausgangsmaterial teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc1 ) zu 1 ,6-Hexandiol unterzieht, oder c2) die in Schritt b) erhaltene Adipinsäure teilweise einer Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart mindestens eines Hydrierkatalysators Hc2) zu 1 ,6- Hexandiol unterzieht, d) das in Schritt c1 ) oder c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol einer Aminierung in Gegenwart eines Aminierungskatalysators unter Erhalt von Hexamethylendi- amin unterzieht, e) zumindest einen Teil der in Schritt b) erhaltenen Adipinsäure und das in Schritt d) erhaltene Hexamethylendiamin einer Polykondensation unter Erhalt von Polyamid 66 unterzieht. Process for producing polyamide 66, in which a) a muconic acid starting material is provided which is selected from muconic acid, esters of muconic acid, lactones of muconic acid and mixtures thereof, b) the muconic acid starting material provided in step a) is at least partially reacted with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hb) to give adipic acid, c1) the muconic acid starting material provided in step a) is partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc1) to give 1,6-hexanediol, or c2) the adipic acid obtained in step b). partially subjected to a reaction with hydrogen in the presence of at least one hydrogenation catalyst Hc2) to give 1,6-hexanediol, d) subjecting the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or c2) to an amination in the presence of an amination catalyst to obtain hexamethylenediamine, e) subjecting at least part of the adipic acid obtained in step b) and the hexamethylenediamine obtained in step d) to a polycondensation to obtain polyamide 66.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Schritt a) ein Muconsäureausgangsmaterial bereitgestellt wird, bei dem die Muconsäure aus einer erneuerbaren Quelle stammt, wobei deren Herstellung vorzugsweise durch biokatalytische Synthese aus mindestens einem nachwachsenden Rohstoff erfolgt. Method according to claim 1, wherein in step a) a muconic acid starting material is provided, in which the muconic acid comes from a renewable source, the production of which is preferably carried out by biocatalytic synthesis from at least one renewable raw material.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in Schritt a) eingesetzte Muconsäure ein 14C- zu 12C-lsotopenverhältnis im Bereich von 0,5x 10"12 bis 5x10"12 aufweist.
The method according to claim 1 or 2, wherein the muconic acid used in step a) has a 14 C to 12 C isotope ratio in the range of 0.5x 10 "12 to 5x10 "12 .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Hydrierung in Schritt b) und/oder in Schritt c1 ) ein Muconsaure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremonoestern, Muconsäurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein for the hydrogenation in step b) and / or in step c1) a muconic acid starting material is used, which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, muconic diesters, poly (muconic acid esters) and mixtures thereof.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsaure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter den Lactonen (III), (IV) und (V) und Mischungen davon: 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein for the hydrogenation in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from the lactones (III), (IV) and (V) and mixtures thereof:
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hydrierkatalysator Hb) wenigstens ein Übergangsmetall ausgewählt aus der Gruppe Co, Ni, Cu, Re, Fe, Ru, Rh, Ir aufweist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogenation catalyst Hb) has at least one transition metal selected from the group Co, Ni, Cu, Re, Fe, Ru, Rh, Ir.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Hydrierkatalysator Hb) ausgewählt ist unter Raney-Cobalt, Raney-Nickel und Raney-Kupfer. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydrogenation catalyst Hb) is selected from Raney cobalt, Raney nickel and Raney copper.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hydrierung in Schritt b) bei einer Temperatur erfolgt, die im Bereich von 50 bis 160°C liegt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the hydrogenation in step b) takes place at a temperature which is in the range from 50 to 160 ° C.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als Lösungsmittel erfolgt. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogenation in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) takes place in the liquid phase in the presence of water as a solvent.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als einzigem Lösungsmittel erfolgt. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogenation in at least one of steps b) and / or c1) and / or c2) takes place in the liquid phase in the presence of water as the sole solvent.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator unter den Hydrierungsbedingungen in wenigstens einem der Schritte b) und/oder c1 ) und/oder c2) als heterogener Katalysator vorliegt. 1 1 . Process according to one of the preceding claims, wherein the catalyst is present as a heterogeneous catalyst under the hydrogenation conditions in at least one of steps b) and/or c1) and/or c2).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrierung in wenigstens einem der Schritte b), c1 ) und c2) in der flüssigen Phase erfolgt und der Katalysator in Form einer Suspension vorliegt.
12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogenation in at least one of steps b), c1) and c2) takes place in the liquid phase and the catalyst is in the form of a suspension.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Hydrierung in Schritt c1 ) in flüssiger Phase in Gegenwart eines Lösungsmittels erfolgt, das ausgewählt ist unter Wasser, aliphatischen d- bis Cs-Alkoholen, aliphatischen C2- bis C6-Diolen, Ethern und Gemischen daraus. Process according to one of claims 1 to 12, wherein the hydrogenation in step c1) takes place in the liquid phase in the presence of a solvent selected from water, aliphatic d- to Cs-alcohols, aliphatic C2- to C6-diols, ethers and mixtures from it.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Hydrierung in Schritt c1 ) in flüssiger Phase in Gegenwart von Wasser als einzigem Lösungsmittel erfolgt. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Hydrierung in Schritt c1 ) ein Muconsäurediester eingesetzt wird, der ausgewählt ist unter Verbindungen der allgemeinen Formel (II) 14. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the hydrogenation in step c1) takes place in the liquid phase in the presence of water as the sole solvent. 15. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein for the hydrogenation in step c1) a muconic acid diester is used which is selected from compounds of the general formula (II)
R1OOC-CH=CH-CH=CH-COOR2 (II) worin die Reste R1 und R2 unabhängig voneinander für geradkettiges oder zweigtes Ci-Cs-Alkyl stehen, wobei die Hydrierung in Schritt c1 ) in der Gasphase erfolgt. R 1 OOC-CH=CH-CH=CH-COOR 2 (II) in which the radicals R 1 and R 2 independently represent straight-chain or branched Ci-Cs-alkyl, the hydrogenation in step c1) taking place in the gas phase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Hydrierkatalysator Hc1 ) in Schritt c1 ) ein heterogener Übergangsmetallkatalysator eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein a heterogeneous transition metal catalyst is used as the hydrogenation catalyst Hc1) in step c1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das ausgewählt ist unter Muconsäure, Muconsäuremonoestern, Lactonen der Mu- consäure und Mischungen davon und ein heterogener Hydrierkatalysator Hc1 ) eingesetzt wird, der mindestens 50 Gew.-% Cobalt, Ruthenium oder Rhenium bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators enthält, oder in Schritt c1 ) ein Muconsäure-Ausgangsmaterial eingesetzt wird, das aus- gewählt ist unter Muconsäurediestern, Poly(muconsäureestern) und Mischungen davon und ein heterogener Hydrierkatalysator Hc1 ) eingesetzt wird, der mindestens 50 Gew.-% Kupfer bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators enthält.
Method according to one of the preceding claims, wherein in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from muconic acid, muconic acid monoesters, lactones of muconic acid and mixtures thereof and a heterogeneous hydrogenation catalyst Hc1) which has at least 50% by weight is used. % cobalt, ruthenium or rhenium based on the total weight of the reduced catalyst, or in step c1) a muconic acid starting material is used which is selected from muconic diesters, poly(muconic acid esters) and mixtures thereof and a heterogeneous hydrogenation catalyst Hc1) is used , which contains at least 50% by weight of copper based on the total weight of the reduced catalyst.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in Schritt c2) eingesetzte Hydrierkatalysator Hc2) bezogen auf das Gesamtgewicht des reduzierten Katalysators mindestens 50 Gew.-% Elemente enthält, die ausgewählt sind unter Rhenium, Eisen, Ruthenium, Cobalt, Rhodium, Iridium, Nickel und Kup- fer. 18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogenation catalyst Hc2) used in step c2) contains at least 50% by weight of elements selected from rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, based on the total weight of the reduced catalyst , nickel and copper.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrierung in Schritt c2) bei einer Temperatur erfolgt, die im Bereich von 160 bis 240 °C liegt. 19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hydrogenation in step c2) takes place at a temperature which is in the range from 160 to 240 ° C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei adipinsäurehaltiges Wasser, das bei einer Isolierung des Hydrierkatalysators Hc2) nach Abschluss des Schrittes c2) gewonnen wird, in Schritt b) als Lösungsmittel eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein water containing adipic acid, which is obtained during isolation of the hydrogenation catalyst Hc2) after completion of step c2), is used as a solvent in step b).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die Hydrierung in Schritt b) und/oder die Hydrierung in Schritt c1 ) und/oder die Hydrierung in Schritt c2) in n hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren durchführt, wobei n für eine ganze Zahl von wenigstens zwei steht und wobei der 1. bis (n-1 ). Reaktor über einen in einem externen Kreislauf geführten Strom aus der Reaktionszone verfügt und man die Hydrierung in dem n. Reaktor adiabatisch durchführt. Method according to one of the preceding claims, wherein the hydrogenation in step b) and/or the hydrogenation in step c1) and/or the hydrogenation in step c2) is carried out in n hydrogenation reactors connected in series, where n represents an integer of at least two and where the 1st to (n-1 ). Reactor has a stream from the reaction zone carried in an external circuit and the hydrogenation is carried out adiabatically in the nth reactor.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt c1 ) oder das in Schritt c2) erhaltene 1 ,6-Hexandiol in Schritt d) mit Ammoniak in Gegenwart des Aminierungskatalysators zu Hexamethylendiamin umgesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the 1,6-hexanediol obtained in step c1) or in step c2) is reacted in step d) with ammonia in the presence of the amination catalyst to give hexamethylenediamine.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aminierung in Schritt d) ohne oder mit Zufuhr von Wasserstoff durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the amination in step d) is carried out without or with the addition of hydrogen.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reaktionsaus- trag der Aminierung in Schritt d) einer Auftrennung unter Erhalt einer an Hexame- thylenimin angereicherten und einer an Hexamethylendiamin abgereicherten24. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reaction product of the amination in step d) undergoes a separation to obtain a hexamethyleneimine enriched and a hexamethylenediamine depleted
Fraktion unterzogen wird und die an Hexamethylenimin angereicherte Fraktion in die Aminierung in Schritt d) zurückgeführt wird. Fraction is subjected and the fraction enriched in hexamethyleneimine is returned to the amination in step d).
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) Hexa- methylenimin als einziges Lösungsmittel verwendet wird. 25. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step d) hexamethyleneimine is used as the only solvent.
26. Polyamid 66, dadurch gekennzeichnet, dass es ein C14/C12-lsotopenverhältnis im Bereich von 0,5 x 10"12 bis 5 x 10"12 aufweist.
26. Polyamide 66, characterized in that it has a C 14 /C 12 isotope ratio in the range of 0.5 x 10 "12 to 5 x 10 "12 .
27. Polyamid 66, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgehend von biokatalytisch aus mindestens einem nachwachsenden Rohstoff synthetisierter Muconsaure herstellbar ist.
27. Polyamide 66, characterized in that it can be produced starting from muconic acid synthesized biocatalytically from at least one renewable raw material.
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EP14811899.5A EP3080190A1 (en) | 2013-12-13 | 2014-12-12 | Process for producing nylon-6,6 |
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