WO2013004577A1 - Process for the preparation of formic acid by reacting carbon dioxide with hydrogen - Google Patents

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Donata Maria Fries
Rocco Paciello
Peter Bassler
Martin Schäfer
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    • B01J2531/98Phase-transfer catalysis in a mixed solvent system containing at least 2 immiscible solvents or solvent phases

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of formic acid by reacting carbon dioxide with hydrogen in a hydrogenation reactor in the presence of a catalyst containing an element from the 8th, 9th or 10th group of the periodic table, a tertiary amine and a polar solvent, with formation of formic acid-amine adducts, which are then thermally cleaved to formic acid and tertiary amine.
  • Adducts of formic acid and tertiary amines can be thermally cleaved into free formic acid and tertiary amine and therefore serve as intermediates in the preparation of formic acid.
  • Formic acid is an important and versatile product. It is used, for example, for acidification in the production of animal feed, as a preservative, as a disinfectant, as an adjuvant in the textile and leather industry, as a mixture with their salts for de-icing of airplanes and runways and as a synthesis component in the chemical industry.
  • the said adducts of formic acid and tertiary amines can be prepared in various ways, for example (i) by direct reaction of the tertiary amine with formic acid, (ii) by hydrolysis of methyl formate to formic acid in the presence of the tertiary amine, (iii) by catalytic Hydration of carbon monoxide in the presence of the teriary amine or (iv) by hydrogenation of carbon dioxide to formic acid in the presence of the tertiary amine.
  • the latter method of catalytic hydrogenation of carbon dioxide has the particular advantage that carbon dioxide is available in large quantities and is flexible in its source.
  • EP 0 095 321 describes a process for the preparation of trialkylammonium formates, ie of an adduct of formic acid and a tertiary amine, by hydrogenation of carbon dioxide in the presence of a tertiary amine, a solvent and a transition metal catalyst of VIII.
  • Subgroup of the Periodic Table (Groups 8, 9, 10 according to IUPAC).
  • the catalyst used is preferably ruthenium trichloride.
  • tertiary amine and solvent triethylamine and a mixture of isopropanol and water are preferred.
  • the reaction takes place in an autoclave at 82 bar and 80 ° C.
  • the working up of the reaction mixture is carried out by distillation, whereby a first fraction containing isopropanol, water and triethylamine and a second fraction containing the adduct of formic acid and triethylamine are obtained.
  • the thermal decomposition of the adduct of formic acid and triethylamine to formic acid is not described in EP 0 095 321.
  • EP 0 151 510 also describes a process for the preparation of adducts of formic acid and triethylamine, wherein the catalyst used is a rhodium-containing complex catalyst.
  • the reaction is also carried out in an autoclave, the work-up of the resulting reaction mixture is carried out as in EP 0 095 321 by distillation.
  • EP 0 126 524 and EP 0 181 078 describe a process for the preparation of formic acid by thermal cleavage of adducts of formic acid and a teriary amine.
  • the process for producing formic acid comprises the following steps: i) reacting carbon dioxide and hydrogen in the presence of a volatile tertiary amine and a catalyst to obtain the adduct
  • Formic acid and the volatile tertiary amine ii) separation of the adduct of formic acid and volatile tertiary amine from the catalyst and the gaseous components in an evaporator, iii) separation of the unreacted volatile tertiary amine in a distillation column or in a phase separator of the adduct of formic acid and the volatile tertiary amine, iv) base exchange of the volatile tertiary amine in the adduct of formic acid and the volatile tertiary amine by a less volatile and weaker nitrogen base, such as 1-n-butylimidazole, v) thermal cleavage of the adduct of formic acid and the less volatile and weaker nitrogen base to give formic acid and the less volatile and weaker nitrogen base.
  • a less volatile and weaker nitrogen base such as 1-n-butylimidazole
  • EP 0 126 524 and EP 0 181 078 the volatile tertiary amine in the formic acid adduct must be exchanged by a less volatile and weaker nitrogen base, such as, for example, 1-n-butylimidazole, before the thermal cleavage.
  • a less volatile and weaker nitrogen base such as, for example, 1-n-butylimidazole
  • a further significant disadvantage of the processes according to EP 0 126 524 and EP 0 181 078 is the fact that the separation of the adduct of formic acid and volatile tertiary amine according to the above-described step ii) of EP 0 126 524 and EP 0 181 078 in one Evaporator is carried out in the presence of the catalyst.
  • the cleavage leads to a significant reduction in the yield of adduct of formic acid and volatile tertiary amine and thus to a reduction in the yield of the target product formic acid.
  • EP 0 329 337 proposes the addition of an inhibitor which reversibly inhibits the catalyst in order to solve this problem.
  • Preferred inhibitors include carboxylic acids, carbon monoxide and oxidizing agents.
  • the production of formic acid therefore comprises the steps i) to v) described above for EP 0 126 524 and EP 0 181 078, the addition of the inhibitor taking place after step i) and before or during step ii).
  • EP 0 329 337 A further disadvantage of EP 0 329 337 is that a large part of the catalyst in the process is inhibited. Therefore, in the process according to EP 0 329 337, the inhibited catalyst must be reactivated before reuse in the hydrogenation (step i)).
  • WO 2010/149507 describes a process for the preparation of formic acid by hydrogenation of carbon dioxide in the presence of a tertiary amine, a transition metal catalyst and a high boiling polar solvent with an electrostatic factor> 200 * 10 "30 cm, such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, 1, 3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, dipropylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol and glycerol to give a reaction mixture which contains the formic acid amine.
  • a tertiary amine such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, 1, 3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, dipropylene glycol, 1,5-pentanedi
  • Adduct Adduct, the tertiary amine, the high-boiling polar solvent and the catalyst
  • the reaction mixture is worked up according to WO 2010/149507 according to the following steps: 1) phase separation of the reaction mixture to obtain an upper phase containing the tertiary amine and the catalyst and a lower phase containing the formic acid-amine adduct, the high-boiling polar solvents and residues of the catalyst; Recycling of the upper phase for hydrogenation,
  • the process according to WO 2010/149507 has the advantage over the processes according to EP 0 095 321, EP 0 151 510, EP 0 126 524, EP 0 181 078 and EP 0 329 337 that it can be carried out without the complex base exchange step (step (iv)). ) and allows separation and recycling of the catalyst in its active form.
  • a disadvantage of the process of WO 2010/149507 is that the separation of the catalyst despite phase separation (step 1)) and extraction (step 2)) is not always completely successful, so that traces of catalyst contained in the raffinate in the thermal cracking in the distillation column in Step 3) can catalyze the cleavage of the formic acid-amine adduct to carbon dioxide and hydrogen and the tertiary amine. It is also disadvantageous that esterification of the formic acid formed with the high-boiling polar solvents (diols and polyols) occurs in the thermal cleavage of the formic acid-amine adduct in the distillation column. This leads to a reduction in the yield of the target product formic acid.
  • the object of the present invention was to provide a process for the preparation of formic acid by hydrogenation of carbon dioxide, which does not have the disadvantages of the prior art or only to a significantly reduced extent and which leads to concentrated formic acid in high yield and high purity , Furthermore, the method should allow a simpler process control, as described in the prior art, in particular a simpler process concept for working up the discharge from the hydrogenation reactor, simpler process steps, a smaller number of process stages or simpler Apparatuses. Furthermore, the method should also be able to be carried out with the lowest possible energy requirement.
  • At least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula ( A1)
  • R 1 , R 2 , R 3 independently of one another are unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic
  • X is in the range of 0.4 to 5 and
  • R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
  • step (b1) phase separation of the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1) or
  • step (b2) Extraction of the at least one catalyst from the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in an extraction unit with an extractant containing at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R1) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the at least one catalyst or
  • step (b3) phase separation of the obtained in step (a) Hydnergemischs (H) in a first phase separation device in the upper phase (01) and the lower phase (U1) and extraction of the residues of the at least one catalyst from the lower phase (U1) in an extraction unit with a Extraction agent comprising the at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the radicals of the at least one catalyst, (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the lower phase (U 1), from the raffinate (R1) or from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) containing the at least one polar solvent, which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottoms mixture (S1)
  • step (A2) in a thermal cleavage unit to obtain the at least one tertiary amine (A1) which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and formic acid discharged from the thermal cleavage unit, immediately before and / or during step (C) the lower phase (U 1), the raffinate (R1) or the raffinate (R2) is added at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, of carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and oxidizing agents.
  • a reaction mixture (Rg) which comprises carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst containing at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the Group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1).
  • the carbon dioxide used in process step (a) can be solid, liquid or gaseous. It is also possible to use gas mixtures containing large quantities of carbon dioxide, provided they are substantially free of carbon monoxide (volume fraction of ⁇ 1% CO).
  • the hydrogen used in the hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) is generally gaseous.
  • Carbon dioxide and hydrogen may also contain inert gases, such as nitrogen or noble gases. However, their content is advantageously below 10 mol% based on the total amount of carbon dioxide and hydrogen in the hydrogenation reactor. Although quantities may also be tolerable, they generally require the use of a higher pressure in the reactor, requiring further compression energy.
  • Carbon dioxide and hydrogen can be fed to process stage (a) as separate streams. It is also possible to use a mixture containing carbon dioxide and hydrogen in process step (a).
  • tertiary amine (A1) is used in process step (a) in the hydrogenation of carbon dioxide.
  • tertiary amine (A1) is understood as meaning both one (1) tertiary amine (A1) and mixtures of two or more tertiary amines (A1).
  • the tertiary amine (A1) used in the process according to the invention is preferably selected in such a way or with the polar solvent that the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a), if appropriate after the addition of water, is at least biphasic.
  • the hydrogenation mixture (H) contains an upper phase (01) containing the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U 1) containing the at least one polar solvent, residues of the catalyst and at least one formic acid Amine adduct (A2).
  • the tertiary amine (A1) should be enriched in the upper phase (01), i. the upper phase (01) should contain the main part of the tertiary amine (A1).
  • enriched or "main part” with respect to the tertiary amine (A1) is a weight fraction of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) of> 50% based on the total weight of the free tertiary Amine (A1) in the liquid phases, ie the upper phase (01) and the lower phase (U 1) in the hydrogenation mixture (H) to understand.
  • free tertiary amine (A1) is meant the tertiary amine (A1) which is not bound in the form of the formic acid-amine adduct (A2).
  • the weight fraction of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) and the lower phase ( U 1) in the hydrogenation mixture (H).
  • the selection of the tertiary amine (A1) is generally carried out by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the tertiary amine (A1) in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U1)) under the process conditions in the process stage (a) be determined experimentally.
  • non-polar solvents such as aliphatic, aromatic or araliphatic solvents may be added to the tertiary amine (A1).
  • Preferred non-polar solvents are, for example, octane, toluene and / or xylenes (o-xylene, m-xylene, p-xylene).
  • the preferred tertiary amine to be used in the process according to the invention is an amine of the general formula
  • NR 1 R 2 R 3 in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are identical or different and independently of one another are an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical having in each case 1 to 16 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, wherein individual carbon atoms can be substituted independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and> N- and two or all three radicals with formation a chain comprising at least four atoms each can also be connected to each other.
  • a tertiary amine of the general formula (A1) is used, with the proviso that the total number of carbon atoms is at least 9.
  • Suitable tertiary amines of the formula (A1) are:
  • Di-methyl-decylamine dimethyldodecylamine, dimethyl-tetradecylamine, ethyl-di (2-propyl) amine, dioctyl-methylamine, dihexyl-methylamine.
  • triphenylamine methyldiphenylamine, ethyldiphenylamine, propyldiphenylamine, butyldiphenylamine, 2-ethylhexyldiphenylamine, dimethylphenylamine, diethylphenylamine, dipropylphenylamine, dibutylphenylamine, bis (2-ethylhexyl ) - phenylamine, tribenzylamine, methyl-dibenzylamine, ethyl-dibenzylamine and theirs by one or more methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl or 2-methyl-2- propyl groups substituted derivatives.
  • Nd-bis-C 1-4 -alkyl-piperidines N, N-di-d-bis-C 1-4 -alkyl-piperazines, N-crib-C 12 -alkyl-pyrrolidones, NC-bis-C 1-4 -alkyl-imidazoles and theirs one or more methyl.
  • DBU 1, 8-diazabicyclo [5.4.0] undsec-7-ene
  • DABCO 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane
  • tropane N-methyl-8-azabicyclo [3.2 .1] octane
  • garnetane N-methyl-9-azabicyclo [3.3.1] nonane
  • 1-azabicyclo [2.2.2] octane quinuclidine
  • mixtures of two or more different tertiary amines (A1) can also be used.
  • the tertiary amine of the general formula (A1) is an amine in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are independent are selected from the group (to C 12 alkyl, C 5 - to C 8 cycloalkyl, benzyl and phenyl, a.
  • a saturated amine i. containing only single bonds of the general formula (A1).
  • An especially suitable amine in the process according to the invention is a tertiary amine of the general formula (A1) in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are independently selected from the group C 5 - to C 8 -alkyl, in particular tri -n-pentylamine, tri-n-hexylamine, tri-n-heptylamine, tri-n-octylamine,
  • Dimethylcyclohexylamine, methyldicyclohexylamine, dioctylmethylamine and dimethyldecylamine is used.
  • the tertiary amine used is an amine of the general formula (A1) in which the radicals R 1 , R 2 and R 3 are selected independently of one another from C 5 - and C 6 -alkyl.
  • tri-n-hexylamine is used as the tertiary amine of the general formula (A1).
  • the tertiary amine (A1) in the process according to the invention is preferably liquid in all process stages. However, this is not a mandatory requirement. It would also be sufficient if the tertiary amine (A1) were dissolved at least in suitable solvents.
  • Suitable solvents are in principle those which are chemically inert with respect to the hydrogenation of carbon dioxide, in which the tertiary amine (A1) and the catalyst dissolve well and in which, conversely, the polar solvent and the formic acid-amine adduct (A2) dissolve poorly ,
  • chemically inert, nonpolar solvents such as aliphatic, aromatic or araliphatic hydrocarbons, such as octane and higher alkanes, toluene, xylenes.
  • At least one polar solvent is selected in process step (a) in the hydrogenation of carbon dioxide from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1 - propanol and water used.
  • polar solvent is understood to mean both one (1) polar solvent and mixtures of two or more polar solvents.
  • the polar solvent used in the process according to the invention is preferably selected or matched with the tertiary amine (A1) so that it preferably meets the following criteria with regard to the phase behavior in the hydrogenation reactor in process step (a):
  • the polar solvent should preferably be selected such that the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is at least biphasic.
  • the polar solvent should be enriched in the lower phase (U 1), ie the lower phase (U 1) should contain the main part of the polar solvent.
  • enriched or “main part” with respect to the polar solvent is a weight fraction of the polar solvent in the lower phase (U 1) of> 50%, based on the total weight of the polar solvent in the liquid phases (upper phase ( 01) and lower phase (U 1)) in the hydrogenation reactor to understand.
  • the weight fraction of the polar solvent in the lower phase (U 1) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the polar solvent in the upper phase (01) and the lower phase (U 1).
  • the selection of the polar solvent satisfying the above criteria is generally accomplished by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the polar solvent in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) under the process conditions in Process step (a) are determined experimentally.
  • the polar solvent may be a pure polar solvent or a mixture of two or more polar solvents as long as the polar solvent or mixture of polar solvents meets the above-described phase behavior and solubility criteria in the upper phase (01) and the above Subphase (U 1) in the hydrogenation reactor in process step (a).
  • step (a) first of all a single-phase hydrogenation mixture is obtained, which is converted into the biphasic hydrogenation mixture (H) by the addition of water.
  • the biphasic hydrogenation mixture (H) is obtained directly in step (a).
  • the biphasic hydrogenation mixture (H) obtained in this embodiment can be directly fed to the work-up of step (b). It is also possible to additionally add Waser to the biphasic hydrogenation mixture (H) before further processing in step (b). This can lead to an increase of the distribution coefficient P K.
  • the ratio of alcohol to water is chosen so that together with the formic acid-amine adduct (A2) and the tertiary amine (A1) at least two-phase Hydrogenation mixture (H) containing the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is formed.
  • a polar solvent a mixture of alcohol (selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1 - propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and 2-methyl- 1 -propanol) and water is used, the ratio of alcohol to water is chosen so that, together with the formic acid-amine adduct (A2) and the tertiary amine (A1) first a single-phase hydrogenation mixture is formed, which is subsequently by addition of Water is transferred to the biphasic hydrogenation mixture (H).
  • the polar solvent used is water, methanol or a mixture of water and methanol.
  • diols and their formic acid esters, polyols and their formic acid esters, sulfones, sulfoxides and open-chain or cyclic amides as the polar solvent is not preferred. In a preferred embodiment, these polar solvents are not contained in the reaction mixture (Rg).
  • the molar ratio of the polar solvent or solvent mixture used in the process according to the invention in process step (a) to the tertiary amine (A1) used is generally 0.5 to 30 and preferably 1 to 20.
  • the catalyst used in the process according to the invention in process step (a) for the hydrogenation of carbon dioxide comprises at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the periodic table (nomenclature according to I UPAC).
  • Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table include Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt.
  • one (1) catalyst or a mixture of two or more catalysts can be used.
  • one (1) catalyst is used.
  • “catalyst” is understood to mean both one (1) catalyst and mixtures of two or more catalysts.
  • the catalyst contains at least one element selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt, more preferably at least one element selected from the group consisting of Ru, Rh and Pd. Most preferably, the catalyst contains Ru.
  • a complex-type compound (complex catalyst) of the above-mentioned elements is preferably used.
  • the reaction in process step (a) is preferably carried out homogeneously catalyzed.
  • homogeneously catalyzed means that the catalytically active part of the complex-like compound (of the complex catalyst) is present at least partially dissolved in the liquid reaction medium.
  • the complex catalyst used in process step (a) is dissolved in the liquid reaction medium, more preferably at least 95%, especially preferably more than 99%, most preferably the complex catalyst is completely dissolved in the liquid reaction medium (100%). ), in each case based on the total amount of complex catalyst present in the liquid reaction medium.
  • the amount of the metal components of the complex catalyst in process step (a) is generally from 0.1 to 5000 ppm by weight, preferably from 1 to 800 ppm by weight and more preferably from 5 to 800 ppm by weight, based in each case on the entire liquid reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor.
  • the complex catalyst is selected so that it is enriched in the upper phase (01), ie the upper phase (01) contains the main part of the catalyst.
  • a distribution coefficient P K > 1.5 is preferred, and a distribution coefficient P K > 4 is particularly preferred.
  • the complex catalyst is generally selected by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the complex catalyst in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) under the process conditions in process step (a).
  • catalysts preferably homogeneous catalysts, in particular an organometallic complex compound containing an element from the 8th, 9th or 10th group of the periodic table and at least one phosphine group with at least one unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical having 1 to 12 carbon atoms, wherein individual carbon atoms may also be substituted by> P-.
  • organometallic complex compound containing an element from the 8th, 9th or 10th group of the periodic table and at least one phosphine group with at least one unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical having 1 to 12 carbon atoms, wherein individual carbon atoms may also be substituted by> P-.
  • radicals such as, for example, -CH 2 -C 6 HH are thus also included.
  • Suitable radicals are, for example, methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 1- (2-methyl) propyl, 2- (2-methyl) propyl, 1-pentyl, 1-hexyl, 1 - Heptyl, 1-octyl, 1 -nonyl, 1-decyl, 1-undecyl, 1-dodecyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl, methylcyclopentyl, methylcyclohexyl, 1- (2-methyl) -pentyl, 1- (2-ethyl ) -hexyl, 1 (2-propyl) heptyl and norbornyl.
  • the number of carbon atoms is 3 to 12 and preferably at least 4 and preferably at most 8 carbon atoms.
  • Preferred radicals are ethyl, 1-butyl, sec-butyl, 1-octyl and cyclohexyl.
  • the phosphine group can contain one, two or three of the above-mentioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals. These can be the same or different.
  • the phosphine group contains three of the above-mentioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals, with particular preference, all three radicals are the same.
  • acyclic or cyclic, aliphatic radicals individual carbon atoms may also be substituted by> P-.
  • multidentate for example, bidentate or tridentate phosphine ligands are also included. These preferably contain the
  • the phosphine group contains radicals other than the abovementioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals, these generally correspond to those which are customarily used in the case of phosphine ligands for organometallic complex catalysts.
  • acyclic or cyclic, aliphatic radicals these generally correspond to those which are customarily used in the case of phosphine ligands for organometallic complex catalysts.
  • phenyl, tolyl and xylyl examples of its called phenyl, tolyl and xylyl.
  • the organometallic complex compound may contain one or more, for example two, three or four, of the abovementioned phosphine groups having at least one unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical.
  • the remaining ligands of the organometallic complex may be of different nature. Examples which may be mentioned are hydride, fluoride, chloride, bromide, iodide, formate, acetate, propionate, carboxylate, acetylacetonate, carbonyl, DMSO, hydroxide, trialkylamine, alkoxide.
  • the homogeneous catalysts can be used both directly in their active form and starting from customary standard complexes such as [M (p-cymene) Cl 2 ] 2 , [M (benzene) Cl 2 ] n , [M (COD) (allyl)], [MCI 3 ⁇ H 2 O], [M (acetylacetonate) 3 ], [M (COD) Cl 2 ] 2 , [M (DMSO) 4 Cl 2 ] with M being the same element from the 8th, 9th or 10th Group of the periodic table with the addition of the corresponding or the corresponding phosphine ligands are produced only under reaction conditions.
  • preferred homogeneous catalysts are produced only under reaction conditions.
  • TOF values (turn-over-frequency) of greater than 1000 r.sup.- 1 can be achieved.
  • the hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) is preferably carried out in the liquid phase at a temperature in the range of 20 to 200 ° C and a total pressure in the range of 0.2 to 30 MPa abs.
  • the temperature is at least 30 ° C and more preferably at least 40 ° C and preferably at most 150 ° C, more preferably at most 120 ° C and most preferably at most 80 ° C.
  • the total pressure is preferably at least 1 MPa abs and more preferably at least 5 MPa abs and preferably at most 15 MPa abs.
  • the hydrogenation is carried out in process step (a) at a temperature in the range of 40 to 80 ° C and a pressure in the range of 5 to 15 MPa abs.
  • the partial pressure of the carbon dioxide in process step (a) is generally at least 0.5 MPa and preferably at least 2 MPa and generally at most 8 MPa.
  • the hydrogenation in process step (a) is carried out at a partial pressure of the carbon dioxide in the range of 2 to 7.3 MPa.
  • the partial pressure of the hydrogen in process step (a) is generally at least 0.5 MPa and preferably at least 1 MPa and generally at most 25 MPa and preferably at most 10 MPa.
  • the hydrogenation is carried out in process step (a) at a partial pressure of hydrogen in the range of 1 to 10 MPa.
  • the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide in the reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor is preferably 0, 1 to 10 and more preferably 1 to 3.
  • the molar ratio of carbon dioxide to tertiary amine (A1) in the reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor is preferably 0, 1 to 10 and more preferably 0.5 to 3.
  • the hydrogenation of carbon dioxide can be carried out batchwise or continuously in the process according to the invention.
  • the reactor is equipped with the desired liquid and optionally solid feedstocks and auxiliaries, and then carbon dioxide and the polar solvent are pressed to the desired pressure at the desired temperature.
  • the reactor is normally depressurized and the two liquid phases formed are separated from one another.
  • the feedstocks and auxiliaries, including carbon dioxide and hydrogen are added continuously. Accordingly, the liquid phases are continuously discharged from the reactor, so that the liquid level in the reactor remains the same on average. Preference is given to the continuous hydrogenation of carbon dioxide.
  • the average residence time of the components in the hydrogenation reactor contained in the reaction mixture (Rg) is generally from 5 minutes to 5 hours.
  • a hydrogenation mixture (H) is obtained in process step (a) which contains the catalyst, the polar solvent, the tertiary amine (A1) and the at least one formic acid-amine adduct (A2).
  • formic acid-amine adduct (A2) is understood as meaning both one (1) formic acid-amine adduct (A2) and mixtures of two or more formic acid-amine adducts (A2) or more formic acid-amine adducts (A2) are obtained in process step (a), if in the reaction mixture used (Rg) two or more tertiary amines (A1) are used.
  • a reaction mixture (Rg) is used in process step (a) which comprises a (1) tertiary amine (A1), a hydrogenation mixture (H) being obtained which comprises one (1) formic acid amine.
  • Adduct (A2) contains.
  • a reaction mixture (Rg) is used in process step (a) which comprises tri-n-hexylamine as the tertiary amine (A1) to give a hydrogenation mixture (H) which comprises the formic acid amine.
  • Adduct of tri-n-hexylamine and formic acid corresponds to the following formula (A3)
  • N (n-hexyl) 3 * Xj HCOOH (A3) N (n-hexyl) 3 * Xj HCOOH (A3).
  • the radicals R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above for the tertiary amine of the formula (A1), where the preferences mentioned there apply correspondingly.
  • x is in the range of 0.4 to 5.
  • the factor X indicates the average composition of the formic acid-amine adduct (A2) and (A3), ie, the ratio of bound tertiary amine (A1) to bound formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) or (A3).
  • the factor x can be determined, for example, by determining the formic acid content by acid-base titration with an alcoholic KOH solution against phenolphthalein. In addition, a determination of the factor x, by determining the amine content by gas chromatography is possible.
  • the exact composition of the formic acid-amine adduct (A2) or (A3) depends on many parameters, such as the concentrations of formic acid and tertiary amine (A1), the pressure, the temperature and the presence and nature of other components, in particular of the polar solvent. Therefore, the composition of the formic acid amine adduct (A2) or (A3), ie the factor x ,, can also change over the individual process stages.
  • a formic acid-amine adduct (A2) or (A3) with a higher formic acid content generally forms, the excess bound tertiary amine (A1) being formed from the formic acid-amine adduct (A2 ) is split off and forms a second phase.
  • a formic acid-amine adduct (A2) or (A3) is generally obtained in which x is in the range from 0.4 to 5, preferably in the range from 0.7 to 1.6 ,
  • the formic acid-amine adduct (A2) is enriched in the lower phase (U 1), i. the lower phase (U 1) contains the major part of the formic acid-amine adduct.
  • the term "enriched" or "main part" with respect to the formic acid-amine adduct (A2) refers to a weight proportion of the formic acid-amine adduct (A2) in the lower phase (U 1) of> 50% to understand the total weight of the formic acid-amine adduct (A2) in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) in the hydrogenation reactor.
  • the weight fraction of the formic acid-amine adduct (A2) in the lower phase (U 1) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the formic acid-amine adduct (A2) in the upper phase (01 ) and the lower phase (U 1).
  • the hydrogenation mixture (H) obtained in the hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) preferably has two liquid phases and is further worked up in process step (b) according to one of the steps (b1), (b2) or (b3).
  • the hydrogenation mixture (H) is worked up further in step (b1).
  • the invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps
  • reaction mixture comprising carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1)
  • R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ), which contains the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) containing the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2 contains)
  • H biphasic hydrogenation mixture
  • U1 lower phase
  • X is in the range of 0.4 to 5 and
  • R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
  • step (b1) phase separation of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1),
  • Distillation device with preservation a distillate (D1) comprising the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottom mixture (S1) containing an upper phase (O 2) containing the at least one tertiary amine (A 1) and a Subphase (U2) containing the at least one formic acid amine adduct (A2),
  • step (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2),
  • step (e) cleavage of the at least one formic acid-amine adduct (A2) contained in the bottom mixture (S1) or, if appropriate, in the bottom phase (U2) in a thermal splitting unit to give the at least one tertiary amine (A1) which is the hydrogenation reactor in step (a) is recycled, and formic acid derived from the thermal
  • Slitting unit is discharged, immediately before and / or during step (c) of the lower phase (U 1) at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, carboxylic acid derivatives different from formic acid derivatives and oxidizing agents is added.
  • the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is further worked-up in a first phase separation by phase separation to obtain a lower phase (U 1) comprising the at least one formic acid-amine adduct (A2) containing at least one polar solvent and radicals of the at least one catalyst and an upper phase (01) comprising the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1).
  • the upper phase (01) is recycled to the hydrogenation reactor.
  • the lower phase (U 1) is supplied in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c).
  • a further liquid phase comprising both liquid phases containing unreacted carbon dioxide and a gas phase containing unreacted carbon dioxide and / or unreacted hydrogen to the hydrogenation reactor.
  • a further liquid phase comprising both liquid phases containing unreacted carbon dioxide and a gas phase containing unreacted carbon dioxide and / or unreacted hydrogen to the hydrogenation reactor.
  • it is desirable for the discharge of unwanted by-products or impurities, a portion of the upper phase (01) and / or a portion of the carbon dioxide or carbon dioxide and Hydrogen-containing liquid or gaseous phases be desirable for the discharge of unwanted by-products or impurities, a portion of the upper phase (01) and / or a portion of the carbon dioxide or carbon dioxide and Hydrogen-containing liquid or gaseous phases.
  • phase separators are, for example, standard apparatuses and standard methods, which are described, for example, in E. Müller et al., "Liquid-liquid Extraction", in Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002 / 14356007.b93_06, Chapter 3 Find "Apparatus”.
  • the liquid phase enriched with the formic acid-amine adducts (A2) and the polar solvent is heavier and forms the lower phase (U 1).
  • the phase separation may take place, for example, after relaxation to about or near atmospheric pressure and cooling of the liquid hydrogenation mixture, for example at about or near ambient temperature.
  • the polar solvent and the tertiary amine (A1) can be selected such that the separation of the lower phase (U 1) enriched with the formic acid-amine adducts (A2) and the polar solvent from the tertiary amine (A1 ) and catalyst-enriched upper phase (01) and the return of the upper phase (01) to the hydrogenation reactor can be carried out at a pressure of 1 to 30 MPa abs.
  • the pressure is preferably at most 15 MPa abs. It is thus possible, without prior relaxation, to separate both liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) in the first phase separation device and to recirculate the upper phase (01) to the hydrogenation reactor without appreciable pressure increase.
  • the hydrogenation reactor functions simultaneously as the first phase separation device and the process steps (a) and (b1) are both carried out in the hydrogenation reactor.
  • the upper phase (01) remains in the hydrogenation reactor and the lower phase (U 1) is fed to the first distillation apparatus in process stage (c).
  • the process according to the invention is carried out in such a way that the pressure and the temperature in the hydrogenation reactor and in the first phase separation device are the same or approximately the same, under approx equal to a pressure difference of up to +/- 0.5 MPa or a temperature difference of up to +/- 10 ° C is understood.
  • the hydrogenation mixture (H) is worked up further in step (b3).
  • the invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps of homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) containing carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and
  • At least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general Formula (A1)
  • R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ) containing the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) which contains the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2),
  • H biphasic hydrogenation mixture
  • U1 which contains the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one
  • R 2 , R 3 have the meanings given above,
  • step (b3) phase separation of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase
  • step (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) containing the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic mixture of bottoms (S1) comprising an upper phase (02) containing the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2), (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2), (e) cleavage in the bottoms mixture (S1) or optionally in the Subphase (U2) contained at least one formic acid-amine adduct (A2) in a thermal cleavage unit, to give the at least one tertiary amine (A1), which is recycled to the hydrogenation reactor in step
  • the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is separated into the lower phase (U 1) and the upper phase (01), which is recycled to the hydrogenation reactor, as described above for process step (b1) in the first phase separation device.
  • the statements and preferences made for process step (b1) apply correspondingly to process step (b3).
  • the hydrogenation reactor simultaneously acts as the first phase separation device. The upper phase (01) then remains in the hydrogenation reactor and the lower phase (U 1) is fed to the extraction unit.
  • the lower phase (U 1) obtained after phase separation is subsequently subjected in an extraction unit to extraction with at least one tertiary amine (A1) as extractant to remove the residues of the catalyst to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst.
  • the same tertiary amine (A1) used in process step (a) in the reaction mixture (Rg) is used as extractant, so that the statements and preferences with respect to the tertiary amine (A) for the process step (a) A1) apply correspondingly to process step (b3).
  • the extract (E2) obtained in process step (b3) is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in process step (a). This allows efficient recovery of the expensive catalyst.
  • the raffinate (R2) is fed in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c).
  • the extractant used in process step (b3) is preferably the tertiary amine (A1) which is obtained in the thermal splitting unit in process step (e).
  • the thermal splitting unit in FIG. 1 In a preferred embodiment, in the thermal splitting unit in FIG. 1
  • Process step (e) obtained tertiary amine (A1) to the extraction unit in process step (b3) recycled.
  • the extraction is carried out in process step (b3) generally at temperatures in the range of 30 to 100 ° C and pressures in the range of 0, 1 to 8 MPa.
  • the extraction can also be carried out under hydrogen pressure.
  • the extraction of the catalyst may be carried out in any suitable apparatus known to those skilled in the art, preferably in countercurrent extraction columns, mixer-settler cascades or combinations of mixer-settler cascades and countercurrent extraction columns.
  • the hydrogenation mixture (H) is further worked up according to step (b2).
  • the invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps
  • reaction mixture comprising carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1 - propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1) NR 1 R 2 R 3 (A1),
  • R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ), which contains the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) containing the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2 contains)
  • H biphasic hydrogenation mixture
  • U1 lower phase
  • R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
  • step (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the raffinate (R1) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) comprising the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottom mixture (S1) containing an upper phase (O 2) containing the at least one tertiary amine (A 1) and a Subphase (U2) containing the at least one formic acid amine
  • step (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2),
  • step (a) is recycled and from formic acid discharged from the thermal cleavage unit, wherein immediately before and / or during step (c) the raffinate (R1) at least one inhibitor selected from the group consisting of
  • Formic acid is added to various carboxylic acids, carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and oxidizing agents.
  • the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is fed directly to the extraction unit without prior phase separation.
  • the statements and preferences made for process step (b3) apply accordingly.
  • the hydrogenation mixture (H) is in this case subjected in an extraction unit to extraction with at least one tertiary amine (A1) as extractant to remove the catalyst to obtain a raffinate (R1) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least a polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst.
  • the extraction medium used is the same tertiary amine (A1) which is present in process stage (a) in the reaction mixture (Rg), so that the statements made for process stage (a) and Preferences with respect to the tertiary amine (A1) for the process step (b2) apply accordingly.
  • the extract (E1) obtained in process step (b2) is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in process step (a). This allows efficient recovery of the expensive catalyst.
  • the raffinate (R1) is supplied in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c).
  • the tertiary amine (A1) which is obtained in the thermal splitting unit in process step (e) is preferably used as extractant in process step (b2). In a preferred embodiment, the tertiary amine (A1) obtained in the thermal splitting unit in process step (e) is recycled to the extraction unit in process step (b2).
  • the extraction is carried out in process step (b2) generally at temperatures in the range of 30 to 100 ° C and pressures in the range of 0, 1 to 8 MPa.
  • the extraction can also be carried out under hydrogen pressure.
  • the extraction of the catalyst may be carried out in any suitable apparatus known to those skilled in the art, preferably in countercurrent extraction columns, mixer-settler cascades or combinations of mixer-settler cascades and countercurrent extraction columns. If appropriate, in addition to the catalyst, fractions of individual components of the polar solvent from the hydrogenation mixture (H) to be extracted in the extraction agent, the tertiary amine (A1), are also dissolved. This is not a disadvantage for the process, since the already extracted amount of polar solvent does not have to be supplied to the solvent removal and thus may save evaporation energy.
  • the lower phase (U 1) obtained according to process step (b1), the raffinate (R1) obtained according to process step (b2) or the raffinate (R2) obtained according to process step (b3) are at least one inhibitor added.
  • the lower phase (U 1) which is obtained according to process step (b1), contains residues of the catalyst in amounts of ⁇ 100 ppm, preferably ⁇ 80 ppm and in particular of ⁇ 60 ppm, in each case based on the total weight of the lower phase (U 1).
  • the raffinate (R1) obtained according to process step (b2) contains traces of the catalyst in amounts of ⁇ 5 ppm, preferably ⁇ 3 ppm and in particular of ⁇ 1 ppm, in each case based on the total weight of the raffinate (R1).
  • the raffinate (R2) obtained according to process step (b3) contains traces of the catalyst in amounts of ⁇ 5 ppm, preferably ⁇ 3 ppm and in particular ⁇ 1 ppm, in each case based on the total weight of the raffinate (R2).
  • the cleavage of free formic acid which is optionally contained in the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) or in the further work-up from the formic acid-amine adduct (A2) is formed by the radicals or catalyses traces of the catalyst.
  • the formic acid is split into carbon dioxide and hydrogen.
  • at least one inhibitor is added immediately before and / or during step (c) to the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2).
  • the at least one inhibitor is added either immediately before or during step (c). In a further embodiment of the present invention, the at least one inhibitor is added immediately before and during step (c). In a further embodiment, the at least one inhibitor is added only immediately before step (c). In a further embodiment, the at least one inhibitor is added only during step (c).
  • step (c) is understood to mean addition of the inhibitor to the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) after removal from the first phase separation device or the extraction unit and before being fed to the first distillation apparatus in process step (c)
  • the addition of the inhibitor may be continuous or discontinuous.
  • inhibitor is understood as meaning both one (1) inhibitor and mixtures of two or more inhibitors. The inhibitor converts the catalyst into an inactive form, so that it can no longer catalyze the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) or of the free formic acid.
  • the inhibitor is selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, derivatives of carboxylic acids other than formic acid derivatives, and oxidizing agents.
  • the inhibitor used is a mixture of at least one carboxylic acid and at least one oxidizing agent.
  • the inhibitor is used in a molar ratio of 0.5 to 1000, preferably 1 to 30, based on the catalytically active metal component of the catalyst, which in the lower phase (U1), the raffinate (R1) or the raffinate (R2) is.
  • Preferred carboxylic acids are those having at least one carboxy group (-COOH) and another functional group, such as hydroxy groups (-OH), carboxy groups or thiol groups (-SH), since such carboxylic acids due to the chelate Effect effectively bind to the metal component of the catalyst, and convert the catalyst into an inactive form.
  • carboxylic acids are, for example, oxalic acid, lactic acid, maleic acid, phthalic acid, tartaric acid, citric acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitriloacetic acid, methylglycinediacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), dimercaptosuccinic acid.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • DTPA diethylenetriaminepentaacetic acid
  • dimercaptosuccinic acid dimercaptosuccinic acid.
  • Carboxylic acid derivatives are understood in the context of the present invention to mean organic compounds whose functional group is formally derived from the
  • Suitable carboxylic acid derivatives are, for example, carboxylic acid esters, carboxylic acid amides, carboxylic acid halides (e.g.
  • Carboxylic acid chlorides include carboxylic acid salts (e.g., lithium, sodium, potassium,
  • carboxylic acid derivatives which can be prepared from the carboxylic acids described above, so that the above-described preferences for carboxylic acids apply correspondingly to the carboxylic acid derivatives.
  • Particularly suitable carboxylic acid derivatives are carboxylic acid salts and carboxylic anhydrides the above-mentioned carboxylic acids, wherein among the carboxylic acid salts, alkali metal salts and trialkylammonium salts are particularly preferred.
  • carboxylic acid derivatives examples include maleic anhydride, phthalic anhydride, the trisodium salt of methylglycinediacetic acid (available as Trilon M® ) and thioacetamide.
  • carboxylic acids can thus be added both in the form of the free acid, as well as in the form of their derivatives (carboxylic acid derivatives), wherein among the carboxylic acid derivatives Carbonklarealkalimetallsalze or
  • Carboxylic acid trialkylammonium salts are preferred.
  • the carboxylic acids and / or carboxylic acid derivatives can be added in bulk or in the form of a solution.
  • Suitable oxidizing agents are hydrogen peroxide, peroxycarboxylic acids, diacyl peroxides and trialkyl N-oxides.
  • Preferred oxidizing agents are hydrogen peroxide, peroxo formic acid and trihexyl N-oxide, since these oxidizing agents decompose under the process conditions in step (c) and / or the process conditions in step (e) to substances which are present anyway in the process according to the invention for the preparation of formic acid ,
  • the inhibitor is selected so that it is enriched in the phase which also contains the formic acid-amine adduct (A2).
  • thioacetamide is used as the inhibitor.
  • the inhibitor used is a mixture of hydrogen peroxide and EDTA.
  • a mixture of hydrogen peroxide and diethylenetriaminepentaacetic acid is used as the inhibitor.
  • EDTA is used as the inhibitor.
  • Trilon M is used as inhibitor.
  • meso-dimercaptosuccinic acid is used as inhibitor.
  • the inhibitor used is a mixture of hydrogen peroxide and meso-dimercaptosuccinic acid.
  • (c) at> 2, and more preferably at> 5.
  • enriched for the optional process step (d) is a distribution coefficient
  • Pi (d) [concentration inhibitor in the lower phase (U2)] / [concentration inhibitor in the upper phase (02)] of> 1 to understand.
  • (d ) at> 2 and more preferably at> 5.
  • ( e) [concentration of inhibitor in the lower phase (U3)] / [concentration of inhibitor in the upper phase (03)] is "enriched” for process step (e).
  • the polar solvent is at least partially separated from the lower phase (U1), from the raffinate (R1) or from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus.
  • a distillate (D1) and a two-phase bottoms mixture (S1) are obtained.
  • the distillate (D1) contains the separated polar solvent and is added to the hydrogenation reactor in step (a) returned.
  • the bottoms mixture (S1) contains the upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2).
  • the polar solvent in the first distillation apparatus in process stage (c), the polar solvent is partly removed, so that the bottom mixture (S1) contains not yet separated polar solvent.
  • process step (c) for example, from 5 to 98% by weight of the polar solvent contained in the lower phase (U 1), in the raffinate (R 1) or in the raffinate (R 2), preferably 50 to 98% by weight, more preferably 80 to 98 wt .-% and particularly preferably 80 to 90 wt .-% are separated, in each case based on the total weight of the in the lower phase (U 1) in the raffinate (R1) or in the raffinate (R2) polar solvent.
  • the polar solvent is completely separated off in the first distillation apparatus in process stage (c).
  • “completely separated off” is a separation of more than 98% by weight of the polar solvent present in the lower phase (U 1), in the raffinate (R 1) or in the raffinate (R 2), preferably more than 98.5 wt .-%, particularly preferably more than 99 wt .-%, in particular more than 99.5 wt .-%, understood, in each case based on the total weight of the in the lower phase (U 1), in the raffinate (R1) or in the raffinate (R2) contained polar solvent.
  • the distillate (D1) separated in the first distillation apparatus is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in step (a).
  • a mixture of one or more alcohols and water is used as the polar solvent, it is also possible to remove from the first distillation apparatus a low-water distillate (D1 wa ) and a water-rich distillate (D1 wr ).
  • the water-rich distillate (D1 wr ) contains more than 50 wt .-% of the water contained in the distillate (D1), preferably more than 70 wt .-%, especially more than 80 wt .-%, in particular more than 90 wt .-%
  • the low-water distillate (D1 wa ) contains less than 50 wt .-% of the water contained in the distillate D1, preferably less than 30 wt .-%, more preferably less than 20 wt .-%, in particular less than 10 wt .-%.
  • the low-water distillate (D1 wa ) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a).
  • the water-rich distillate (D 1 wr ) is fed to the upper phase (01).
  • the separation of the polar solvent from the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) can be carried out, for example, in an evaporator or in a distillation unit consisting of evaporator and column, the column containing packings, fillers and / or trays filled, done.
  • the at least partial removal of the polar solvent preferably takes place at a bottom temperature at which no free formic acid is formed from the formic acid-amine adduct (A2) at a given pressure.
  • the factor x, of the formic acid-amine adduct (A2) in the first distillation apparatus is generally in the range of 0.4 to 3, preferably in the range of 0.6 to 1, 8, particularly preferably in the range of 0.7 to 1, 7.
  • the bottom temperature in the first distillation apparatus is at least 20 ° C, preferably at least 50 ° C and more preferably at least 70 ° C, and generally at most 210 ° C, preferably at most 190 ° C.
  • the temperature in the first distillation apparatus is generally in the range of 20 ° C to 210 ° C, preferably in the range of 50 ° C to 190 ° C.
  • the pressure in the first distillation apparatus is generally at least 0.001 MPa abs, preferably at least 0.005 MPa abs and more preferably at least 0.01 MPa abs and generally at most 1 MPa abs and preferably at most 0, 1 MPa abs.
  • the pressure in the first distillation apparatus is generally in the range of 0.0001 MPa abs to 1 MPa abs, preferably in the range of 0.005 MPa abs to 0.1 MPa abs and more preferably in the range of 0.01 MPa abs to 0.1 MPa abs.
  • the formic acid-amine adduct (A2) and free tertiary amine (A1) can be obtained in the bottom of the first distillation apparatus, since the removal of the polar solvent gives formic acid-amine adducts with a lower amine content , This forms a bottom mixture (S1) which contains the formic acid-amine adduct (A2) and the free tertiary amine (A1).
  • the bottom mixture (S1) contains, depending on the separated amount of the polar solvent, the formic acid-amine adduct (A2) and optionally the free tertiary amine (A1) formed in the bottom of the first distillation apparatus. If appropriate, the bottoms mixture (S1) is further worked up in process step (d) for further work-up and then fed to process step (e). It is also possible to feed the bottoms mixture (S1) from process step (c) directly to process step (e).
  • the bottoms mixture (S1) obtained in step (c) can be separated in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2).
  • the lower phase (U2) is then further worked up according to process step (e).
  • the upper phase (02) from the second phase separation device to the hydrogenation reactor in step (a) recycled.
  • the upper phase (02) is recycled from the second phase separation device to the extraction unit.
  • the method according to the invention thus comprises the steps (a), (b1), (c), (d) and (e).
  • the method according to the invention comprises the steps (a), (b2), (c), (d) and (e).
  • the method according to the invention comprises the steps (a), (b3), (c), (d) and (e).
  • the method according to the invention comprises the steps (a), (b1), (c) and (e).
  • the method according to the invention comprises the steps (a), (b2), (c) and (e).
  • the method according to the invention comprises the steps (a), (b3), (c) and (e).
  • the method according to the invention consists of the steps (a), (b1), (c), (d) and (e).
  • the process according to the invention consists of the steps (a), (b2), (c), (d) and (e).
  • the process according to the invention consists of the steps (a), (b3), (c), (d) and (e).
  • the process according to the invention consists of the steps (a), (b1), (c) and (e).
  • the process according to the invention consists of the steps (a), (b2), (c) and (e).
  • the process according to the invention consists of the steps (a), (b3), (c) and (e).
  • the bottom mixture (S1) obtained according to step (c) or the lower phase (U2) optionally obtained after the work-up according to step (d) is fed to a thermal splitting unit for further reaction.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the bottom mixture (S1) or optionally in the bottom phase (U2) is cleaved in the thermal splitting unit to give formic acid and tertiary amine (A1).
  • the formic acid is discharged from the thermal splitting unit.
  • the tertiary amine (A1) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a).
  • the tertiary amine (A1) from the thermal cleavage unit can be recycled directly to the hydrogenation reactor. It is also possible to first recycle the tertiary amine (A1) from the thermal splitting unit to the extraction unit in process stage (b2) or process stage (b3), and subsequently from the extraction unit to the hydrogenation reactor in step (a), this embodiment is preferred.
  • the thermal splitting unit comprises a second distillation apparatus and a third phase separation apparatus, wherein the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) is carried out in the second distillation apparatus to obtain a distillate (D2) discharged from the second distillation apparatus (taken ), and a biphasic bottoms mixture (S2) comprising an upper phase (03) containing the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U3) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least contains an inhibitor.
  • D2 distillate
  • S2 biphasic bottoms mixture
  • the removal of the formic acid from the second distillation apparatus obtained in the second distillation apparatus can be carried out, for example, (i) overhead, (ii) overhead and via a side draw, or (iii) only a side draw. If the formic acid is removed overhead, formic acid with a purity of up to 99.99% by weight is obtained. When taken off via a side draw, aqueous formic acid is obtained, in which case a mixture with about 85% by weight of formic acid is particularly preferred. Depending on the water content of the sludge mixture (S1) or, if appropriate, the lower phase (U2) fed to the thermal splitting unit, the formic acid can be withdrawn increasingly as top product or reinforced via the side draw.
  • S1 sludge mixture
  • U2 the lower phase fed to the thermal splitting unit
  • thermal cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) is generally carried out according to the process parameters known in the prior art with respect to pressure, temperature and apparatus design. These are described, for example, in EP 0 181 078 or WO 2006/021 41 1.
  • distillation columns are suitable, which generally contain packing, packings and / or trays.
  • the bottom temperature in the second distillation apparatus is at least 130 ° C, preferably at least 140 ° C and more preferably at least 150 ° C, and generally at most 210 ° C, preferably at most 190 ° C, particularly preferably at most 185 ° C.
  • the pressure in the second distillation apparatus is generally at least 1 hPa abs, preferably at least 50 hPa abs and more preferably at least 100 hPa abs, and generally at most 500 hPa, more preferably at most 300 hPa abs and more preferably at most 200 hPa abs.
  • the bottoms mixture (S2) obtained in the bottom of the second distillation apparatus is biphasic.
  • the bottoms mixture (S2) is fed to the third phase separation device of the thermal splitting unit and there in the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1), and the lower phase (U3), the formic acid-amine adduct ( A2) and the inhibitor, separated.
  • the upper phase (03) is discharged from the third phase separator of the thermal splitting unit and recycled to the hydrogenation reactor in step (a).
  • the recycling can be carried out directly to the hydrogenation reactor in step (a) or the upper phase (03) is first supplied to the extraction unit in step (b2) or step (b3) and forwarded from there to the hydrogenation reactor in step (a).
  • the lower phase (U3) obtained in the third phase separation device is then supplied again to the second distillation device of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is then subjected to further cleavage in the second distillation apparatus, again giving formic acid and free tertiary amine (A1) and again in the bottom of the second distillation unit of the thermal splitting unit forming a two-phase bottoms mixture (S2), which is then fed again to the third phase separation device of the thermal splitting unit for further processing.
  • the inhibitor preferably remains in the phase in which the formic acid-amine adduct (A2) is also present, ie. in the lower phase (U3).
  • This has the advantage that the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) can be recycled to the hydrogenation reactor without significant amounts of inhibitor being recycled to the upper phase (03) in process stage (a), which hinder the hydrogenation reaction there could.
  • the feeding of the bottom mixture (S1) or optionally of the bottom phase (U2) to the thermal splitting unit in process step (e) can take place in the second distillation device and / or the third phase separation device.
  • the feed of the bottom mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) in the second distillation device of the thermal separation unit takes place.
  • the feed of the bottom mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) takes place both in the second distillation device of the thermal splitting unit, as well as in the third phase separation device of the thermal splitting unit.
  • the bottom mixture (S1) or optionally the Subphase (U2) divided into two partial streams, wherein a partial stream of the second distillation device and a partial stream of the third phase separator are fed to the thermal splitting unit.
  • FIG. 1 shows in detail: a block diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred one Embodiment of the method according to the invention,
  • FIG. 6 shows a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 A first figure.
  • Amine adduct (A2) (lower phase (U2)); Swamp mixture (S1) 7 stream containing formic acid-amine adduct (A2) and inhibitor; Lower phase (U3)
  • Stream Containing Extract E1
  • a stream 1 containing carbon dioxide and a stream 2 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor 1-1. It is possible to supply the hydrogenation reactor 1-1 further streams (not shown) to compensate for any losses incurred by the tertiary amine (A1) or the catalyst.
  • a tertiary amine (A1) a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table.
  • a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
  • the lower phase (U 1) is supplied as stream 3 to the distillation apparatus 11-1.
  • the upper phase (01) remains in the hydrogenation reactor 1-1.
  • the hydrogenation reactor 1-1 simultaneously acts as the first phase separation device.
  • the current 3 is added continuously or discontinuously, the inhibitor as stream 4.
  • the lower phase (U 1) is separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 5 to the hydrogenation reactor 1-1, and into a biphasic mixture (S1) containing an upper phase (02), containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the bottoms mixture (S1) is fed as stream 6 to the third phase separation device 111-1 of the thermal splitting unit.
  • the sump mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid-amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled as stream 10 to the hydrogenation reactor 1-1.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 7 to the second distillation device IV-1 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-1 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a two-phase bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 9 from the distillation apparatus IV-1.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 8 is returned to the third phase separation device 111-1 of the thermal splitter unit.
  • the sump mixture (S2) is separated into upper phase (03) and lower phase (U3).
  • Di upper phase (03) is recycled as stream 10 to the hydrogenation reactor 1-1.
  • the lower phase (U3) is recycled as stream 7 to the second distillation device IV-1.
  • a stream 11 containing carbon dioxide and a stream 12 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-2. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-2 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur.
  • the hydrogenation mixture (H) is fed as stream 13a to a first phase separator V-2.
  • the hydrogenation mixture (H) is separated into the upper phase (01) and the lower phase (U 1).
  • the upper phase (01) is recycled as stream 22 to the hydrogenation reactor I-2.
  • the lower phase (U 1) is supplied as stream 13b of the extraction unit VI-2.
  • the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 20 (upper phase (03)) from the third phase separation II I-2 to the extraction device VI-2.
  • a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained.
  • the raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 13c to the first distillation apparatus I I-2.
  • the extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 21 to the hydrogenation reactor I-2.
  • the current 13c is continuously or discontinuously added to the inhibitor as stream 14.
  • the raffinate (R 2) is separated into a distillate (D 1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 15 to the hydrogenation reactor I-2, and into a biphasic sump mixture (S 1).
  • the bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the bottoms mixture (S1) is fed as stream 16 to the second distillation device IV-2.
  • the formic acid-amine adduct present in the bottom mixture (S1) is cleaved in the second distillation device IV-2 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 19 from the second distillation device IV-2.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is recycled as stream 18 to the third phase separation II I-2 of the thermal splitting unit.
  • the bottom mixture (S2) is separated to obtain an upper phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled from the third phase separator 111-2 as stream 20 to the extraction unit VI-2.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 17 to the second distillation device IV-2 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-2 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottom mixture (S2) are again obtained.
  • a stream 31 containing carbon dioxide and a stream 32 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor 1-3. It is possible to supply the hydrogenation reactor 1-3 further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst.
  • carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table.
  • a two-phase hydrogenation mixture (H) which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
  • the hydrogenation mixture (H) is supplied as stream 33a to a first phase separation device V-3.
  • the hydrogenation mixture (H) in the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is separated.
  • the upper phase (01) is recycled as stream 42 to the hydrogenation reactor I-3.
  • the lower phase (U 1) is supplied as stream 33b to the extraction unit VI-3.
  • the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 40 (upper phase (03)) from the third phase separator II I-3 of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-3.
  • a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained.
  • the raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 33c to the first distillation device 11-3.
  • the extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 41 to the hydrogenation reactor I-2.
  • the flow 33c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 34.
  • the raffinate (R2) separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 35 to the hydrogenation reactor I-3, and into a two-phase bottoms mixture (S1).
  • the bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the sump mixture (S1) is supplied as stream 36 of the third phase separation device I I I-3 to the thermal splitting unit.
  • the bottom mixture (S1) is separated to obtain a top phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled as stream 40 to the extraction unit VI-3.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 37 to the second distillation device IV-3 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-3 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 39 from the distillation device IV-3.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 38 to the third phase separation II I-3 of the thermal splitting unit recycled.
  • the third phase separation device I I I-3 the sump mixture (S2) is separated.
  • the upper phase (03) is recycled to the extraction unit VI-3.
  • the lower phase (U3) is recycled to the second distillation device IV-3.
  • a stream 51 containing carbon dioxide and a stream 52 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-4. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-4 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur.
  • carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table.
  • a two-phase hydrogenation mixture (H) which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
  • the hydrogenation mixture (H) is fed as stream 53a to a first phase separator V-4.
  • the hydrogenation mixture (H) is separated into the upper phase (01) and the lower phase (U 1).
  • the upper phase (01) is recycled as stream 62 to the hydrogenation reactor I-4.
  • the lower phase (U 1) is supplied as stream 53b to the extraction unit VI-4. Therein, the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), the current 60 (upper phase (03)) from the third phase separation II I-4 of the thermal splitting unit and the current 56c from the second phase separation VI 1-4 to the extraction unit VI-4 is recycled.
  • a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained.
  • the raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 53c to the first distillation apparatus 11-4.
  • the extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 61 to the hydrogenation reactor I-4.
  • the current 53c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 54.
  • the raffinate (R 2) is separated into a distillate (D 1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 55 to the hydrogenation reactor I-4, and into a biphasic sump mixture (S 1).
  • the bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the bottoms mixture (S1) is fed as stream 56a to the second phase separation VI I-4.
  • the second phase separation device VII-4 the bottom mixture (S1) is separated into the upper phase (02) and the lower phase (U2).
  • the upper phase (02) is recycled from the second phase separator VI I-4 as stream 56c to the extraction unit VI-4.
  • the lower phase (U2) is supplied as stream 56b to the second distillation device IV-4.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U2) is cleaved in the second distillation apparatus IV-4 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 59 from the second distillation device IV-4.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 58 to the third phase separation 111-4 of the thermal splitting unit recycled.
  • the bottom mixture (S2) is separated to obtain a top phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled from the third phase separation device I I I-4 as stream 60 to the extraction unit VI-4.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 57 to the second distillation device IV-4 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-4 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are again obtained.
  • a stream 71 containing carbon dioxide and a stream 72 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-5. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-5 further streams (not shown) to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or the catalyst occurring.
  • a tertiary amine (A1) a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table.
  • a biphasic hydrogenation mixture (H) which has a top phase (01) containing the catalyst and the tertiary amine (A1) and a Subphase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2).
  • the hydrogenation mixture (H) is supplied as stream 73a to a first phase separation device V-5.
  • the hydrogenation mixture (H) in the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is separated.
  • the upper phase (01) is recycled as stream 82 to the hydrogenation reactor I-5.
  • the lower phase (U 1) is supplied as stream 73b of the extraction unit VI-5.
  • the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 80 (upper phase (03)) from the third phase separator of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-5.
  • a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained.
  • the raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 73c to the first distillation device 11-5.
  • the extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 81 to the hydrogenation reactor I-5.
  • the current 73c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 74.
  • the raffinate (R 2) is separated into a water-rich distillate (D 1 wr), a low-water distillate (D 1wa) and a biphasic bottom mixture (S1).
  • the water-rich distillate (D1 wr) is supplied as stream 83 to the stream 73a.
  • the low-water distillate (D1 wa) is recycled as stream 75 to the hydrogenation reactor I-5.
  • the embodiment according to FIG. 5 presupposes that the polar solvent used is a mixture of one or more alcohols with water.
  • the bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the sump mixture (S1) is fed as stream 76 to the third phase separator I I I-5 of the thermal splitting unit.
  • the bottom mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled as stream 80 to the extraction unit IV-5.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 77 to the second distillation device IV-5 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-5 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 79 from the distillation apparatus IV-5.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 78 to the third phase separation II I-5 recycled thermal splitting unit.
  • the sump mixture (S2) is separated in the third phase separation device I I I-5.
  • the upper phase (03) is recycled as stream 80 to the extraction unit VI-5.
  • the lower phase (U3) is recycled as stream 77 to the second distillation device IV-5.
  • a stream 91 containing carbon dioxide and a stream 92 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-6. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-6 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur.
  • the hydrogenation mixture (H) is fed as stream 93a to the extraction unit VI-6.
  • the hydrogenation mixture (H) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 100 (upper phase (03)) from the third phase separation device I II-6 of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-6.
  • a raffinate (R1) and an extract (E1) are obtained.
  • the raffinate (R1) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 93c to the first distillation apparatus I I-6.
  • the extract (E1) contains the tertiary amine (A1) and the catalyst and is recycled as stream 101 to the hydrogenation reactor I-6.
  • the current 93c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 94.
  • the raffinate (R1) is separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 95 to the hydrogenation reactor I-6, and into a biphasic mixture (S1).
  • the bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
  • the sump mixture (S1) is supplied as stream 96 to the third phase separation device I I I-6 of the thermal splitting unit.
  • the bottom mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
  • the upper phase (03) is recycled as stream 100 to the extraction unit VI-6.
  • the lower phase (U3) is supplied as stream 97 to the second distillation device IV-6 of the thermal splitting unit.
  • the formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-6 into formic acid and free tertiary amine (A1).
  • a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
  • the distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 99 from the distillation device IV-6.
  • the biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 98 to the third phase separation II I-6 of the thermal cleavage unit recycled.
  • the bottom mixture (S2) is separated in the third phase separation device II-6.
  • the upper phase (03) is called current 100 to Extraction unit VI-6 recycled.
  • the lower phase (U3) is recycled as stream 97 to the second distillation device IV-6.
  • Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stir bar was charged under inert conditions with tertiary amine (A1), polar solvent and homogeneous catalyst. The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 . Subsequently, H 2 was pressed in and the reactor was heated with stirring (700 rpm). After the desired reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized.
  • the parameters and results of the individual experiments are given in Tables 1 .1 to 1 .5.
  • Examples A-1 to A-17 show that in the process according to the invention even with variation of the tertiary amine (A1), the polar solvent, the catalyst with respect to the ligands and the metal component, the amount of catalyst, and the amount of water added high to very high reaction rates of up to 0.98 mol kg -1 r 1 can be achieved.
  • All investigated systems formed two phases, the upper phase (01) in each case with the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) in each case with the polar solvent and the formed formic acid-amine adduct (A2) was enriched.
  • Table 1.1 the upper phase (01) in each case with the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) in each case with the polar solvent and the formed formic acid-amine adduct (A2) was enriched.
  • Hastelloy C autoclave equipped with a paddle or magnetic stirrer was charged under inert conditions with the tertiary amine (A1), polar solvent and catalyst. Subsequently, the autoclave was sealed and C0 2 were pressed at room temperature. Subsequently, H 2 was pressed in and the reactor was heated with stirring (700-1000 rpm). After the reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. After the reaction, water was optionally added to the reaction and stirred for 10 minutes at room temperature.
  • a biphasic hydrogenation mixture (H) was obtained in which the upper phase (01) with the tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U1) with the polar solvent and the formic acid-amine adduct formed (A2 ) was enriched.
  • the phases were then separated and the formic acid content of the lower phase (U1) was determined.
  • the total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator. The parameters and results of the individual experiments are shown in Table 1.1
  • Examples A-18 to A-21 show that under comparable conditions using methanol-water mixtures as the polar solvent higher formic acid concentrations in the lower phase can be achieved compared to diols as the polar solvent.
  • Adduct (A2) was enriched.
  • the lower phase (U 1) was separated and added under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase (U 1)) fresh tertiary amine (A1) (10 minutes at room temperature and then separate phases) added to the catalyst extraction ,
  • the total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator
  • the ruthenium content was determined by AAS The parameters and results of the individual Experiments are shown in Table 1 .6.
  • Examples B-1 to B-3 show that in the process according to the invention tertiary amine (A1) obtained in process step (e) can be used to extractively reduce the amount of ruthenium catalyst in the lower phase (U 1). By further extraction steps or a continuous countercurrent extraction, this value could be lowered further.
  • a biphasic hydrogenation mixture (H) was obtained, the upper phase (01) containing the free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) containing the polar solvent and the formic acid amine formed.
  • Adduct (A2) was enriched.
  • the lower phase (U 1) was separated and stirred under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase) of fresh trialkylamine (stir for 10 minutes at room temperature and then separate phases).
  • the total content of formic acid in the formic acid / amine adduct was determined potentiometrically by titration with 0.1 N KOH in MeOH using a "Mettler Toledo DL50" titrator
  • the ruthenium content was determined by AAS
  • the parameters and results of the individual experiments are in Table 1 .13 reproduced.
  • Examples D-1 to D-4 show that by varying the catalyst and the amount of water added in the formation of formic acid, the ruthenium in the product phase can be depleted to levels below one ppm ruthenium.
  • the lower phase (U 1) was separated and under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase) fresh tertiary amine (A1) (10 minutes at room temperature stirring and then separate phases) for catalyst extraction added.
  • the total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator
  • the ruthenium content was determined by AAS The parameters and results of the individual Experiments are shown in Tables 1 .14 to 1 .19.
  • Examples E-1 to E-9 show that by varying the catalyst, the amount of water added (both before and after the reaction) and the reaction conditions, the active catalyst can be used again for the C0 2 hydrogenation and the ruthenium in deplete the product phase down to 2 ppm with only one extraction.
  • Table 1.15 shows that by varying the catalyst, the amount of water added (both before and after the reaction) and the reaction conditions, the active catalyst can be used again for the C0 2 hydrogenation and the ruthenium in deplete the product phase down to 2 ppm with only one extraction.
  • Alcohol and water are distilled off from the product phase (containing the formic acid-amine adduct, lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)) under reduced pressure using a rotary evaporator.
  • the product phase containing the formic acid-amine adduct, lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)
  • a rotary evaporator In the bottom a biphasic mixture (trialkylamine and formic acid-amine adduct phase, bottom mixture (S1)), the two phases are separated and the formic acid content of the lower phase (U2) by potentiometric titration with 0.1 N KOH in MeOH with The amine and alcohol content are determined by gas chromatography and the parameters and results of the individual experiments are given in Table 1.20.
  • Examples F-1 to F-4 show that in the process according to the invention, various polar solvents can be separated under mild conditions from the product phase (lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)), a lower phase containing lower U2 (U2 ) and an upper phase (02), consisting predominantly of tertiary amine, is obtained.
  • product phase lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)
  • U2 lower phase containing lower U2
  • an upper phase (02) consisting predominantly of tertiary amine
  • Examples G1 and G2 (Thermal Separation of the Polar Solvent from the Trialkylamine Solvent-Formic Acid Mixtures and Cleavage of the Formic Acid-Amine Adduct) Alcohol and water are separated from the product phase (containing the formic acid amine subduct (U 1), raffinate ( R1) or raffinate (R2)) distilled off under reduced pressure by means of a rotary evaporator. A biphasic mixture is formed in the bottom (trialkylamine and formic acid-amine adduct phase, bottom mixture (S1)) and the two phases are separated.
  • the composition of the distillate (containing most of the methanol and water; distillate (D1)), the upper phase (containing the free trialkylamine, upper phase (02)) and the lower phase (containing the formic acid-amine adduct; lower phase (U2)) was determined by gas chromatography and by titration of the formic acid against 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically with a "Mettler Toledo DL50" titrator
  • the formic acid is then removed from the lower phase (U2) from the first step in a vacuum distillation apparatus over a 10 cm Vigreux column
  • a single-phase bottom product (S2) consisting of the pure tertiary amine (A2) is obtained, which can be used for extraction of the catalyst and recycling into the hydrogenation
  • the composition of the sump (S2) and of the distillate was determined by Ga chromatography and by titration of the formic acid with against 0.1 N KOH in MeOH determined potentiometrically with a "Mettler Toledo
  • Examples G-1 and G-2 show that in the process according to the invention, various polar solvents can be separated from the product phase under mild conditions, with a lower (U3) formic acid and an upper phase (03) consisting predominantly of tertiary amine (A1).
  • U3 formic acid
  • U3 the formic acid-rich lower phase
  • the formic acid can then be cleaved off at higher temperatures from the tertiary amine (A1), the free tertiary amine (A1) being obtained.
  • the formic acid thus obtained still contains some water, which, however, can be separated off from the formic acid by a column having a greater separation efficiency.
  • the resulting in both the separation of the solvent and in the thermal cleavage tertiary amine (A1) can be used to extract the catalyst.
  • Examples H1 to H4 (preferred solubility of the inhibitors according to the invention in a biphasic mixture of formic acid-amine adduct (A2) and tertiary amine (A1))
  • Examples H-1 to H4 show that the inhibitors preferably accumulate in the formic acid-amine adduct (A3) phase in the process according to the invention and thus do not enter the hydrogenation stage.
  • Examples 11 and 12 Decomposition of formic acid in the hydrogenation mixture (H) from the C0 2 hydrogenation without addition of an inhibitor (reference values, Comparative Example 11) and with addition (Inventive Example AI2) in the solvent removal.
  • Inventive Example 12 A 250 mL Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stir bar was placed under inert conditions with trihexylamine (65.0 g), Metahnol (25.0 g), water (2.0 g), [Ru (PnOct 3 ) 4 (H) 2 ] (82 mg) and 1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane (20 mg). The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 (25.0 g). Subsequently, it was pressed onto 120 bar with H 2 and the reactor was heated to 70 ° C. with stirring (700 rpm). After 8 hours of reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) relaxed.
  • the total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase (U 1) was determined potentiometrically by titration with 0.1 N KOH in MeOH using a "Mettler Toledo DL50" titrator
  • FIG. 7 shows the development of the percentage content of the lower phase (U 1) based on the total weight of the hydrogenation mixture (H).
  • FIG. 7 and Examples 11 and 12 show that the formic acid present in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase (U 1) decomposes significantly more slowly at the temperatures of the methanol separation (80 ° C.) (removal of the polar solvent) when small amounts of an inhibitor such as H 2 0 2 are added (Example 12).
  • the decomposition rate is much faster than in the step of separation of the polar solvent and thus more relevant due to the higher bottom temperatures (> 130 ° C), so that further investigations for inhibitors Process step (e), ie the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) relate (Examples 13-125).
  • Comparative Examples 13-15 decomposition of formic acid in the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) without addition of an inhibitor; Simulation of process step (e) without addition of an inhibitor.
  • Comparative Examples 13-15 80.0 g of formic acid-amine adduct (A3), ie, adduct of formic acid and tri-n-hexylamine, (1: 1, 5, 20 wt .-% formic acid) and the ruthenium catalyst were in a glass flask weighed. The reaction mixture was refluxed to 130 ° C in the open system, forming an upper phase and a lower phase. The content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically hourly with a "Mettler Toledo DL50" - titrator, and also the ratio between upper and lower phase in Reaction mixture was determined.
  • A3 formic acid-amine adduct
  • Examples 13 and 15 show that the formic acid decomposes very rapidly in the lower phase at the temperatures of the cleavage (> 130 ° C.) (process step (e)), if ruthenium compounds (with or without phosphine ligand) are present and no inhibitor has been added
  • Inventive Examples 16-130 decomposition of formic acid in the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) with the addition of an inhibitor; Simulation of process step (e) with the addition of an inhibitor
  • Inventive Examples 16-130 80.0 g formic acid-amine adduct (A3), i. Adduct of formic acid and tri-n-hexylamine, (1: 1.5, 20 wt .-% formic acid) and the ruthenium catalyst and the inhibitor were weighed into a glass flask. The reaction mixture was refluxed to 130 ° C in the open system to form a lower phase and an upper phase. The content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically hourly with a "Mettler Toledo DL50" - titrator, and also the ratio between upper and lower phase in Reaction mixture was determined.
  • A3 formic acid-amine adduct
  • Examples 16 and 130 according to the invention show that the decomposition of formic acid in the cleavage (> 130 ° C.) (process stage (e)) can be markedly slowed down by the addition of inhibitors according to the invention and thus significantly lower formic acid losses occur during work-up.

Abstract

Process for the preparation of formic acid by reacting carbon dioxide with hydrogen in a hydrogenation reactor in the presence of a catalyst comprising an element from the 8th, 9th or 10th group of the Periodic Table of the Elements, of a tertiary amine and of a polar solvent, with formation of formic acid-amine adducts, which are then cleaved thermally to give formic acid and tertiary amine.

Description

Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure durch Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff  Process for the preparation of formic acid by reaction of carbon dioxide with hydrogen
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure durch Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff in einem Hydrierreaktor in Gegenwart eines Katalysators, enthaltend ein Element aus der 8., 9. oder 10. Gruppe des Periodensystems, eines tertiären Amins und eines polaren Lösungsmittels, unter Bildung von Ameisensäure-Amin-Addukten, die anschließend thermisch zu Ameisensäure und tertiärem Amin gespalten werden. The invention relates to a process for the preparation of formic acid by reacting carbon dioxide with hydrogen in a hydrogenation reactor in the presence of a catalyst containing an element from the 8th, 9th or 10th group of the periodic table, a tertiary amine and a polar solvent, with formation of formic acid-amine adducts, which are then thermally cleaved to formic acid and tertiary amine.
Addukte aus Ameisensäure und tertiären Aminen können thermisch in freie Ameisensäure und tertiäres Amin gespalten werden und dienen daher als Intermediate in der Herstellung von Ameisensäure. Adducts of formic acid and tertiary amines can be thermally cleaved into free formic acid and tertiary amine and therefore serve as intermediates in the preparation of formic acid.
Ameisensäure ist ein wichtiges und vielseitig einsetzbares Produkt. Sie wird beispielsweise zum Ansäuern bei der Herstellung von Futtermitteln, als Konservierungsmittel, als Desinfektionsmittel, als Hilfsstoff in der Textil- und Lederindustrie, als Gemisch mit ihren Salzen zur Enteisung von Flugzeugen und Start- und Landebahnen sowie als Synthesebaustein in der chemischen Industrie verwendet. Formic acid is an important and versatile product. It is used, for example, for acidification in the production of animal feed, as a preservative, as a disinfectant, as an adjuvant in the textile and leather industry, as a mixture with their salts for de-icing of airplanes and runways and as a synthesis component in the chemical industry.
Die genannten Addukte aus Ameisensäure und tertiären Aminen können auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise (i) durch direkte Umsetzung des tertiären Amins mit Ameisensäure, (ii) durch Hydrolyse von Methylformiat zu Ameisensäure in Gegenwart des tertiären Amins, (iii) durch katalytische Hydratisierung von Kohlenmonoxid in Gegenwart des teriären Amins oder (iv) durch Hydrierung von Kohlendioxid zu Ameisensäure in Gegenwart des tertiären Amins. Das letztgenannte Verfahren der katalytischen Hydrierung von Kohlendioxid hat den besonderen Vorteil, dass Kohlendioxid in großen Mengen verfügbar und hinsichtlich seiner Quelle flexibel ist. The said adducts of formic acid and tertiary amines can be prepared in various ways, for example (i) by direct reaction of the tertiary amine with formic acid, (ii) by hydrolysis of methyl formate to formic acid in the presence of the tertiary amine, (iii) by catalytic Hydration of carbon monoxide in the presence of the teriary amine or (iv) by hydrogenation of carbon dioxide to formic acid in the presence of the tertiary amine. The latter method of catalytic hydrogenation of carbon dioxide has the particular advantage that carbon dioxide is available in large quantities and is flexible in its source.
EP 0 095 321 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Trialkylammonium- formaten, also von einem Addukt aus Ameisensäure und einem tertiären Amin, durch Hydrierung von Kohlendioxid in Gegenwart eines tertiären Amins, eines Lösungsmittels und eines Übergangsmetallkatalysators der VIII. Nebengruppe des Periodensystems (Gruppen 8, 9, 10 nach IUPAC). Als Katalysator wird bevorzugt Rutheniumtrichlorid eingesetzt. Als tertiäres Amin und Lösungsmittel sind Triethylamin und eine Mischung aus Isopropanol und Wasser bevorzugt. Die Umsetzung erfolgt in einem Autoklaven bei 82 bar und 80 °C. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemischs erfolgt durch Destillation, wobei eine erste Fraktion enthaltend Isopropanol, Wasser und Triethylamin und eine zweite Fraktion enthaltend das Addukt aus Ameisensäure und Triethylamin erhalten werden. Die thermische Spaltung des Addukts aus Ameisensäure und Triethylamin zu Ameisensäure wird in der EP 0 095 321 nicht beschrieben. EP 0 095 321 describes a process for the preparation of trialkylammonium formates, ie of an adduct of formic acid and a tertiary amine, by hydrogenation of carbon dioxide in the presence of a tertiary amine, a solvent and a transition metal catalyst of VIII. Subgroup of the Periodic Table (Groups 8, 9, 10 according to IUPAC). The catalyst used is preferably ruthenium trichloride. As tertiary amine and solvent, triethylamine and a mixture of isopropanol and water are preferred. The reaction takes place in an autoclave at 82 bar and 80 ° C. The working up of the reaction mixture is carried out by distillation, whereby a first fraction containing isopropanol, water and triethylamine and a second fraction containing the adduct of formic acid and triethylamine are obtained. The thermal decomposition of the adduct of formic acid and triethylamine to formic acid is not described in EP 0 095 321.
EP 0 151 510 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Addukten aus Ameisensäure und Triethylamin, wobei als Katalysator ein Rhodium-haltiger Komplexkatalysator eingesetzt wird. Die Umsetzung wird ebenfalls in einem Autoklaven durchgeführt, die Aufarbeitung des erhaltenen Reaktionsgemischs erfolgt wie in EP 0 095 321 durch Destillation. EP 0 151 510 also describes a process for the preparation of adducts of formic acid and triethylamine, wherein the catalyst used is a rhodium-containing complex catalyst. The reaction is also carried out in an autoclave, the work-up of the resulting reaction mixture is carried out as in EP 0 095 321 by distillation.
EP 0 126 524 und EP 0 181 078 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure durch thermische Spaltung von Addukten aus Ameisensäure und einem teriären Amin. Gemäß EP 0 181 078 umfasst das Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure die folgenden Schritte: i) Umsetzen von Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines flüchtigen teritären Amins und eines Katalysators unter Erhalt des Addukts ausEP 0 126 524 and EP 0 181 078 describe a process for the preparation of formic acid by thermal cleavage of adducts of formic acid and a teriary amine. According to EP 0 181 078, the process for producing formic acid comprises the following steps: i) reacting carbon dioxide and hydrogen in the presence of a volatile tertiary amine and a catalyst to obtain the adduct
Ameisensäure und dem flüchtigen tertiären Amin, ii) Abtrennung des Addukts aus Ameisensäure und flüchtigem tertiären Amin vom Katalysator und den gasförmigen Komponenten in einem Verdampfer, iii) Abtrennung des nicht umgesetzten flüchtigen tertiären Amins in einer Destillationskolonne oder in einer Phasentrennvorrichtung vom Addukt aus Ameisensäure und dem flüchtigen tertiären Amin, iv) Basenaustausch des flüchtigen tertiären Amins in dem Addukt aus Ameisensäure und dem flüchtigen tertiären Amin durch eine weniger flüchtige und schwächere Stickstoffbase, wie beispielsweise 1 -n-Butylimidazol, v) thermische Spaltung des Addukts aus Ameisensäure und der weniger flüchtigen und schwächeren Stickstoffbase unter Erhalt von Ameisensäure und der weniger flüchtigen und schwächeren Stickstoffbase. Formic acid and the volatile tertiary amine, ii) separation of the adduct of formic acid and volatile tertiary amine from the catalyst and the gaseous components in an evaporator, iii) separation of the unreacted volatile tertiary amine in a distillation column or in a phase separator of the adduct of formic acid and the volatile tertiary amine, iv) base exchange of the volatile tertiary amine in the adduct of formic acid and the volatile tertiary amine by a less volatile and weaker nitrogen base, such as 1-n-butylimidazole, v) thermal cleavage of the adduct of formic acid and the less volatile and weaker nitrogen base to give formic acid and the less volatile and weaker nitrogen base.
In der EP 0 126 524 und der EP 0 181 078 muss vor der thermischen Spaltung zwingend das flüchtige tertiäre Amin im Ameisensäure-Addukt durch eine weniger flüchtige und schwächere Stickstoffbase, wie beispielsweise 1 -n-Butylimidazol ausgetauscht werden. Die Verfahren gemäß EP 0 126 524 und EP 0 181 078 sind daher, insbesondere im Hinblick auf den zwingenden Basenaustausch, sehr aufwändig. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der Verfahren gemäß EP 0 126 524 und EP 0 181 078 ist die Tatsache, dass die Abtrennung des Addukts aus Ameisensäure und flüchtigem tertiären Amin gemäß dem vorstehend beschriebenen Schritt ii) der EP 0 126 524 und EP 0 181 078 in einem Verdampfer in Gegenwart des Katalysators erfolgt. In EP 0 126 524 and EP 0 181 078, the volatile tertiary amine in the formic acid adduct must be exchanged by a less volatile and weaker nitrogen base, such as, for example, 1-n-butylimidazole, before the thermal cleavage. The processes according to EP 0 126 524 and EP 0 181 078 are therefore very complicated, in particular with regard to the compulsory base exchange. A further significant disadvantage of the processes according to EP 0 126 524 and EP 0 181 078 is the fact that the separation of the adduct of formic acid and volatile tertiary amine according to the above-described step ii) of EP 0 126 524 and EP 0 181 078 in one Evaporator is carried out in the presence of the catalyst.
Hierdurch wird die Rückspaltung des Addukts aus Ameisensäure und flüchtigem tertiären Amin zu Kohlendioxid, Wasserstoff und flüchtigem tertiären Amin gemäß folgender Reaktionsgleichung katalysiert: As a result, the cleavage of the adduct of formic acid and volatile tertiary amine to carbon dioxide, hydrogen and volatile tertiary amine is catalyzed according to the following reaction equation:
Kat Kat
HCOOH*N R3 ► C02 + H2+NR3 HCOOH * NR 3 ►CO 2 + H 2 + NR 3
Δ  Δ
Die Rückspaltung führt zu einer deutlichen Verringerung der Ausbeute an Addukt aus Ameisensäure und flüchtigem tertiären Amin und somit zu einer Verringerung der Ausbeute des Zielprodukts Ameisensäure. The cleavage leads to a significant reduction in the yield of adduct of formic acid and volatile tertiary amine and thus to a reduction in the yield of the target product formic acid.
In der EP 0 329 337 wird zur Lösung dieses Problems die Zugabe eines Inhibitors vorgeschlagen, der den Katalysator reversibel inhibiert. Als bevorzugte Inhibitoren sind Carbonsäuren, Kohlenmonoxid und Oxidationsmittel genannt. Die Herstellung von Ameisensäure umfasst daher die vorstehend zu EP 0 126 524 und EP 0 181 078 beschriebenen Schritte i) bis v), wobei die Zugabe des Inhibitors nach Schritt i) und vor oder während Schritt ii) erfolgt. Nachteilig an dem Verfahren gemäß EP 0 329 337 ist neben dem aufwändigen Basenaustausch (Schritt iv)), dass der Inhibitor zusammen mit dem rückgeführten tertiären Amin in die Hydrierung (Schritt (i)) gelangt und dort die Synthese zum Addukt aus Ameisensäure und flüchtigem tertiären Amin stört. Ein weiterer Nachteil der EP 0 329 337 besteht darin, dass ein Großteil des im Verfahren befindlichen Katalysators inhibiert wird. Deshalb muss bei dem Verfahren gemäß EP 0 329 337 der inhibierte Katalysator vor dem erneuten Einsatz in die Hydrierung (Schritt i)) reaktiviert werden. EP 0 329 337 proposes the addition of an inhibitor which reversibly inhibits the catalyst in order to solve this problem. Preferred inhibitors include carboxylic acids, carbon monoxide and oxidizing agents. The production of formic acid therefore comprises the steps i) to v) described above for EP 0 126 524 and EP 0 181 078, the addition of the inhibitor taking place after step i) and before or during step ii). A disadvantage of the process according to EP 0 329 337 in addition to the complex base exchange (step iv)) that the inhibitor passes together with the recycled tertiary amine in the hydrogenation (step (i)) and there the synthesis to the adduct of formic acid and volatile tertiary Amin disturbs. A further disadvantage of EP 0 329 337 is that a large part of the catalyst in the process is inhibited. Therefore, in the process according to EP 0 329 337, the inhibited catalyst must be reactivated before reuse in the hydrogenation (step i)).
WO 2010/149507 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure durch Hydrierung von Kohlendioxid in Gegenwart eines tertiären Amins, eines Übergangsmetallkatalysators und eines hochsiedenden polaren Lösungsmittels mit einem elektrostatischen Faktor > 200*10"30 Cm, wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 2-Methyl-1 ,3- Propandiol, 1 ,4-Butandiol, Dipropylenglykol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol und Glycerin. Es wird ein Reaktionsgemisch erhalten, das das Ameisensäure-Amin-Addukt, das tertiäre Amin, das hochsiedende polare Lösungsmittel und den Katalysator enthält. Das Reaktionsgemisch wird gemäß WO 2010/149507 gemäß den folgenden Schritten aufgearbeitet: 1 ) Phasentrennung des Reaktionsgemischs unter Erhalt einer Oberphase enthaltend das tertiäre Amin und den Katalysator sowie einer Unterphase enthaltend das Ameisensäure-Amin-Addukt, das hochsiedende polare Lösungsmittel und Reste des Katalysators; Rückführung der Oberphase zur Hydrierung, WO 2010/149507 describes a process for the preparation of formic acid by hydrogenation of carbon dioxide in the presence of a tertiary amine, a transition metal catalyst and a high boiling polar solvent with an electrostatic factor> 200 * 10 "30 cm, such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, 1, 3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, dipropylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol and glycerol to give a reaction mixture which contains the formic acid amine. Adduct, the tertiary amine, the high-boiling polar solvent and the catalyst The reaction mixture is worked up according to WO 2010/149507 according to the following steps: 1) phase separation of the reaction mixture to obtain an upper phase containing the tertiary amine and the catalyst and a lower phase containing the formic acid-amine adduct, the high-boiling polar solvents and residues of the catalyst; Recycling of the upper phase for hydrogenation,
2) Extraktion der Unterphase mit dem tertiären Amin unter Erhalt eines Extrakts enthaltend das tertiäre Amin und die Reste des Katalysators sowie eines Raffinats enthaltend das hochsiedende polare Lösungsmittel und das Ameisensäure-Amin-Addukt; Rückführung des Extrakts zur Hydrierung, 2) extracting the lower phase with the tertiary amine to obtain an extract containing the tertiary amine and the residues of the catalyst and a raffinate containing the high boiling point polar solvent and the formic acid amine adduct; Recycling of the extract for hydrogenation,
3) Thermische Spaltung des Raffinats in einer Destillationskolonne unter Erhalt eines Destillats enthaltend die Ameisensäure und eines Sumpfgemischs enthaltend das freie tertiäre Amin und das hochsiedende polare Lösungsmittel; Rückführung des hochsiedenden polaren Lösungsmittels zur Hydrierung. 3) thermal cracking of the raffinate in a distillation column to obtain a distillate containing the formic acid and a bottoms mixture containing the free tertiary amine and the high-boiling polar solvent; Recycling of the high-boiling polar solvent for hydrogenation.
Das Verfahren gemäß WO 2010/149507 hat gegenüber den Verfahren gemäß EP 0 095 321 , EP 0 151 510, EP 0 126 524, EP 0 181 078 und EP 0 329 337 den Vorteil, dass es ohne den aufwändigen Basenaustauschschritt (Schritt (iv)) auskommt und eine Abtrennung und Rückführung des Katalysators in seiner aktiven Form ermöglicht. Nachteilig an dem Verfahren der WO 2010/149507 ist jedoch, dass die Abtrennung des Katalysators trotz Phasentrennung (Schritt 1 )) und Extraktion (Schritt 2)) nicht immer vollständig gelingt, so dass im Raffinat enthaltene Katalysatorspuren bei der thermischen Spaltung in der Destillationskolonne in Schritt 3) die Rückspaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts zu Kohlendioxid und Wasserstoff und dem tertiären Amin katalysieren können. Weiter ist es nachteilig, dass es bei der thermischen Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts in der Destillationskolonne zu einer Veresterung der gebildeten Ameisensäure mit den hochsiedenden polaren Lösungsmitteln (Diolen und Polyolen) kommt. Dies führt zu einer Verringerung der Ausbeute des Zielprodukts Ameisensäure. The process according to WO 2010/149507 has the advantage over the processes according to EP 0 095 321, EP 0 151 510, EP 0 126 524, EP 0 181 078 and EP 0 329 337 that it can be carried out without the complex base exchange step (step (iv)). ) and allows separation and recycling of the catalyst in its active form. However, a disadvantage of the process of WO 2010/149507 is that the separation of the catalyst despite phase separation (step 1)) and extraction (step 2)) is not always completely successful, so that traces of catalyst contained in the raffinate in the thermal cracking in the distillation column in Step 3) can catalyze the cleavage of the formic acid-amine adduct to carbon dioxide and hydrogen and the tertiary amine. It is also disadvantageous that esterification of the formic acid formed with the high-boiling polar solvents (diols and polyols) occurs in the thermal cleavage of the formic acid-amine adduct in the distillation column. This leads to a reduction in the yield of the target product formic acid.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure durch Hydrierung von Kohlendioxid zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht oder nur in deutlich vermindertem Ausmaß aufweist und das zu konzentrierter Ameisensäure in hoher Ausbeute und hoher Reinheit führt. Ferner soll das Verfahren eine einfachere Verfahrensführung erlauben, als im Stand der Technik beschrieben, insbesondere ein einfacheres Verfahrenskonzept zur Aufarbeitung des Austrage aus dem Hydrierreaktor, einfachere Verfahrensstufen, eine geringere Anzahl an Verfahrensstufen oder einfachere Apparate. Des Weiteren soll das Verfahren auch mit einem möglichst niedrigen Energiebedarf durchgeführt werden können. Da eine vollständige Abtrennung des homogen-gelösten aktiven Katalysators aus dem Produktstrom nur mit sehr großem Aufwand zu realisieren ist und selbst kleine Mengen an Katalysator in der thermischen Spaltung aufgrund der hohen Temperaturen zu signifikanten Verlusten an Ameisensäure führen würde, soll darüber hinaus sichergestellt werden, dass Katalysatorspuren vor der Destillation in nicht aktive Spezies überführt werden, ohne das die Hydrierung gestört wird. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure, umfassend die Schritte The object of the present invention was to provide a process for the preparation of formic acid by hydrogenation of carbon dioxide, which does not have the disadvantages of the prior art or only to a significantly reduced extent and which leads to concentrated formic acid in high yield and high purity , Furthermore, the method should allow a simpler process control, as described in the prior art, in particular a simpler process concept for working up the discharge from the hydrogenation reactor, simpler process steps, a smaller number of process stages or simpler Apparatuses. Furthermore, the method should also be able to be carried out with the lowest possible energy requirement. Since a complete separation of the homogeneously dissolved active catalyst from the product stream can be realized only with great effort and even small amounts of catalyst in the thermal cleavage due to the high temperatures would lead to significant losses of formic acid, should also ensure that Catalyst traces are transferred before the distillation in non-active species, without the hydrogenation is disturbed. The object is achieved by a process for the preparation of formic acid, comprising the steps
(a) homogen-katalysiertes Umsetzen eines Reaktionsgemischs (Rg) enthaltend Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des(A) homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) containing carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst containing at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the
Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 2-Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula ( A1)
NR1 R2R3 (A1 ), NR 1 R 2 R 3 (A1),
in der  in the
R1 , R2, R3 unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischenR 1 , R 2 , R 3 independently of one another are unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic
Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können, in einem Hydrierreaktor unter Erhalt, gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, eines zweiphasigen Hydriergemischs (H) enthaltend eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U 1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des mindestens einen Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure- Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) enthält, N Ri R2 R3 * x. HCOOH (A2), Represent radicals having in each case 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms can be substituted independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and> N- and two or all three radicals connected to form a chain comprising at least four atoms in each case in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01) containing the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U 1 ) containing the at least one polar solvent, radicals of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2), NR i R2 R3 * x . HCOOH (A2),
in der in the
X, im Bereich von 0,4 bis 5 liegt und X, is in the range of 0.4 to 5 and
R1, R2, R3 die vorstehend genannten Bedeutungen haben, R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
Aufarbeitung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) gemäß einem der folgenden Schritte Working up of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) according to one of the following steps
(b1 ) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U1 ) oder (b1) phase separation of the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1) or
(b2) Extraktion des mindestens einen Katalysators aus dem in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend mindestens ein tertiäres Amin (A1 ) unter Erhalt eines Raffinats (R1 ) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure- Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E1 ) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und den mindestens einen Katalysator oder (b2) Extraction of the at least one catalyst from the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in an extraction unit with an extractant containing at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R1) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the at least one catalyst or
(b3) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U1 ) und Extraktion der Reste des mindestens einen Katalysators aus der Unterphase (U1 ) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) unter Erhalt eines Raffinats (R2) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure- Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E2) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des mindestens einen Katalysators, (c) zumindest teilweise Abtrennung des mindestens einen polaren Lösungsmittels aus der Unterphase (U 1 ), aus dem Raffinat (R1 ) oder aus dem Raffinat (R2) in einer ersten Destillationsvorrichtung unter Erhalt eines Destillats (D1 ) enthaltend das mindestens eine polare Lösungsmittel, das in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält, (d) gegebenenfalls Aufarbeitung des in Schritt (c) erhaltenen ersten Sumpfgemischs (S1 ) durch Phasentrennung in einer zweiten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2), (b3) phase separation of the obtained in step (a) Hydnergemischs (H) in a first phase separation device in the upper phase (01) and the lower phase (U1) and extraction of the residues of the at least one catalyst from the lower phase (U1) in an extraction unit with a Extraction agent comprising the at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the radicals of the at least one catalyst, (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the lower phase (U 1), from the raffinate (R1) or from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) containing the at least one polar solvent, which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottoms mixture (S1) containing an upper phase (02) containing the at least one tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the at least one formic acid amine Adduct (A2), (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2),
(e) Spaltung des im Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltenen mindestens einen Ameisensäure-Amin-Addukts(E) cleavage of the at least one formic acid-amine adduct contained in the bottom mixture (S1) or optionally in the bottom phase (U2)
(A2) in einer thermischen Spalteinheit, unter Erhalt des mindestens einen tertiären Amins (A1 ), das zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird, und von Ameisensäure, die aus der thermischen Spalteinheit ausgeschleust wird, wobei unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) mindestens ein Inhibitor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäurederivaten verschiedenen Carbonsäurederivaten und Oxidationsmitteln zugegeben wird. (A2) in a thermal cleavage unit to obtain the at least one tertiary amine (A1) which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and formic acid discharged from the thermal cleavage unit, immediately before and / or during step (C) the lower phase (U 1), the raffinate (R1) or the raffinate (R2) is added at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, of carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and oxidizing agents.
Es wurde festgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ameisensäure in hoher Ausbeute zugänglich ist. Es ist besonders vorteilhaft, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Basenaustausch (Schritt (iv)) gemäß den Verfahren der EP 0 126 524 und der EP 0 181 078 eingespart werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine effektive Abtrennung des Katalysators in seiner aktiven Form sowie die Rückführung des abgetrennten Katalysators in den Hydrierreaktor in Schritt (a). Darüber hinaus wird durch den Einsatz eines Inhibitors die Rückspaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) verhindert, was zu einer Erhöhung der Ameisensäureausbeute führt. Durch die Abtrennung des erfindungsgemäß eingesetzten polaren Lösungsmittels wird zudem eine Veresterung der in der thermischen Spalteinheit in Schritt (e) erhaltenen Ameisensäure verhindert, was ebenfalls zu einer Steigerung der Ameisensäureausbeute führt. Darüber hinaus wurde überraschend festgestellt, dass der Einsatz der erfindungsgemäßen polaren Lösungsmittel zu einer Erhöhung der Konzentration des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) im in Schritt (a) erhaltenen Hydriergemisch (H) -gegenüber den in WO2010/149507 eingesetzten polaren Lösungsmitteln- führt. Hierdurch wird der Einsatz von kleineren Reaktoren ermöglicht, was wiederum zu einer Kostenersparnis führt. It has been found that formic acid can be obtained in high yield with the process according to the invention. It is particularly advantageous that in the process according to the invention the base exchange (step (iv)) according to the processes of EP 0 126 524 and EP 0 181 078 can be saved. The process according to the invention enables an effective separation of the catalyst in its active form and the recycling of the separated catalyst into the hydrogenation reactor in step (a). In addition, the use of an inhibitor prevents the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2), which leads to an increase in the yield of formic acid. By separating the polar solvent used according to the invention, in addition, esterification of the formic acid obtained in the thermal splitting unit in step (e) is prevented, which also leads to an increase in the formic acid yield. In addition, it has surprisingly been found that the use of the polar solvents according to the invention leads to an increase in the concentration of the formic acid-amine adduct (A2) in the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) compared to the polar solvents used in WO2010 / 149507 , This allows the use of smaller reactors, which in turn leads to a cost savings.
Die Begriffe„Schritt" und„Verfahrensstufe" werden nachfolgend synonym gebraucht. Herstellung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2); Verfahrensstufe (a) The terms "step" and "process step" are used synonymously below. Preparation of Formic Acid-Amine Adduct (A2); Process step (a)
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in Verfahrensstufe (a) in einem Hydrierreaktor ein Reaktionsgemisch (Rg) umgesetzt, das Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol, 2- Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) enthält. Das in Verfahrensstufe (a) eingesetzte Kohlendioxid kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Es ist auch möglich, großtechnisch verfügbare, Kohlendioxid enthaltende Gasgemische zu verwenden, sofern diese weitgehend frei von Kohlenmonoxid (Volumenanteil von <1 % CO), sind. Der bei der Hydrierung von Kohlendioxid in Verfahrensstufe (a) eingesetzte Wasserstoff ist im Allgemeinen gasförmig. Kohlendioxid und Wasserstoff können auch inerte Gase, wie etwa Stickstoff oder Edelgase, enthalten. Vorteilhaft liegt jedoch deren Gehalt unterhalb von 10 mol-% bezogen auf die Gesamtmenge an Kohlendioxid und Wasserstoff im Hydrierreaktor. Größe Mengen sind zwar gegebenenfalls ebenfalls noch tolerierbar, bedingen aber im Allgemeinen die Anwendung eines höheren Druckes im Reaktor, wodurch weitere Kompressionsenergie erforderlich ist. In the process according to the invention, a reaction mixture (Rg) which comprises carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst containing at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the Group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1). The carbon dioxide used in process step (a) can be solid, liquid or gaseous. It is also possible to use gas mixtures containing large quantities of carbon dioxide, provided they are substantially free of carbon monoxide (volume fraction of <1% CO). The hydrogen used in the hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) is generally gaseous. Carbon dioxide and hydrogen may also contain inert gases, such as nitrogen or noble gases. However, their content is advantageously below 10 mol% based on the total amount of carbon dioxide and hydrogen in the hydrogenation reactor. Although quantities may also be tolerable, they generally require the use of a higher pressure in the reactor, requiring further compression energy.
Kohlendioxid und Wasserstoff können der Verfahrensstufe (a) als getrennte Ströme zugeleitet werden. Es ist auch möglich, ein Gemisch enthaltend Kohlendioxid und Wasserstoff in Verfahrensstufe (a) einzusetzen. Carbon dioxide and hydrogen can be fed to process stage (a) as separate streams. It is also possible to use a mixture containing carbon dioxide and hydrogen in process step (a).
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in Verfahrensstufe (a) bei der Hydrierung von Kohlendioxid mindestens ein tertiäres Amin (A1 ) eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter„tertiäres Amin (A1 )" sowohl ein (1 ) tertiäres Amin (A1 ) als auch Mischungen von zwei oder mehreren tertiären Aminen (A1 ) verstanden. In the process according to the invention, at least one tertiary amine (A1) is used in process step (a) in the hydrogenation of carbon dioxide. In the context of the present invention, "tertiary amine (A1)" is understood as meaning both one (1) tertiary amine (A1) and mixtures of two or more tertiary amines (A1).
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte tertiäre Amin (A1 ) wird vorzugsweise so ausgewählt beziehungsweise mit dem polaren Lösungsmittel so abgestimmt, dass das in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H), gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, mindestens zweiphasig ist. Das Hydriergemisch (H) enthält eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U 1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. The tertiary amine (A1) used in the process according to the invention is preferably selected in such a way or with the polar solvent that the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a), if appropriate after the addition of water, is at least biphasic. The hydrogenation mixture (H) contains an upper phase (01) containing the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U 1) containing the at least one polar solvent, residues of the catalyst and at least one formic acid Amine adduct (A2).
Das tertiäre Amin (A1 ) sollte in der Oberphase (01 ) angereichert vorliegen, d.h. die Oberphase (01 ) sollte den Hauptteil des tertiären Amins (A1 ) enthalten. Unter „angereichert" bzw.„Hauptteil" im Hinblick auf das tertiäre Amin (A1 ) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gewichtsanteil des freien tertiären Amins (A1 ) in der Oberphase (01 ) von > 50 % bezogen auf das Gesamtgewicht des freien tertiären Amins (A1 ) in den Flüssigphasen, d.h. der Oberphase (01 ) und der Unterphase (U 1 ) im Hydriergemisch (H) zu verstehen. The tertiary amine (A1) should be enriched in the upper phase (01), i. the upper phase (01) should contain the main part of the tertiary amine (A1). In the context of the present invention, by "enriched" or "main part" with respect to the tertiary amine (A1) is a weight fraction of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) of> 50% based on the total weight of the free tertiary Amine (A1) in the liquid phases, ie the upper phase (01) and the lower phase (U 1) in the hydrogenation mixture (H) to understand.
Unter freiem tertiärem Amin (A1 ) ist dabei das tertiäre Amin (A1 ) zu verstehen, das nicht in Form des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) gebunden ist. By free tertiary amine (A1) is meant the tertiary amine (A1) which is not bound in the form of the formic acid-amine adduct (A2).
Bevorzugt liegt der Gewichtsanteil des freien tertiären Amins (A1 ) in der Oberphase (01 ) bei > 70 %, insbesondere bei > 90 %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des freien tertiären Amins (A1 ) in der Oberphase (01 ) und der Unterphase (U 1 ) im Hydriergemisch (H). The weight fraction of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the free tertiary amine (A1) in the upper phase (01) and the lower phase ( U 1) in the hydrogenation mixture (H).
Die Auswahl des tertiären Amins (A1 ) erfolgt im Allgemeinen durch einen einfachen Versuch, in dem das Phasenverhalten und die Löslichkeit des tertiären Amins (A1 ) in den Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) unter den Verfahrensbedingungen in der Verfahrensstufe (a) experimentell bestimmt werden. Dem tertiären Amin (A1 ) können darüber hinaus unpolare Lösungsmittel wie beispielsweise aliphatische, aromatische oder araliphatische Lösungsmittel zugegeben werden. Bevorzugte unpolare Lösungsmittel sind beispielsweise Octan, Toluol und/oder Xylole (o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol). The selection of the tertiary amine (A1) is generally carried out by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the tertiary amine (A1) in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U1)) under the process conditions in the process stage (a) be determined experimentally. In addition, non-polar solvents such as aliphatic, aromatic or araliphatic solvents may be added to the tertiary amine (A1). Preferred non-polar solvents are, for example, octane, toluene and / or xylenes (o-xylene, m-xylene, p-xylene).
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt einzusetzende tertiäre Amin ist ein Amin, der allgemeinen Formel The preferred tertiary amine to be used in the process according to the invention is an amine of the general formula
N R1 R2R3 (A1 ) in der die Reste R1 , R2, R3 gleich oder verschieden sind und unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) eingesetzt, mit der Maßgabe, dass die Gesamtzahl der C- Atome mindestens 9 ist. NR 1 R 2 R 3 (A1) in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are identical or different and independently of one another are an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical having in each case 1 to 16 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, wherein individual carbon atoms can be substituted independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and> N- and two or all three radicals with formation a chain comprising at least four atoms each can also be connected to each other. In a particularly preferred embodiment, a tertiary amine of the general formula (A1) is used, with the proviso that the total number of carbon atoms is at least 9.
Als geeignete tertiäre Amine der Formel (A1 ) seien beispielsweise genannt: Examples of suitable tertiary amines of the formula (A1) are:
• Tri-n-propylamin, Tri-n-butylamin, Tri-n-pentylamin, Tri-n-hexylamin, Tri-n- heptylamin, Tri-n-octylamin, Tri-n-nonylamin, Tri-n-decylamin, Tri-n-undecylamin, Tri-n-dodecylamin, Tri-n-tridecylamin, Tri-n-tetradecylamin, Tri-n-pentadecylamin, Tri-n-hexadecylamin, Tri-(2-ethylhexyl)amin. Tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n-pentylamine, tri-n-hexylamine, tri-n-heptylamine, tri-n-octylamine, tri-n-nonylamine, tri-n-decylamine, tri -n-undecylamine, tri-n-dodecylamine, tri-n-tridecylamine, tri-n-tetradecylamine, tri-n-pentadecylamine, tri-n-hexadecylamine, tri (2-ethylhexyl) amine.
• Diemthyl-decylamin, Dimethyl-dodecylamin, Dimethyl-tetradecylamin, Ethyl-di-(2- propyl)amin, Dioctyl-methylamin, Dihexyl-methylamin. Di-methyl-decylamine, dimethyldodecylamine, dimethyl-tetradecylamine, ethyl-di (2-propyl) amine, dioctyl-methylamine, dihexyl-methylamine.
• Tricyclopentylamin, Tricyclohexylamin, Tricycloheptylamin, Tricyclooctylamin und deren durch eine oder mehrere Methyl-, Ethyl-, 1 -Propy-, 2-Propyl-, 1 -Butyl-, 2- Butyl- oder 2-Methyl-2-propyl-Gruppen substituierte Derivate. · Dimethyl-cyclohexylamin, Methyl-dicyclohexylamin, Diethyl-cyclohexylamin, Ethyl- dicyclohexylamin, Dimethyl-cyclopentylamin, Methyl-dicyclopentylamin. Tricyclopentylamine, tricyclohexylamine, tricycloheptylamine, tricyclooctylamine and their substituted by one or more methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl or 2-methyl-2-propyl groups derivatives. Dimethylcyclohexylamine, methyldicyclohexylamine, diethylcyclohexylamine, ethyldicyclohexylamine, dimethylcyclopentylamine, methyldicyclopentylamine.
• Triphenylamin, Methyl-diphenylamin, Ethyl-diphenylamin, Propyl-diphenylamin, Butyl-diphenylamin, 2-Ethyl-hexyl-diphenylamin, Dimethyl-phenylamin, Diethyl- phenylamin, Dipropyl-phenylamin, Dibutyl-phenylamin, Bis(2-Ethyl-hexyl)- phenylamin, Tribenzylamin, Methyl-dibenzylamin, Ethyl-dibenzylamin und deren durch eine oder mehrere Methyl-, Ethyl-, 1 -Propyl, 2-Propyl-, 1 -Butyl-, 2-Butyl- oder 2-Methyl-2-propyl-Gruppen substituierte Derivate. · N-d-bis-C^-Alkyl-piperidine, N.N-Di-d-bis-C^-Alkyl-piperazine, N-Crbis-C12- Alkyl-pyrrolidone, N-C -bis-C -Alkyl-imidazole und deren durch eine oder mehrere Methyl-. Ethyl-, 1 -Propy-, 2-Propyl-, 1 -Butyl-, 2-Butyl- oder 2-Methyl-2-propyl- Gruppen substituierte Derivate. · 1 ,8-Diazabicyclo[5.4.0]undsec-7-en („DBU"), 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan („DAB- CO"), N-Methyl-8-azabicyclo[3.2.1 ]octan („Tropan"), N-Methyl-9- azabicyclo[3.3.1 ]nonan („Granatan"), 1 -Azabicyclo[2.2.2]octan („Chinuclidin"). • triphenylamine, methyldiphenylamine, ethyldiphenylamine, propyldiphenylamine, butyldiphenylamine, 2-ethylhexyldiphenylamine, dimethylphenylamine, diethylphenylamine, dipropylphenylamine, dibutylphenylamine, bis (2-ethylhexyl ) - phenylamine, tribenzylamine, methyl-dibenzylamine, ethyl-dibenzylamine and theirs by one or more methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl or 2-methyl-2- propyl groups substituted derivatives. Nd-bis-C 1-4 -alkyl-piperidines, N, N-di-d-bis-C 1-4 -alkyl-piperazines, N-crib-C 12 -alkyl-pyrrolidones, NC-bis-C 1-4 -alkyl-imidazoles and theirs one or more methyl. Ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl or 2-methyl-2-propyl groups substituted derivatives. 1, 8-diazabicyclo [5.4.0] undsec-7-ene ("DBU"), 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane ("DABCO"), N-methyl-8-azabicyclo [3.2 .1] octane ("tropane"), N-methyl-9-azabicyclo [3.3.1] nonane ("garnetane"), 1-azabicyclo [2.2.2] octane ("quinuclidine").
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch Gemische aus zwei oder mehreren verschiedenen tertiären Aminen (A1 ) eingesetzt werden. In the process according to the invention, mixtures of two or more different tertiary amines (A1) can also be used.
Besonders bevorzugt setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) ein Amin ein, in der die Reste R1 , R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe ( bis C12-Alkyl, C5- bis C8-Cycloalkyl, Benzyl und Phenyl, ein. Particularly preferred in the process according to the invention as the tertiary amine of the general formula (A1) is an amine in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are independent are selected from the group (to C 12 alkyl, C 5 - to C 8 cycloalkyl, benzyl and phenyl, a.
Besonders bevorzugt setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als tertiäres Amin ein gesättigtes Amin, d.h. nur Einfachbindungen enthaltend, der allgemeinen Formel (A1 ) ein. In the process according to the invention, it is particularly preferable to use as the tertiary amine a saturated amine, i. containing only single bonds of the general formula (A1).
Ganz besonders setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als tertiäres Amin ein Amin der allgemeinen Formel (A1 ) ein, in der die Reste R1 , R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe C5- bis C8-Alkyl, insbesondere Tri-n- pentylamin, Tri-n-hexylamin, Tri-n-heptylamin, Tri-n-octylamin,An especially suitable amine in the process according to the invention is a tertiary amine of the general formula (A1) in which the radicals R 1 , R 2 , R 3 are independently selected from the group C 5 - to C 8 -alkyl, in particular tri -n-pentylamine, tri-n-hexylamine, tri-n-heptylamine, tri-n-octylamine,
Dimethylcyclohexylamin, Methyldicyclohexylamin, Dioctylmethylamin und Dimethyldecylamin. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein (1 ) tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) eingesetzt. Dimethylcyclohexylamine, methyldicyclohexylamine, dioctylmethylamine and dimethyldecylamine. In one embodiment of the process according to the invention, one (1) tertiary amine of the general formula (A1) is used.
Insbesondere setzt man als tertiäres Amin ein Amin der allgemeinen Formel (A1 ) ein, in der die Reste R1 , R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus C5- und C6- Alkyl. Am meisten bevorzugt setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) Tri-n-hexylamin ein. In particular, the tertiary amine used is an amine of the general formula (A1) in which the radicals R 1 , R 2 and R 3 are selected independently of one another from C 5 - and C 6 -alkyl. Most preferably, in the process according to the invention, tri-n-hexylamine is used as the tertiary amine of the general formula (A1).
Bevorzugt liegt das tertiäre Amin (A1 ) beim erfindungsmäßen Verfahren in allen Verfahrensstufen flüssig vor. Dies ist jedoch kein zwingendes Erfordernis. Es würde auch ausreichen, wenn das tertiäre Amin (A1 ) zumindest in geeigneten Lösungsmitteln gelöst wäre. Geeignete Lösungsmittel sind prinzipiell solche, die hinsichtlich der Hydrierung von Kohlendioxid chemisch inert sind, in denen sich das tertiäre Amin (A1 ) und der Katalysator gut lösen und in denen sich umgekehrt das polare Lösungsmittel sowie das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) schlecht lösen. In Frage kommen daher prinzipiell chemisch inerte, unpolare Lösungsmittel wie etwa aliphatische, aromatische oder araliphatische Kohlenwasserstoffe, beispielweise Octan und höhere Alkane, Toluol, Xylole. The tertiary amine (A1) in the process according to the invention is preferably liquid in all process stages. However, this is not a mandatory requirement. It would also be sufficient if the tertiary amine (A1) were dissolved at least in suitable solvents. Suitable solvents are in principle those which are chemically inert with respect to the hydrogenation of carbon dioxide, in which the tertiary amine (A1) and the catalyst dissolve well and in which, conversely, the polar solvent and the formic acid-amine adduct (A2) dissolve poorly , In question, therefore, in principle, chemically inert, nonpolar solvents such as aliphatic, aromatic or araliphatic hydrocarbons, such as octane and higher alkanes, toluene, xylenes.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in Verfahrensstufe (a) bei der Hydrierung von Kohlendioxid mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 2-Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol, 2- Methyl-1 -propanol und Wasser eingesetzt. In the process of the invention, at least one polar solvent is selected in process step (a) in the hydrogenation of carbon dioxide from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1 - propanol and water used.
Unter„polares Lösungsmittel" im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden sowohl ein (1 ) polares Lösungsmittel als auch Mischungen aus zwei oder mehreren polaren Lösungsmitteln verstanden. Das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte polare Lösungsmittel wird vorzugsweise so ausgewählt beziehungsweise mit dem tertiären Amin (A1 ) abgestimmt, dass es im Hinblick auf das Phasenverhalten im Hydrierreaktor in Verfahrensstufe (a) bevorzugt folgende Kriterien erfüllen: Das polare Lösungsmittel sollte bevorzugt so ausgewählt sein, dass das in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H) mindestens zweiphasig ist. Das polare Lösungsmittel sollte in der Unterphase (U 1 ) angereichert vorliegen, d.h. die Unterphase (U 1 ) sollte den Hauptteil des polaren Lösungsmittels enthalten. Unter„angereichert" bzw.„Hauptteil" im Hinblick auf das polare Lösungsmittel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gewichtsanteil des polaren Lösungsmittels in der Unterphase (U 1 ) von > 50 % bezogen auf das Gesamtgewicht des polaren Lösungsmittels in den Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) im Hydrierreaktor zu verstehen. In the context of the present invention, "polar solvent" is understood to mean both one (1) polar solvent and mixtures of two or more polar solvents. The polar solvent used in the process according to the invention is preferably selected or matched with the tertiary amine (A1) so that it preferably meets the following criteria with regard to the phase behavior in the hydrogenation reactor in process step (a): The polar solvent should preferably be selected such that the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is at least biphasic. The polar solvent should be enriched in the lower phase (U 1), ie the lower phase (U 1) should contain the main part of the polar solvent. In the context of the present invention, "enriched" or "main part" with respect to the polar solvent is a weight fraction of the polar solvent in the lower phase (U 1) of> 50%, based on the total weight of the polar solvent in the liquid phases (upper phase ( 01) and lower phase (U 1)) in the hydrogenation reactor to understand.
Bevorzugt liegt der Gewichtsanteil des polaren Lösungsmittels in der Unterphase (U 1 ) bei > 70 %, insbesondere bei > 90 %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des polaren Lösungsmittels in der Oberphase (01 ) und der Unterphase (U 1 ). The weight fraction of the polar solvent in the lower phase (U 1) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the polar solvent in the upper phase (01) and the lower phase (U 1).
Die Auswahl des polaren Lösungsmittels, das die vorstehend genannten Kriterien erfüllt, erfolgt im Allgemeinen durch einen einfachen Versuch, in dem das Phasenverhalten und die Löslichkeit des polaren Lösungsmittels in den Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) unter den Verfahrensbedingungen in Verfahrensstufe (a) experimentell bestimmt werden. The selection of the polar solvent satisfying the above criteria is generally accomplished by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the polar solvent in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) under the process conditions in Process step (a) are determined experimentally.
Bei dem polaren Lösungsmittel kann es sich um ein reines polares Lösungsmittel oder um eine Mischung aus zwei oder mehreren polaren Lösungsmitteln handeln, solange das polare Lösungsmittel beziehungsweise die Mischung der polaren Lösungsmittel die vorstehend beschriebenen Kriterien bezüglich Phasenverhalten und Löslichkeit in der Oberphase (01 ) und der Unterphase (U 1 ) im Hydrierreaktor in Verfahrensstufe (a) erfüllt. The polar solvent may be a pure polar solvent or a mixture of two or more polar solvents as long as the polar solvent or mixture of polar solvents meets the above-described phase behavior and solubility criteria in the upper phase (01) and the above Subphase (U 1) in the hydrogenation reactor in process step (a).
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (a) zunächst ein einphasiges Hydriergemisch erhalten, das durch die Zugabe von Wasser in das zweiphasige Hydriergemisch (H) überführt wird. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (a) direkt das zweiphasige Hydriergemisch (H) erhalten. Das nach dieser Ausführungsform erhaltene zweiphasige Hydriergemisch (H) kann unmittelbar der Aufarbeitung gemäß Schritt (b) zugeführt werden. Es ist auch möglich, dem zweiphasigen Hydriergemisch (H) vor der weiteren Aufarbeitung in Schritt (b) zusätzlich Waser zuzugeben. Dies kann zu einer Erhöhung des Verteilungskoeffizienten PK führen. Für den Fall, dass als polares Lösungsmittel eine Mischung aus Alkohol und Wasser eingesetzt wird, wird das Verhältnis von Alkohol zu Wasser so gewählt, dass sich zusammen mit dem Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und dem tertiären Amin (A1 ) ein mindestens zweiphasiges Hydriergemisch (H) enthaltend die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U 1 ) ausbildet. In one embodiment of the process according to the invention, in step (a), first of all a single-phase hydrogenation mixture is obtained, which is converted into the biphasic hydrogenation mixture (H) by the addition of water. In a further embodiment of the process according to the invention, the biphasic hydrogenation mixture (H) is obtained directly in step (a). The biphasic hydrogenation mixture (H) obtained in this embodiment can be directly fed to the work-up of step (b). It is also possible to additionally add Waser to the biphasic hydrogenation mixture (H) before further processing in step (b). This can lead to an increase of the distribution coefficient P K. In the event that a mixture of alcohol and water is used as the polar solvent, the ratio of alcohol to water is chosen so that together with the formic acid-amine adduct (A2) and the tertiary amine (A1) at least two-phase Hydrogenation mixture (H) containing the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is formed.
Es ist auch möglich, dass, für den Fall, dass als polares Lösungsmittel eine Mischung aus Alkohol (ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 - Propanol, 2-Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol und 2-Methyl-1 -Propanol) und Wasser eingesetzt wird, das Verhältnis von Alkohol zu Wasser so gewählt wird, dass sich zusammen mit dem Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und dem tertiären Amin (A1 ) zunächst ein einphasiges Hydriergemisch ausbildet, welches nachfolgend durch Zugabe von Wasser in das zweiphasige Hydriergemisch (H) überführt wird. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird als polares Lösungsmittel Wasser, Methanol oder eine Mischung aus Wasser und Methanol eingesetzt. It is also possible that, in the event that as a polar solvent, a mixture of alcohol (selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1 - propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and 2-methyl- 1 -propanol) and water is used, the ratio of alcohol to water is chosen so that, together with the formic acid-amine adduct (A2) and the tertiary amine (A1) first a single-phase hydrogenation mixture is formed, which is subsequently by addition of Water is transferred to the biphasic hydrogenation mixture (H). In a further particularly preferred embodiment, the polar solvent used is water, methanol or a mixture of water and methanol.
Der Einsatz von Diolen sowie deren Ameisensäureestern, Polyolen sowie deren Ameisensäureestern, Sulfonen, Sulfoxiden und offenkettigen oder cyclischen Amiden als polares Lösungsmittel ist nicht bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese polaren Lösungsmittel im Reaktionsgemisch (Rg) nicht enthalten. The use of diols and their formic acid esters, polyols and their formic acid esters, sulfones, sulfoxides and open-chain or cyclic amides as the polar solvent is not preferred. In a preferred embodiment, these polar solvents are not contained in the reaction mixture (Rg).
Das Molverhältnis des im erfindungsgemäßen Verfahren in Verfahrensstufe (a) eingesetzten polaren Lösungsmittels beziehungsweise Losungsmittelgemischs zum eingesetzten tertiären Amin (A1 ) beträgt im Allgemeinen 0,5 bis 30 und bevorzugt 1 bis 20. The molar ratio of the polar solvent or solvent mixture used in the process according to the invention in process step (a) to the tertiary amine (A1) used is generally 0.5 to 30 and preferably 1 to 20.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren in Verfahrensstufe (a) zur Hydrierung von Kohlendioxid eingesetzte Katalysator enthält mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems (Nomenklatur nach I UPAC). Die Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umfassen Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt. In Verfahrensstufe (a) können ein (1 ) Katalysator oder eine Mischung aus zwei oder mehreren Katalysatoren eingesetzt werden. Bevorzugt wird ein (1 ) Katalysator eingesetzt. Unter„Katalysator" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl ein (1 ) Katalysator als auch Mischungen von zwei oder mehr Katalysatoren verstanden. The catalyst used in the process according to the invention in process step (a) for the hydrogenation of carbon dioxide comprises at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the periodic table (nomenclature according to I UPAC). Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table include Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt. In process step (a), one (1) catalyst or a mixture of two or more catalysts can be used. Preferably, one (1) catalyst is used. In the context of the present invention, "catalyst" is understood to mean both one (1) catalyst and mixtures of two or more catalysts.
Bevorzugt enthält der Katalysator mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt, besonders bevorzugt mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Ru, Rh und Pd. Ganz besonders bevorzugt enthält der Katalysator Ru. Als Katalysator wird bevorzugt eine komplexartige Verbindung (Komplexkatalysator) der vorstehend genannten Elemente eingesetzt. Die Umsetzung in Verfahrensstufe (a) wird bevorzugt homogen-katalysiert durchgeführt. Unter homogen-katalysiert wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der katalytisch aktive Teil der komplexartigen Verbindung (des Komplexkatalysators) zumindest teilweise im flüssigen Reaktionsmedium gelöst vorliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen mindestens 90 % des in Verfahrensstufe (a) eingesetzten Komplexkatalysators im flüssigen Reaktionsmedium gelöst vor, mehr bevorzugt mindestens 95 %, insbesondere bevorzugt mehr als 99 %, am meisten bevorzugt liegt der Komplexkatalysator vollständig gelöst im flüssigen Reaktionsmedium vor (100 %), jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des im flüssigen Reaktionsmedium vorhandenen Komplexkatalysators. Die Menge der Metallkomponenten des Komplexkatalysators in Verfahrensstufe (a) beträgt im Allgemeinen 0, 1 bis 5000 Gew.-ppm, bevorzugt 1 bis 800 Gew.-ppm und besonders bevorzugt 5 bis 800 Gew.-ppm, jeweils bezogen auf das gesamte flüssige Reaktionsgemisch (Rg) im Hydrierreaktor. Der Komplexkatalysator wird dabei so ausgewählt, dass dieser in der Oberphase (01 ) angereichert vorliegt, d.h. die Oberphase (01 ) enthält den Hauptteil des Katalysators. Unter „angereichert" bzw. „Hauptteil" im Hinblick auf den Komplexkatalysator ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verteilungskoeffizient des Komplexkatalysators PK = [Konzentration des Komplexkatalysators in der Oberphase (01 )] / [Konzentration des Komplexkatalysators in der Unterphase (U 1 )] von > 1 zu verstehen. Bevorzugt ist ein Verteilungskoeffizient PK > 1 ,5 und besonders bevorzugt ist ein Verteilungskoeffizient PK > 4. Die Auswahl des Komplexkatalysators erfolgt im Allgemeinen durch einen einfachen Versuch, in dem das Phasenverhalten und die Löslichkeit des Komplexkatalysators in den Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) unter den Verfahrensbedingungen in der Verfahrensstufe (a) experimentell bestimmt werden. Preferably, the catalyst contains at least one element selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt, more preferably at least one element selected from the group consisting of Ru, Rh and Pd. Most preferably, the catalyst contains Ru. As the catalyst, a complex-type compound (complex catalyst) of the above-mentioned elements is preferably used. The reaction in process step (a) is preferably carried out homogeneously catalyzed. In the context of the present invention, homogeneously catalyzed means that the catalytically active part of the complex-like compound (of the complex catalyst) is present at least partially dissolved in the liquid reaction medium. In a preferred embodiment, at least 90% of the complex catalyst used in process step (a) is dissolved in the liquid reaction medium, more preferably at least 95%, especially preferably more than 99%, most preferably the complex catalyst is completely dissolved in the liquid reaction medium (100%). ), in each case based on the total amount of complex catalyst present in the liquid reaction medium. The amount of the metal components of the complex catalyst in process step (a) is generally from 0.1 to 5000 ppm by weight, preferably from 1 to 800 ppm by weight and more preferably from 5 to 800 ppm by weight, based in each case on the entire liquid reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor. The complex catalyst is selected so that it is enriched in the upper phase (01), ie the upper phase (01) contains the main part of the catalyst. In the context of the present invention, a "enriched" or "main part" with respect to the complex catalyst is a distribution coefficient of the complex catalyst P K = [concentration of the complex catalyst in the upper phase (01)] / [concentration of the complex catalyst in the lower phase (U 1). ] of> 1 to understand. A distribution coefficient P K > 1.5 is preferred, and a distribution coefficient P K > 4 is particularly preferred. The complex catalyst is generally selected by a simple experiment in which the phase behavior and the solubility of the complex catalyst in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) under the process conditions in process step (a).
Wegen ihrer guten Löslichkeit in tertiären Aminen verwendet man beim erfindungsgemäßen Verfahren als Katalysatoren bevorzugt homogene Katalysatoren, insbesondere eine metallorganische Komplexverbindung, die ein Element aus der 8., 9. oder 10. Gruppe des Periodensystems und mindestens eine Phosphin-Gruppe mit mindestens einem unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Rest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen enthält, wobei einzelne Kohlenstoffatome auch durch >P- substituiert sein können. Im Sinne von verzweigten cyclischen aliphatischen Resten sind damit auch Reste wie beispielsweise -CH2-C6HH eingeschlossen. Als geeignete Reste sind beispielsweise genannt Methyl, Ethyl, 1 - Propyl, 2-Propyl, 1 -Butyl, 1 -(2-Methyl)propyl, 2-(2-Methyl)propyl, 1 -Pentyl, 1 -Hexyl, 1 - Heptyl, 1 -Octyl, 1 -Nonyl, 1 -Decyl, 1 -Undecyl, 1 -Dodecyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl und Cyclooctyl, Methylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, 1 -(2-Methyl)-pentyl, 1 -(2-Ethyl)-hexyl, 1 (2-Propyl)heptyl und Norbornyl. Bevorzugt enthält der unverzeigte oder verzweigte, acyclische oder cyclische, aliphatische Rest mindestens 1 sowie bevorzugt maximal 10 Kohlenstoffatome. Im Falle eines ausschließlich cyclischen Restes im oben genannten Sinne beträgt die Zahl der Kohlenstoffatome 3 bis 12 und bevorzugt mindestens 4 sowie bevorzugt maximal 8 Kohlenstoffatome. Bevorzugte Reste sind Ethyl, 1-Butyl, sec-Butyl, 1 -Octyl und Cyclohexyl. Because of their good solubility in tertiary amines used in the process according to the invention as catalysts preferably homogeneous catalysts, in particular an organometallic complex compound containing an element from the 8th, 9th or 10th group of the periodic table and at least one phosphine group with at least one unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical having 1 to 12 carbon atoms, wherein individual carbon atoms may also be substituted by> P-. In the sense of branched cyclic aliphatic radicals, radicals such as, for example, -CH 2 -C 6 HH are thus also included. Suitable radicals are, for example, methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 1- (2-methyl) propyl, 2- (2-methyl) propyl, 1-pentyl, 1-hexyl, 1 - Heptyl, 1-octyl, 1 -nonyl, 1-decyl, 1-undecyl, 1-dodecyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl, methylcyclopentyl, methylcyclohexyl, 1- (2-methyl) -pentyl, 1- (2-ethyl ) -hexyl, 1 (2-propyl) heptyl and norbornyl. Preferably contains the unmasked or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical of at least 1 and preferably not more than 10 carbon atoms. In the case of an exclusively cyclic radical in the above-mentioned sense, the number of carbon atoms is 3 to 12 and preferably at least 4 and preferably at most 8 carbon atoms. Preferred radicals are ethyl, 1-butyl, sec-butyl, 1-octyl and cyclohexyl.
Die Phosphin-Gruppe kann einen, zwei oder drei der oben genannten unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Reste enthalten. Diese können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt enthält die Phosphin-Gruppe drei der oben genannten unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Reste, wobei besonders bevorzugt alle drei Reste gleich sind. Bevorzugte Phosphine P(n-CnH2n+i)3 mit n gleich 1 bis 10, besonders bevorzugt Tri-n- butylphosphin, Tri-n-octylphosphin und 1 ,2-Bis(dicyclohexalphosphino)ethan. Wie bereits weiter oben erwähnt, können in den genannten unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Resten einzelne Kohlenstoffatome auch durch >P- substituiert sein. Somit sind auch mehrzähnige, beispielsweise zwei- oder dreizähnige, Phosphin-Liganden mit umfasst. Diese enthalten bevorzugt die The phosphine group can contain one, two or three of the above-mentioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals. These can be the same or different. Preferably, the phosphine group contains three of the above-mentioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals, with particular preference, all three radicals are the same. Preferred phosphines P (nC n H 2n + i) 3 with n equal to 1 to 10, more preferably tri-n-butylphosphine, tri-n-octylphosphine and 1, 2-bis (dicyclohexalphosphino) ethane. As already mentioned above, in the stated unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals, individual carbon atoms may also be substituted by> P-. Thus, multidentate, for example, bidentate or tridentate phosphine ligands are also included. These preferably contain the
>P-CH2CH2-P< >P-CH2CH2-P-CH2CH2-P< Gruppierung beziehungsweise > P-CH 2 CH 2 -P <> P-CH 2 CH 2 -P-CH 2 CH 2 -P <grouping or
Enthält die Phosphin-Gruppe noch andere Reste als die oben genannten unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Reste, so entsprechen diese im Allgemeinen denen, die ansonsten üblicherweise bei Phosphin- Liganden für metallorganische Komplexkatalysatoren eingesetzt werden. Als Beispiele seinen genannt Phenyl, Tolyl und Xylyl. If the phosphine group contains radicals other than the abovementioned unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radicals, these generally correspond to those which are customarily used in the case of phosphine ligands for organometallic complex catalysts. As examples of its called phenyl, tolyl and xylyl.
Die metallorganische Komplexverbindung kann eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier, der oben genannten Phosphin-Gruppen mit mindestens einem unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen Rest enthalten. Die restlichen Liganden des metallorganischen Komplexes können verschiedener Natur sein. Als exemplarische Beispiele seien genannt Hydrid, Fluorid, Chlorid, Bromid, lodid, Formiat, Acetat, Propionat, Carboxylat, Acetylacetonat, Carbonyl, DMSO, Hydroxid, Trialkylamin, Alkoxid. The organometallic complex compound may contain one or more, for example two, three or four, of the abovementioned phosphine groups having at least one unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic radical. The remaining ligands of the organometallic complex may be of different nature. Examples which may be mentioned are hydride, fluoride, chloride, bromide, iodide, formate, acetate, propionate, carboxylate, acetylacetonate, carbonyl, DMSO, hydroxide, trialkylamine, alkoxide.
Die homogenen Katalysatoren können sowohl direkt in ihrer aktiven Form als auch ausgehend von üblichen Standardkomplexen wie beispielsweise [M(p-Cymene)CI2]2, [M(benzol)CI2]n, [M(COD)(allyl)], [MCI3 x H20], [M(acetylacetonat)3], [M(COD)CI2]2, [M(DMSO)4CI2] mit M gleich Element aus der 8., 9. oder 10. Gruppe des Periodensystems unter Zugabe des beziehungsweise der entsprechenden Phosphin- Liganden erst unter Reaktionsbedingungen erzeugt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugte homogene Katalysatoren sindThe homogeneous catalysts can be used both directly in their active form and starting from customary standard complexes such as [M (p-cymene) Cl 2 ] 2 , [M (benzene) Cl 2 ] n , [M (COD) (allyl)], [MCI 3 × H 2 O], [M (acetylacetonate) 3 ], [M (COD) Cl 2 ] 2 , [M (DMSO) 4 Cl 2 ] with M being the same element from the 8th, 9th or 10th Group of the periodic table with the addition of the corresponding or the corresponding phosphine ligands are produced only under reaction conditions. In the process according to the invention preferred homogeneous catalysts
[Ru(PnBu3)4(H)2], [Ru(PnOctyl3)4(H)2], [Ru(PnBu3)2(1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)- ethan)(H)2], [Ru(PnOctyl3)2(1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)ethan)(H)2], [Ru(PEt3)4(H)2][Ru (P n -Bu 3) 4 (H) 2], [Ru (P n-octyl 3) 4 (H) 2], [Ru (P n -Bu 3) 2 (1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) - ethane ) (H) 2 ], [Ru (P n octyl 3 ) 2 (1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (H) 2 ], [Ru (PEt 3 ) 4 (H) 2 ]
[Ru(PnOctyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P n-octyl 3) 1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) 2],
[Ru(PnOctyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n-octyl 3) 1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnButyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P n butyl 3 ) 1,2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(PnButyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n butyl 3 ) 1,2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(P Ethyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P ethyl 3 ) 1,2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(P Ethyl3)1 ,2-bis(dicyclohexylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P ethyl 3 ) 1,2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnOctyl3)1 ,1-bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P n octyl 3 ) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) methane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(PnOctyl3)1 ,1-bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n-octyl 3) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) methane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnButyl3)1 ,1 -bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P n butyl 3 ) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) methane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(PnButyl3)1 ,1 -bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n butyl 3 ) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) methane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(P Ethyl3)1 ,1-bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P ethyl 3 ) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) methane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(P Ethyl3)1 ,1-bis(dicyclohexylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P ethyl 3 ) 1, 1-bis (dicyclohexylphosphino) -methane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnOctyl3)1 ,2-bis(diphenylphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P n-octyl 3) 1, 2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) 2],
[Ru(PnOctyl3)1 ,2-bis(diphenylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n-octyl 3) 1, 2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnButyl3)1 ,2-bis(diphenylphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P n butyl 3 ) 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(PnButyl3)1 ,2-bis(diphenylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n butyl 3 ) 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(P Ethyl3)1 ,2-bis(diphenlyphosphino)-ethan)(CO)(H)2], [Ru (P ethyl 3 ) 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(P Ethyl3)1 ,2-bis(diphenylphosphino)-ethan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P ethyl 3 ) 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnOctyl3)1 ,1-bis(diphenylphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P n-octyl 3) 1, 1-bis (diphenylphosphino) methane) (CO) (H) 2],
[Ru(PnOctyl3)1 ,1-bis(diphenylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n octyl 3 ) 1, 1-bis (diphenylphosphino) -methane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(PnButyl3)1 ,1 -bis(diphenylphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P n butyl 3 ) 1, 1-bis (diphenylphosphino) -methane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(PnButyl3)1 ,1 -bis(diphenylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)], [Ru (P n butyl 3 ) 1, 1-bis (diphenylphosphino) -methane) (CO) (H) (HCOO)],
[Ru(P Ethyl3)1 ,1-bis(diphenlyphosphino)-methan)(CO)(H)2], [Ru (P ethyl 3 ) 1,1-bis (diphenylphosphino) -methane) (CO) (H) 2 ],
[Ru(P Ethyl3)1 ,1-bis(diphenylphosphino)-methan)(CO)(H)(HCOO)]. [Ru (P ethyl 3 ) 1, 1-bis (diphenylphosphino) -methane) (CO) (H) (HCOO)].
Mit diesen können in der Hydrierung von Kohlendioxid TOF-Werte (turn-over- frequency) von größer 1000 r1 erzielt werden. With these, in the hydrogenation of carbon dioxide, TOF values (turn-over-frequency) of greater than 1000 r.sup.- 1 can be achieved.
Die Hydrierung von Kohlendioxid in Verfahrensstufe (a) erfolgt in der Flüssigphase bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 200 °C und einem Gesamtdruck im Bereich von 0,2 bis 30 MPa abs. Bevorzugt beträgt die Temperatur mindestens 30 °C und besonders bevorzugt mindestens 40 °C sowie bevorzugt höchsten 150 °C, besonders bevorzugt höchsten 120 °C und ganz besonders bevorzugt höchsten 80 °C. Der Gesamtdruck beträgt bevorzugt mindestens 1 MPa abs und besonders bevorzugt mindestens 5 MPa abs sowie bevorzugt höchstens 15 MPa abs. The hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) is preferably carried out in the liquid phase at a temperature in the range of 20 to 200 ° C and a total pressure in the range of 0.2 to 30 MPa abs. Preferably, the temperature is at least 30 ° C and more preferably at least 40 ° C and preferably at most 150 ° C, more preferably at most 120 ° C and most preferably at most 80 ° C. The total pressure is preferably at least 1 MPa abs and more preferably at least 5 MPa abs and preferably at most 15 MPa abs.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in Verfahrensstufe (a) bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 80 °C und einem Druck im Bereich von 5 bis 15 MPa abs. Der Partialdruck des Kohlendioxids beträgt in Verfahrensstufe (a) im Allgemeinen mindestens 0,5 MPa und bevorzugt mindestens 2 MPa sowie im Allgemeinen höchstens 8 MPa. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in Verfahrensstufe (a) bei einem Partialdruck des Kohlendioxids im Bereich von 2 bis 7,3 MPa. In a preferred embodiment, the hydrogenation is carried out in process step (a) at a temperature in the range of 40 to 80 ° C and a pressure in the range of 5 to 15 MPa abs. The partial pressure of the carbon dioxide in process step (a) is generally at least 0.5 MPa and preferably at least 2 MPa and generally at most 8 MPa. In a preferred embodiment, the hydrogenation in process step (a) is carried out at a partial pressure of the carbon dioxide in the range of 2 to 7.3 MPa.
Der Partialdruck des Wasserstoffs beträgt in Verfahrensstufe (a) im Allgemeinen mindestens 0,5 MPa und bevorzugt mindestens 1 MPa sowie im Allgemeinen höchstens 25 MPa und bevorzugt höchstens 10 MPa. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hydrierung in Verfahrensstufe (a) bei einem Partialdruck des Wasserstoffs im Bereich von 1 bis 10 MPa. The partial pressure of the hydrogen in process step (a) is generally at least 0.5 MPa and preferably at least 1 MPa and generally at most 25 MPa and preferably at most 10 MPa. In a preferred embodiment, the hydrogenation is carried out in process step (a) at a partial pressure of hydrogen in the range of 1 to 10 MPa.
Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxid im Reaktionsgemisch (Rg) im Hydrierreaktor beträgt bevorzugt 0, 1 bis 10 und besonders bevorzugt 1 bis 3. The molar ratio of hydrogen to carbon dioxide in the reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor is preferably 0, 1 to 10 and more preferably 1 to 3.
Das Molverhältnis von Kohlendioxid zu tertiärem Amin (A1 ) im Reaktionsgemisch (Rg) im Hydrierreaktor beträgt bevorzugt 0, 1 bis 10 und besonders bevorzugt 0,5 bis 3. The molar ratio of carbon dioxide to tertiary amine (A1) in the reaction mixture (Rg) in the hydrogenation reactor is preferably 0, 1 to 10 and more preferably 0.5 to 3.
Als Hydrierreaktoren können prinzipiell alle Reaktoren eingesetzt werden, welche für gas/flüssig-Reaktionen unter der gegebenen Temperatur und dem gegebenen Druck geeignet sind. Geeignete Standardreaktoren für gas-flüssig Reaktionssysteme sind beispielweise in K. D. Henkel, „Reaktor Types and Their Industrial Applications", in Ullmann's Encyklopedia of Industrial Chemistry, 2005,.Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI : 10.1002/14356007. b04_087, Kapitel 3.3„Reaktors for gas-liquid reaktions" angegeben. Als Beispiele seinen genannt Rührkesselreaktoren, Rohrreaktoren oder Blasensäulenreaktoren. In principle, all reactors which are suitable for gas / liquid reactions under the given temperature and the given pressure can be used as hydrogenation reactors. Suitable standard reactors for gas-liquid reaction systems are described, for example, in KD Henkel, "Reactor Types and Their Industrial Applications", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002 / 14356007, b04_087, Chapter 3.3 "Reactor for gas-liquid reactions". As examples of his called stirred tank reactors, tubular reactors or bubble column reactors.
Die Hydrierung von Kohlendioxid kann beim erfindungsgemäßen Verfahren diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei der diskontinuierlichen Fahrweise wird der Reaktor mit den gewünschten flüssigen und gegebenenfalls festen Einsatz- und Hilfsstoffen bestückt und anschließend Kohlendioxid und das polare Lösungsmittel auf den gewünschten Druck bei der gewünschten Temperatur aufgepresst. Nach Ende der Reaktion wird der Reaktor im Regelfall entspannt und die beiden gebildeten Flüssigphasen voneinander getrennt. Bei der kontinuierlichen Fahrweise werden die Einsatz- und Hilfsstoffe, einschließlich des Kohlendioxids und Wasserstoffs kontinuierlich zugegeben. Entsprechend werden die Flüssigphasen kontinuierlich aus dem Reaktor abgeführt, so dass der Flüssigkeitsstand im Reaktor im Mittel gleich bleibt. Bevorzugt ist die kontinuierliche Hydrierung von Kohlendioxid. Die mittlere Verweilzeit der im Reaktionsgemisch (Rg) enthaltenen Komponenten im Hydrierreaktor beträgt im Allgemeinen 5 Minuten bis 5 Stunden. Bei der homogen-katalysierten Hydrierung wird in Verfahrensstufe (a) ein Hydriergemisch (H) erhalten, das den Katalysator, das polare Lösungsmittel, das tertiäre Amin (A1 ) und das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. Unter „Ameisensäure-Amin-Addukt (A2)" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl ein (1 ) Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) als auch Mischungen aus zwei oder mehreren Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) verstanden. Mischungen aus zwei oder mehreren Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) werden in Verfahrensstufe (a) erhalten, wenn im eingesetzten Reaktionsgemisch (Rg) zwei oder mehrere tertiäre Amine (A1 ) eingesetzt werden. The hydrogenation of carbon dioxide can be carried out batchwise or continuously in the process according to the invention. In the batchwise procedure, the reactor is equipped with the desired liquid and optionally solid feedstocks and auxiliaries, and then carbon dioxide and the polar solvent are pressed to the desired pressure at the desired temperature. After the end of the reaction, the reactor is normally depressurized and the two liquid phases formed are separated from one another. In the continuous mode of operation, the feedstocks and auxiliaries, including carbon dioxide and hydrogen, are added continuously. Accordingly, the liquid phases are continuously discharged from the reactor, so that the liquid level in the reactor remains the same on average. Preference is given to the continuous hydrogenation of carbon dioxide. The average residence time of the components in the hydrogenation reactor contained in the reaction mixture (Rg) is generally from 5 minutes to 5 hours. In the homogeneous-catalyzed hydrogenation, a hydrogenation mixture (H) is obtained in process step (a) which contains the catalyst, the polar solvent, the tertiary amine (A1) and the at least one formic acid-amine adduct (A2). In the context of the present invention, "formic acid-amine adduct (A2)" is understood as meaning both one (1) formic acid-amine adduct (A2) and mixtures of two or more formic acid-amine adducts (A2) or more formic acid-amine adducts (A2) are obtained in process step (a), if in the reaction mixture used (Rg) two or more tertiary amines (A1) are used.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Reaktionsgemisch (Rg) in Verfahrensstufe (a) eingesetzt, das ein (1 ) tertiäres Amin (A1 ) enthält, wobei ein Hydriergemisch (H) erhalten wird, das ein (1 ) Ameisensäure- Amin-Addukt (A2) enthält. In a preferred embodiment of the process according to the invention, a reaction mixture (Rg) is used in process step (a) which comprises a (1) tertiary amine (A1), a hydrogenation mixture (H) being obtained which comprises one (1) formic acid amine. Adduct (A2) contains.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensstufe (a) ein Reaktionsgemisch (Rg) eingesetzt, das als tertiäres Amin (A1 ) Tri-n-hexylamin enthält, wobei ein Hydriergemisch (H) erhalten wird, das das Ameisensäure-Amin-Addukt aus Tri-n-hexylamin und Ameisensäure enthält und der folgenden Formel (A3) entspricht In a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, a reaction mixture (Rg) is used in process step (a) which comprises tri-n-hexylamine as the tertiary amine (A1) to give a hydrogenation mixture (H) which comprises the formic acid amine. Adduct of tri-n-hexylamine and formic acid and corresponds to the following formula (A3)
N(n-hexyl)3 * Xj HCOOH (A3). Im Ameisensäure-Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) beziehungsweise (A3) haben die Reste R1 , R2, R3 die vorstehend für das tertiäre Amin der Formel (A1 ) genannten Bedeutungen, wobei die dort genannten Bevorzugungen entsprechend gelten. In den allgemeinen Formeln (A2) und (A3) liegt x, im Bereich von 0,4 bis 5. Der Faktor X, gibt die gemittelte Zusammensetzung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) bzw. (A3) an, d.h. das Verhältnis von gebundenem tertiärem Amin (A1 ) zu gebundener Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) bzw. (A3). Der Faktor x, lässt sich beispielsweise durch Bestimmung des Ameisensäuregehalts durch Säure-Base-Titration mit einer alkoholischen KOH-Lösung gegen Phenolphtalein bestimmen. Darüber hinaus ist eine Bestimmung des Faktors x, durch Bestimmung des Amingehalts durch Gaschromatographie möglich. Die genaue Zusammensetzung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) bzw. (A3) ist von vielen Parametern abhängig, wie beispielsweise den Konzentrationen von Ameisensäure und tertiärem Amin (A1 ), dem Druck, der Temperatur sowie der Gegenwart und Natur weiterer Komponenten, insbesondere des polaren Lösungsmittels. Daher kann sich die Zusammensetzung des Ameisensäure-Amind-Addukts (A2) bzw. (A3), d.h. des Faktors x,, auch über die einzelnen Verfahrensstufen hinweg ändern. So bildet sich zum Beispiel im Allgemeinen nach Entfernung des polaren Lösungsmittels ein Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) bzw. (A3) mit einem höheren Ameisensäuregehalt aus, wobei das überschüssige gebundene tertiäre Amin (A1 ) aus dem Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) abgespalten wird und eine Zweitphase ausbildet. N (n-hexyl) 3 * Xj HCOOH (A3). In the formic acid-amine adduct of the general formula (A2) or (A3), the radicals R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above for the tertiary amine of the formula (A1), where the preferences mentioned there apply correspondingly. In the general formulas (A2) and (A3), x is in the range of 0.4 to 5. The factor X indicates the average composition of the formic acid-amine adduct (A2) and (A3), ie, the ratio of bound tertiary amine (A1) to bound formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) or (A3). The factor x can be determined, for example, by determining the formic acid content by acid-base titration with an alcoholic KOH solution against phenolphthalein. In addition, a determination of the factor x, by determining the amine content by gas chromatography is possible. The exact composition of the formic acid-amine adduct (A2) or (A3) depends on many parameters, such as the concentrations of formic acid and tertiary amine (A1), the pressure, the temperature and the presence and nature of other components, in particular of the polar solvent. Therefore, the composition of the formic acid amine adduct (A2) or (A3), ie the factor x ,, can also change over the individual process stages. For example, after removal of the polar solvent, a formic acid-amine adduct (A2) or (A3) with a higher formic acid content generally forms, the excess bound tertiary amine (A1) being formed from the formic acid-amine adduct (A2 ) is split off and forms a second phase.
In der Verfahrensstufe (a) wird im Allgemeinen ein Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) bzw. (A3) erhalten, in dem x, im Bereich von 0,4 bis 5, bevorzugt im Bereich von 0,7 bis 1 ,6 liegt. In process step (a), a formic acid-amine adduct (A2) or (A3) is generally obtained in which x is in the range from 0.4 to 5, preferably in the range from 0.7 to 1.6 ,
Das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) liegt in der Unterphase (U 1 ) angereichert vor, d.h. die Unterphase (U 1 ) enthält den Hauptteil des Ameisensäure-Amin-Addukts. Unter „angereichert" bzw.„Hauptteil" im Hinblick auf das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gewichtsanteil des Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in der Unterphase (U 1 ) von > 50 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) in den Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) im Hydrierreaktor zu verstehen. The formic acid-amine adduct (A2) is enriched in the lower phase (U 1), i. the lower phase (U 1) contains the major part of the formic acid-amine adduct. In the context of the present invention, the term "enriched" or "main part" with respect to the formic acid-amine adduct (A2) refers to a weight proportion of the formic acid-amine adduct (A2) in the lower phase (U 1) of> 50% to understand the total weight of the formic acid-amine adduct (A2) in the liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) in the hydrogenation reactor.
Bevorzugt liegt der Gewichtsanteil des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) in der Unterphase (U 1 ) bei > 70 %, insbesondere bei > 90 %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) in der Oberphase (01 ) und der Unterphase (U 1 ). The weight fraction of the formic acid-amine adduct (A2) in the lower phase (U 1) is preferably> 70%, in particular> 90%, in each case based on the total weight of the formic acid-amine adduct (A2) in the upper phase (01 ) and the lower phase (U 1).
Aufarbeitung des Hvdriergemischs (H); Verfahrensstufe (b) Workup of the Hvdriergemischs (H); Process stage (b)
Das bei der Hydrierung von Kohlendioxid in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H) weist bevorzugt zwei Flüssigphasen auf und wird in Verfahrensstufe (b) gemäß einem der Schritte (b1 ), (b2) oder (b3) weiter aufgearbeitet. The hydrogenation mixture (H) obtained in the hydrogenation of carbon dioxide in process step (a) preferably has two liquid phases and is further worked up in process step (b) according to one of the steps (b1), (b2) or (b3).
Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b1 ) In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b1 ) weiter aufgearbeitet. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure, umfassend die Schritte Working up according to process step (b1) In a preferred embodiment, the hydrogenation mixture (H) is worked up further in step (b1). The invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps
(a) homogen-katalysiertes Umsetzen eines Reaktionsgemischs (Rg) enthaltend Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) (a) homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) comprising carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1)
NR1R2R3 (A1 ), NR 1 R 2 R 3 (A1),
in der  in the
R1, R2, R3 unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können, in einem Hydrierreaktor unter Erhalt, gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, eines zweiphasigen Hydriergemischs (H) enthaltend eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des mindestens einen Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure-Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) enthält, R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ), which contains the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) containing the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2 contains)
R2R3 * ^ HCOOH (A2), R2R 3 * ^ HCOOH (A2),
in der  in the
X, im Bereich von 0,4 bis 5 liegt und X, is in the range of 0.4 to 5 and
R1, R2, R3 die vorstehend genannten Bedeutungen haben, R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
(b1 ) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydriergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvornchtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U1 ), (b1) phase separation of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1),
(c) zumindest teilweise Abtrennung des mindestens einen polaren Lösungsmittels aus der Unterphase (U1 ) in einer ersten(c) at least partially separating the at least one polar solvent from the lower phase (U1) in a first
Destillationsvorrichtung unter Erhalt eines Destillats (D1 ) enthaltend das mindestens eine polare Lösungsmittel, das in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin- Addukt (A2) enthält, Distillation device with preservation a distillate (D1) comprising the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottom mixture (S1) containing an upper phase (O 2) containing the at least one tertiary amine (A 1) and a Subphase (U2) containing the at least one formic acid amine adduct (A2),
(d) gegebenenfalls Aufarbeitung des in Schritt (c) erhaltenen ersten Sumpfgemischs (S1 ) durch Phasentrennung in einer zweiten Phasentrennvornchtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2), (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2),
(e) Spaltung des im Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltenen mindestens einen Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in einer thermischen Spalteinheit, unter Erhalt des mindestens einen tertiären Amins (A1 ), das zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird, und von Ameisensäure, die aus der thermischen(e) cleavage of the at least one formic acid-amine adduct (A2) contained in the bottom mixture (S1) or, if appropriate, in the bottom phase (U2) in a thermal splitting unit to give the at least one tertiary amine (A1) which is the hydrogenation reactor in step (a) is recycled, and formic acid derived from the thermal
Spalteinheit ausgeschleust wird, wobei unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) der Unterphase (U 1 ) mindestens ein Inhibitor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäurederivaten verschiedenen Carbonsäurederivaten und Oxidationsmitteln zugegeben wird. Slitting unit is discharged, immediately before and / or during step (c) of the lower phase (U 1) at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, carboxylic acid derivatives different from formic acid derivatives and oxidizing agents is added.
Hierbei wird das in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H) in einer ersten Phasentrennvornchtung durch Phasentrennung weiter aufgearbeitet, unter Erhalt einer Unterphase (U 1 ) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), das mindestens eine polare Lösungsmittel und Reste des mindestens einen Katalysators sowie einer Oberphase (01 ) enthaltend den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberphase (01 ) zum Hydrierreaktor rückgeführt. Die Unterphase (U 1 ) wird in einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) zugeführt. Gegebenenfalls ist auch eine Rückführung einer über beiden Flüssigphasen vorhandenen weiteren Flüssigphase enthaltend nicht umgesetztes Kohlendioxid sowie einer Gasphase enthaltend nicht umgesetztes Kohlendioxid und/oder nicht umgesetzten Wasserstoff zum Hydrierreaktor vorteilhaft. Gegebenenfalls ist es beispielweise zur Ausschleusung von unerwünschten Nebenprodukten oder Verunreinigungen wünschenswert, einen Teil der Oberphase (01 ) und/oder einen Teil der Kohlendioxid oder Kohlendioxid und Wasserstoff enthaltenden flüssigen beziehungsweise gasförmigen Phasen aus dem Verfahren auszuschleusen. In this case, the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is further worked-up in a first phase separation by phase separation to obtain a lower phase (U 1) comprising the at least one formic acid-amine adduct (A2) containing at least one polar solvent and radicals of the at least one catalyst and an upper phase (01) comprising the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1). In a preferred embodiment, the upper phase (01) is recycled to the hydrogenation reactor. The lower phase (U 1) is supplied in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c). Optionally, it is also advantageous to recycle a further liquid phase comprising both liquid phases containing unreacted carbon dioxide and a gas phase containing unreacted carbon dioxide and / or unreacted hydrogen to the hydrogenation reactor. Optionally, for example, it is desirable for the discharge of unwanted by-products or impurities, a portion of the upper phase (01) and / or a portion of the carbon dioxide or carbon dioxide and Hydrogen-containing liquid or gaseous phases auszuschleusen from the process.
Die Trennung des in Verfahrensstufe (a) erhaltenen Hydriergemischs (H) erfolgt im Allgemeinen durch gravimetrische Phasentrennung. Als Phasentrennvorrichtungen sind beispielweise Standardapparaturen und Standardmethoden geeignet, welche sich zum Beispiel in E. Müller et al.,„Liquid-liquid Extraktion", in Ullman's Encyklopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI : 10.1002/14356007. b93_06, Kapitel 3„Apparatus" finden lassen. Im Allgemeinen ist die mit den Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) sowie dem polaren Lösungsmittel angereicherte Flüssigphase schwerer und bildet die Unterphase (U 1 ). The separation of the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is generally carried out by gravimetric phase separation. Suitable phase separators are, for example, standard apparatuses and standard methods, which are described, for example, in E. Müller et al., "Liquid-liquid Extraction", in Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002 / 14356007.b93_06, Chapter 3 Find "Apparatus". In general, the liquid phase enriched with the formic acid-amine adducts (A2) and the polar solvent is heavier and forms the lower phase (U 1).
Die Phasentrennung kann beispielweise nach Entspannung auf etwa oder nahe Atmosphärendruck und Abkühlung des flüssigen Hydriergemischs, beispielweise auf etwa oder nahe Umgebungstemperatur, erfolgen. The phase separation may take place, for example, after relaxation to about or near atmospheric pressure and cooling of the liquid hydrogenation mixture, for example at about or near ambient temperature.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass sich bei dem vorliegenden System, das heißt, einer mit den Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) sowie dem polaren Lösungsmittel angereicherten Unterphase (U 1 ) und einer mit dem tertiären Amin (A1 ) und dem Katalysator angereicherten Oberphase (02), beide Flüssigphasen bei geeigneter Kombination des polaren Lösungsmittels und des tertiären Amins (A1 ) auch bei einem deutlich erhöhten Druck sehr gut voneinander trennen. Daher kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das polare Lösungsmittel und das tertiäre Amin (A1 ) so ausgewählt werden, dass die Trennung der mit den Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) und dem polaren Lösungsmittel angereicherten Unterphase (U 1 ) von der mit tertiärem Amin (A1 ) und Katalysator angereicherten Oberphase (01 ) sowie die Rückführung der Oberphase (01 ) zum Hydrierreaktor bei einem Druck von 1 bis 30 MPa abs durchführt werden kann. Gemäß dem Gesamtdruck im Hydrierreaktor, liegt der Druck bei bevorzugt höchstens 15 MPa abs. So ist es möglich, ohne vorhergehende Entspannung beide Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) in der ersten Phasentrennvorrichtung voneinander zu trennen und die Oberphase (01 ) ohne nennenswerte Druckerhöhung zum Hydrierreaktor rückzuführen. In the present invention, it has been found that in the present system, that is, one with the formic acid-amine adducts (A2) and the polar solvent-enriched lower phase (U 1) and one with the tertiary amine (A1) and the Catalyst-enriched upper phase (02), both liquid phases with a suitable combination of the polar solvent and the tertiary amine (A1) very well separated even at a significantly increased pressure. Therefore, in the process according to the invention, the polar solvent and the tertiary amine (A1) can be selected such that the separation of the lower phase (U 1) enriched with the formic acid-amine adducts (A2) and the polar solvent from the tertiary amine (A1 ) and catalyst-enriched upper phase (01) and the return of the upper phase (01) to the hydrogenation reactor can be carried out at a pressure of 1 to 30 MPa abs. According to the total pressure in the hydrogenation reactor, the pressure is preferably at most 15 MPa abs. It is thus possible, without prior relaxation, to separate both liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) in the first phase separation device and to recirculate the upper phase (01) to the hydrogenation reactor without appreciable pressure increase.
Es ist auch möglich, die Phasentrennung direkt im Hydrierreaktor durchzuführen. In dieser Ausführungsform fungiert der Hydrierreaktor gleichzeitig als erste Phasentrennvorrichtung und die Verfahrensstufen (a) und (b1 ) werden beide im Hydrierreaktor durchgeführt. Hierbei verbleibt die Oberphase (01 ) im Hydrierreaktor und die Unterphase (U 1 ) wird der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) zugeführt.  It is also possible to carry out the phase separation directly in the hydrogenation reactor. In this embodiment, the hydrogenation reactor functions simultaneously as the first phase separation device and the process steps (a) and (b1) are both carried out in the hydrogenation reactor. In this case, the upper phase (01) remains in the hydrogenation reactor and the lower phase (U 1) is fed to the first distillation apparatus in process stage (c).
In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt, dass der Druck und die Temperatur im Hydrierreaktor und in der ersten Phasentrennvorrichtung gleich oder annähernd gleich sind, wobei unter annähernd gleich vorliegend ein Druckunterschied von bis zu +/- 0,5 MPa bzw. ein Temperaturunterschied von bis zu +/-10 °C verstanden wird. In one embodiment, the process according to the invention is carried out in such a way that the pressure and the temperature in the hydrogenation reactor and in the first phase separation device are the same or approximately the same, under approx equal to a pressure difference of up to +/- 0.5 MPa or a temperature difference of up to +/- 10 ° C is understood.
Überaschenderweise wurde auch gefunden, dass sich bei dem vorliegenden System beide Flüssigphasen (Oberphase (01 ) und Unterphase (U 1 )) auch bei erhöhter Temperatur, die der Reaktionstemperatur im Hydrierreaktor entspricht, sehr gut voneinander trennen. Insofern ist zur Phasentrennung in Verfahrensstufe (b1 ) auch keine Abkühlung und anschließende Aufheizung der rückzuführenden Oberphase (01 ) erforderlich, was ebenfalls Energie einspart. Surprisingly, it has also been found that in the present system both liquid phases (upper phase (01) and lower phase (U 1)) separate very well even at elevated temperature, which corresponds to the reaction temperature in the hydrogenation reactor. In this respect, the phase separation in process stage (b1) also requires no cooling and subsequent heating of the upper phase (01) to be recycled, which likewise saves energy.
Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b3) Work-up according to process step (b3)
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b3) weiter aufgearbeitet. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure, umfassend die Schritte homogen-katalysiertes Umsetzen eines Reaktionsgemischs (Rg) enthaltend Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 undIn a further preferred embodiment, the hydrogenation mixture (H) is worked up further in step (b3). The invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps of homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) containing carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and
10 des Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 2-Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general Formula (A1)
NR1 R2R3 (A1 ), NR 1 R 2 R 3 (A1),
in der  in the
R1 , R2, R3 unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können, in einem Hydrierreaktor unter Erhalt, gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, eines zweiphasigen Hydriergemischs (H) enthaltend eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des mindestens einen Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure-Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) enthält, R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ) containing the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) which contains the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2),
NR1R2R3 * Xi HCOOH (A2), NR 1 R 2 R 3 * Xi HCOOH (A2),
in der im Bereich von 0,4 bis 5 liegt und  in the range of 0.4 to 5 and
R2, R3 die vorstehend genannten Bedeutungen haben, R 2 , R 3 have the meanings given above,
(b3) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydriergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvornchtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase(b3) phase separation of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase
(U1 ) und Extraktion der Reste des mindestens einen Katalysators aus der Unterphase (U1 ) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) unter Erhalt eines Raffinats (R2) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E2) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des mindestens einen Katalysators, (U1) and extraction of the residues of the at least one catalyst from the lower phase (U1) in an extraction unit with an extractant containing the at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2 ) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the radicals of the at least one catalyst,
(c) zumindest teilweise Abtrennung des mindestens einen polaren Lösungsmittels aus dem Raffinat (R2) in einer ersten Destillationsvorrichtung unter Erhalt eines Destillats (D1 ) enthaltend das mindestens eine polare Lösungsmittel, das in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin- Addukt (A2) enthält, (d) gegebenenfalls Aufarbeitung des in Schritt (c) erhaltenen ersten Sumpfgemischs (S1 ) durch Phasentrennung in einer zweiten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2), (e) Spaltung des im Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltenen mindestens einen Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in einer thermischen Spalteinheit, unter Erhalt des mindestens einen tertiären Amins (A1 ), das zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird, und von Ameisensäure, die aus der thermischen Spalteinheit ausgeschleust wird, wobei unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) dem Raffinat (R2) mindestens ein Inhibitor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäurederivaten verschiedenen Carbonsäurederivaten und Oxidationsmitteln zugegeben wird. (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) containing the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic mixture of bottoms (S1) comprising an upper phase (02) containing the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2), (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2), (e) cleavage in the bottoms mixture (S1) or optionally in the Subphase (U2) contained at least one formic acid-amine adduct (A2) in a thermal cleavage unit, to give the at least one tertiary amine (A1), which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a), and of formic acid, which from the thermal Slitting unit is discharged, immediately before and / or during step (c) the raffinate (R2) is added at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, of carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and oxidizing agents.
Hierbei wird das in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H) wie vorstehend zu Verfahrensstufe (b1 ) beschrieben in der ersten Phasentrennvorrichtung in die Unterphase (U 1 ) und die Oberphase (01 ), die zum Hydrierreaktor rückgeführt wird, aufgetrennt. In Bezug auf die Phasentrennung gelten für Verfahrensstufe (b3) die für Verfahrensstufe (b1 ) gemachten Ausführungen und Bevorzugungen entsprechend. Auch bei der Aufarbeitung gemäß Schritt (b3) ist es möglich die Phasentrennung direkt im Hydrierreaktor durchzuführen. In dieser Ausführungsform fungiert der Hydrierreaktor gleichzeitig als erste Phasentrennvorrichtung. Die Oberphase (01 ) verbleibt dann im Hydrierreaktor und die Unterphase (U 1 ) wird der Extraktionseinheit zugeführt. In this case, the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is separated into the lower phase (U 1) and the upper phase (01), which is recycled to the hydrogenation reactor, as described above for process step (b1) in the first phase separation device. With regard to the phase separation, the statements and preferences made for process step (b1) apply correspondingly to process step (b3). Also in the work-up according to step (b3), it is possible to carry out the phase separation directly in the hydrogenation reactor. In this embodiment, the hydrogenation reactor simultaneously acts as the first phase separation device. The upper phase (01) then remains in the hydrogenation reactor and the lower phase (U 1) is fed to the extraction unit.
Die nach Phasentrennung erhaltene Unterphase (U 1 ) wird nachfolgend in einer Extraktionseinheit einer Extraktion mit mindestens einem tertiären Amin (A1 ) als Extraktionsmittel zur Abtrennung der Reste des Katalysators unterworfen, unter Erhalt eines Raffinats (R2) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E2) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators. The lower phase (U 1) obtained after phase separation is subsequently subjected in an extraction unit to extraction with at least one tertiary amine (A1) as extractant to remove the residues of the catalyst to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Extraktionsmittel das gleiche tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt, das in Verfahrensstufe (a) im Reaktionsgemisch (Rg) enthalten ist, so dass die für die Verfahrensstufe (a) gemachten Ausführungen und Bevorzugungen in Bezug auf das tertiäre Amin (A1 ) für die Verfahrensstufe (b3) entsprechend gelten. Das in Verfahrensstufe (b3) erhaltene Extrakt (E2) wird in einer bevorzugten Ausführungsform zum Hydrierreaktor in Verfahrensstufe (a) rückgeführt. Hierdurch wird eine effiziente Rückgewinnung des teuren Katalysators ermöglicht. Das Raffinat (R2) wird in einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) zugeführt. In a preferred embodiment, the same tertiary amine (A1) used in process step (a) in the reaction mixture (Rg) is used as extractant, so that the statements and preferences with respect to the tertiary amine (A) for the process step (a) A1) apply correspondingly to process step (b3). The extract (E2) obtained in process step (b3) is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in process step (a). This allows efficient recovery of the expensive catalyst. The raffinate (R2) is fed in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c).
Bevorzugt wird als Extraktionsmittel in Verfahrensstufe (b3) das tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt, das in der thermischen Spalteinheit in Verfahrensstufe (e) erhalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das in der thermischen Spalteinheit inThe extractant used in process step (b3) is preferably the tertiary amine (A1) which is obtained in the thermal splitting unit in process step (e). In a preferred embodiment, in the thermal splitting unit in FIG
Verfahrensstufe (e) erhaltene tertiäre Amin (A1 ) zur Extraktionseinheit in Verfahrensstufe (b3) rückgeführt. Die Extraktion erfolgt in Verfahrensstufe (b3) im Allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 100 °C und Drücken im Bereich von 0, 1 bis 8 MPa. Die Extraktion kann auch unter Wasserstoffdruck durchgeführt werden. Process step (e) obtained tertiary amine (A1) to the extraction unit in process step (b3) recycled. The extraction is carried out in process step (b3) generally at temperatures in the range of 30 to 100 ° C and pressures in the range of 0, 1 to 8 MPa. The extraction can also be carried out under hydrogen pressure.
Die Extraktion des Katalysators kann in jeder geeigneten, dem Fachmann bekannten Vorrichtung durchgeführt werden, bevorzugt in Gegenstrom-Extraktionskolonnen, Mixer-Settler-Kaskaden oder Kombinationen von Mixer-Settler-Kaskaden und Gegenstrom-Extraktionskolonnen. The extraction of the catalyst may be carried out in any suitable apparatus known to those skilled in the art, preferably in countercurrent extraction columns, mixer-settler cascades or combinations of mixer-settler cascades and countercurrent extraction columns.
Gegebenenfalls werden neben dem Katalysator auch Anteile einzelner Komponeneten des polaren Lösungsmittels aus der zu extrahierenden Unterphase (U 1 ) im Extraktionsmittel, dem tertiären Amin (A1 ), gelöst. Dies ist für das Verfahren kein Nachteil, da die bereits extrahierte Menge an polarem Lösungsmittel nicht der Lösungsmittelabtrennung zugeführt werden muss und somit unter Umständen Verdampfungsenergie einspart. If appropriate, in addition to the catalyst, fractions of individual components of the polar solvent from the lower phase (U 1) to be extracted in the extraction agent, the tertiary amine (A1), are also dissolved. This is not a disadvantage for the process, since the already extracted amount of polar solvent does not have to be supplied to the solvent removal and thus may save evaporation energy.
Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b2) Work-up according to process step (b2)
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b2) weiter aufgearbeitet. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure, umfassend die Schritte In a further preferred embodiment, the hydrogenation mixture (H) is further worked up according to step (b2). The invention therefore also provides a process for the preparation of formic acid, comprising the steps
(a) homogen-katalysiertes Umsetzen eines Reaktionsgemischs (Rg) enthaltend Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 - Propanol, 2-Propanol, 1 -Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) NR1 R2R3 (A1 ), (a) homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) comprising carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1 - propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1) NR 1 R 2 R 3 (A1),
in der R1, R2, R3 unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können, in einem Hydrierreaktor unter Erhalt, gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, eines zweiphasigen Hydriergemischs (H) enthaltend eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des mindestens einen Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure-Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) enthält, in the R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ), which contains the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) containing the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2 contains)
N Ri R2R3 * x. HCOOH (A2), NR i R2R3 * x . HCOOH (A2),
in der X, im Bereich von 0,4 bis 5 liegt und  in the X, ranging from 0.4 to 5 and
R1, R2, R3 die vorstehend genannten Bedeutungen haben, R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above,
(b2) Extraktion des mindestens einen Katalysators aus dem in Schritt (a) erhaltenen Hydriergemischs (H) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) unter(b2) Extraction of the at least one catalyst from the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) in an extraction unit with an extractant containing the at least one tertiary amine (A1)
Erhalt eines Raffinats (R1 ) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E1 ) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und den mindestens einen Katalysator Obtaining a raffinate (R1) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the at least one catalyst
(c) zumindest teilweise Abtrennung des mindestens einen polaren Lösungsmittels aus dem Raffinat (R1 ) in einer ersten Destillationsvorrichtung unter Erhalt eines Destillats (D1 ) enthaltend das mindestens eine polare Lösungsmittel, das in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin-(c) at least partially separating the at least one polar solvent from the raffinate (R1) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) comprising the at least one polar solvent which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottom mixture (S1) containing an upper phase (O 2) containing the at least one tertiary amine (A 1) and a Subphase (U2) containing the at least one formic acid amine
Addukt (A2) enthält, Contains adduct (A2),
(d) gegebenenfalls Aufarbeitung des in Schritt (c) erhaltenen ersten Sumpfgemischs (S1 ) durch Phasentrennung in einer zweiten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2), (d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2),
(e) Spaltung des im Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltenen mindestens einen Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in einer thermischen Spalteinheit, unter Erhalt des mindestens einen tertiären Amins (A1 ), das zum Hydrierreaktor in Schritt(e) cleavage of the at least one formic acid-amine adduct (A2) contained in the bottom mixture (S1) or, if appropriate, in the bottom phase (U2) in a thermal splitting unit to give the at least one tertiary amine (A1) which is the hydrogenation reactor in step
(a) rückgeführt wird, und von Ameisensäure, die aus der thermischen Spalteinheit ausgeschleust wird, wobei unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) dem Raffinat (R1 ) mindestens ein Inhibitor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von(a) is recycled and from formic acid discharged from the thermal cleavage unit, wherein immediately before and / or during step (c) the raffinate (R1) at least one inhibitor selected from the group consisting of
Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäurederivaten verschiedenen Carbonsäurederivaten und Oxidationsmitteln zugegeben wird. Formic acid is added to various carboxylic acids, carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and oxidizing agents.
Hierbei wird das in Verfahrensstufe (a) erhaltene Hydriergemisch (H) ohne vorherige Phasentrennung direkt der Extraktionseinheit zugeführt. In Bezug auf die Extraktion gelten für Verfahrensstufe (b2) die für Verfahrensstufe (b3) gemachten Ausführungen und Bevorzugungen entsprechend. In this case, the hydrogenation mixture (H) obtained in process step (a) is fed directly to the extraction unit without prior phase separation. With regard to extraction, for process step (b2), the statements and preferences made for process step (b3) apply accordingly.
Das Hydriergemisch (H) wird hierbei in einer Extraktionseinheit einer Extraktion mit mindestens einem tertiären Amin (A1 ) als Extraktionsmittel zur Abtrennung des Katalysators unterworfen, unter Erhalt eines Raffinats (R1 ) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E1 ) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators. The hydrogenation mixture (H) is in this case subjected in an extraction unit to extraction with at least one tertiary amine (A1) as extractant to remove the catalyst to obtain a raffinate (R1) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least a polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Extraktionsmittel das gleiche tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt, das in Verfahrensstufe (a) im Reaktionsgemisch (Rg) enthalten ist, so dass die für die Verfahrensstufe (a) gemachten Ausführungen und Bevorzugungen in Bezug auf das tertiäre Amin (A1 ) für die Verfahrensstufe (b2) entsprechend gelten. In a preferred embodiment, the extraction medium used is the same tertiary amine (A1) which is present in process stage (a) in the reaction mixture (Rg), so that the statements made for process stage (a) and Preferences with respect to the tertiary amine (A1) for the process step (b2) apply accordingly.
Das in Verfahrensstufe (b2) erhaltene Extrakt (E1 ) wird in einer bevorzugten Ausführungsform zum Hydrierreaktor in Verfahrensstufe (a) rückgeführt. Hierdurch wird eine effiziente Rückgewinnung des teuren Katalysators ermöglicht. Das Raffinat (R1 ) wird in einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) zugeführt. Bevorzugt wird als Extraktionsmittel in Verfahrensstufe (b2) das tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt, das in der thermischen Spalteinheit in Verfahrensstufe (e) erhalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das in der thermischen Spalteinheit in Verfahrensstufe (e) erhaltene tertiäre Amin (A1 ) zur Extraktionseinheit in Verfahrensstufe (b2) rückgeführt. The extract (E1) obtained in process step (b2) is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in process step (a). This allows efficient recovery of the expensive catalyst. The raffinate (R1) is supplied in a preferred embodiment of the first distillation apparatus in process step (c). The tertiary amine (A1) which is obtained in the thermal splitting unit in process step (e) is preferably used as extractant in process step (b2). In a preferred embodiment, the tertiary amine (A1) obtained in the thermal splitting unit in process step (e) is recycled to the extraction unit in process step (b2).
Die Extraktion erfolgt in Verfahrensstufe (b2) im Allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 100 °C und Drücken im Bereich von 0, 1 bis 8 MPa. Die Extraktion kann auch unter Wasserstoffdruck durchgeführt werden. Die Extraktion des Katalysators kann in jeder geeigneten, dem Fachmann bekannten Vorrichtung durchgeführt werden, bevorzugt in Gegenstrom-Extraktionskolonnen, Mixer-Settler-Kaskaden oder Kombinationen von Mixer-Settler-Kaskaden und Gegenstrom-Extraktionskolonnen. Gegebenenfalls werden neben dem Katalysator auch Anteile einzelner Komponenten des polaren Lösungsmittels aus dem zu extrahierenden Hydriergemisch (H) im Extraktionsmittel, dem tertiären Amin (A1 ), gelöst. Dies ist für das Verfahren kein Nachteil, da die bereits extrahierte Menge an polarem Lösungsmittel nicht der Lösungsmittelabtrennung zugeführt werden muss und somit unter Umständen Verdampfungsenergie einspart. The extraction is carried out in process step (b2) generally at temperatures in the range of 30 to 100 ° C and pressures in the range of 0, 1 to 8 MPa. The extraction can also be carried out under hydrogen pressure. The extraction of the catalyst may be carried out in any suitable apparatus known to those skilled in the art, preferably in countercurrent extraction columns, mixer-settler cascades or combinations of mixer-settler cascades and countercurrent extraction columns. If appropriate, in addition to the catalyst, fractions of individual components of the polar solvent from the hydrogenation mixture (H) to be extracted in the extraction agent, the tertiary amine (A1), are also dissolved. This is not a disadvantage for the process, since the already extracted amount of polar solvent does not have to be supplied to the solvent removal and thus may save evaporation energy.
Inhibierung von Spuren des Katalysators Inhibition of traces of the catalyst
Unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) werden der gemäß Verfahrensstufe (b1 ) erhaltenen Unterphase (U 1 ), dem gemäß Verfahrensstufe (b2) erhaltenen Raffinat (R1 ) oder dem gemäß Verfahrensstufe (b3) erhaltenen Raffinat (R2) mindestens ein Inhibitor zugegeben. Immediately before and / or during step (c), the lower phase (U 1) obtained according to process step (b1), the raffinate (R1) obtained according to process step (b2) or the raffinate (R2) obtained according to process step (b3) are at least one inhibitor added.
Obwohl die Aufarbeitung des Hydriergemischs (H) eine effektive Abtrennung und Rückführung des Katalysators in den Hydrierreaktor in Schritt (a) ermöglicht, sind bei der Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b1 ) noch Reste des Katalysators in der Unterphase (U 1 ) enthalten. Bei der Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b2) enthält das Raffinat (R1 ) noch Spuren des Katalysators. Auch bei der Aufarbeitung gemäß Verfahrensstufe (b3) enthält das Raffinat (R2) noch Spuren des Katalysators. Although the work-up of the hydrogenation mixture (H) allows effective separation and recycling of the catalyst into the hydrogenation reactor in step (a), residues of the catalyst are still present in the lower phase (U 1) during the work-up according to process step (b1). In the workup according to process step (b2) contains the raffinate (R1) still traces the catalyst. Also in the workup according to process step (b3), the raffinate (R2) still contains traces of the catalyst.
Die Unterphase (U 1 ), die gemäß Verfahrensstufe (b1 ) erhalten wird, enthält Reste des Katalysators in Mengen von < 100 ppm, bevorzugt < 80 ppm und insbesondere von < 60 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Unterphase (U 1 ). The lower phase (U 1), which is obtained according to process step (b1), contains residues of the catalyst in amounts of <100 ppm, preferably <80 ppm and in particular of <60 ppm, in each case based on the total weight of the lower phase (U 1).
Das Raffinat (R1 ), das gemäß Verfahrensstufe (b2) erhalten wird, enthält Spuren des Katalysators in Mengen von < 5 ppm, bevorzugt < 3 ppm und insbesondere von < 1 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Raffinats (R1 ). The raffinate (R1) obtained according to process step (b2) contains traces of the catalyst in amounts of <5 ppm, preferably <3 ppm and in particular of <1 ppm, in each case based on the total weight of the raffinate (R1).
Das Raffinat (R2), das gemäß Verfahrensstufe (b3) erhalten wird, enthält Spuren des Katalysators in Mengen von < 5 ppm, bevorzugt < 3 ppm und insbesondere von < 1 ppm, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Raffinats (R2). The raffinate (R2) obtained according to process step (b3) contains traces of the catalyst in amounts of <5 ppm, preferably <3 ppm and in particular <1 ppm, in each case based on the total weight of the raffinate (R2).
Die Reste beziehungsweise Spuren des Katalysators in der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) führen bei der weiteren Aufarbeitung zu einer Rückspaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) zu tertiärem Amin (A1 ), Kohlendioxid und Wasserstoff. Auch die Rückspaltung von freier Ameisensäure, die gegebenenfalls in der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) enthalten ist oder bei der weiteren Aufarbeitung aus dem Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) entsteht wird durch die Reste beziehungsweise Spuren des Katalysators katalysiert. Die Ameisensäure wird dabei zu Kohlendioxid und Wasserstoff gespalten. Um diese Rückspaltung zu verhindern, beziehungsweise zu minimieren, wird unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) mindestens ein Inhibitor zugegeben. The residues or traces of the catalyst in the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) lead in the further workup to a cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) to tertiary amine (A1), carbon dioxide and hydrogen. The cleavage of free formic acid, which is optionally contained in the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) or in the further work-up from the formic acid-amine adduct (A2) is formed by the radicals or catalyses traces of the catalyst. The formic acid is split into carbon dioxide and hydrogen. In order to prevent or minimize this cleavage, at least one inhibitor is added immediately before and / or during step (c) to the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2).
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der mindestens eine Inhibitor entweder unmittelbar vor oder während Schritt (c) zugegeben. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der mindestens eine Inhibitor unmittelbar vor und während Schritt (c) zugegeben. In einer weiteren Ausführungsform wird der mindestens eine Inhibitor nur unmittelbar vor Schritt (c) zugegeben. In einer weiteren Ausführungsform wird der mindestens eine Inhibitor nur während Schritt (c) zugegeben. In one embodiment of the present invention, the at least one inhibitor is added either immediately before or during step (c). In a further embodiment of the present invention, the at least one inhibitor is added immediately before and during step (c). In a further embodiment, the at least one inhibitor is added only immediately before step (c). In a further embodiment, the at least one inhibitor is added only during step (c).
Unter„unmittelbar vor Schritt (c)" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Zugabe des Inhibitors zu der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) verstanden, nachdem diese aus der ersten Phasentrennvorrichtung oder der Extraktionseinheit entnommen wurden, und bevor sie der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) zugeführt werden. Die Zugabe des Inhibitors kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Inhibitor sowohl ein (1 ) Inhibitor, als auch Mischungen aus zwei oder mehreren Inhibitoren verstanden. Der Inhibitor überführt den Katalysator in eine inaktive Form, so dass dieser die Rückspaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) bzw. der freien Ameisensäure nicht mehr katalysieren kann. For the purposes of the present invention, "immediately before step (c)" is understood to mean addition of the inhibitor to the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) after removal from the first phase separation device or the extraction unit and before being fed to the first distillation apparatus in process step (c) The addition of the inhibitor may be continuous or discontinuous. In the context of the present invention, inhibitor is understood as meaning both one (1) inhibitor and mixtures of two or more inhibitors. The inhibitor converts the catalyst into an inactive form, so that it can no longer catalyze the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) or of the free formic acid.
Der Inhibitor ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäure-Derivaten verschiedenen Carbonsäure-Derivaten und Oxidationsmitteln. The inhibitor is selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, derivatives of carboxylic acids other than formic acid derivatives, and oxidizing agents.
In einer Ausführungsform wird als Inhibitor eine Mischung aus mindestens einer Carbonsäure und mindestens einem Oxidationsmittel eingesetzt. In one embodiment, the inhibitor used is a mixture of at least one carboxylic acid and at least one oxidizing agent.
Der Inhibitor wird in einem molaren Verhältnis von 0,5 bis 1000, bevorzugt 1 bis 30, eingesetzt, bezogen auf die katalytisch aktive Metallkomponente des Katalysators, die in der Unterphase (U1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) enthalten ist. The inhibitor is used in a molar ratio of 0.5 to 1000, preferably 1 to 30, based on the catalytically active metal component of the catalyst, which in the lower phase (U1), the raffinate (R1) or the raffinate (R2) is.
Bevorzugte Carbonsäuren sind solche, die mindestens eine Carboxy-Gruppe (-COOH) und eine weitere funktionelle Gruppe, wie Hydroxy-Gruppen (-OH), Carboxy- Gruppen oder Thiol-Gruppen (-SH), aufweisen, da solche Carbonsäuren aufgrund des Chelat-Effekts effektiv an die Metallkomponente des Katalysators binden, und den Katalysator in eine inaktive Form überführen. Preferred carboxylic acids are those having at least one carboxy group (-COOH) and another functional group, such as hydroxy groups (-OH), carboxy groups or thiol groups (-SH), since such carboxylic acids due to the chelate Effect effectively bind to the metal component of the catalyst, and convert the catalyst into an inactive form.
Besonders geeignete Carbonsäuren sind beispielsweise Oxalsäure, Milchsäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitriloessigsäure, Methylglycindiessigsäure, Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Dimercaptobernsteinsäure. Particularly suitable carboxylic acids are, for example, oxalic acid, lactic acid, maleic acid, phthalic acid, tartaric acid, citric acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitriloacetic acid, methylglycinediacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), dimercaptosuccinic acid.
Unter Carbonsäure-Derivaten werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische Verbindungen verstanden, deren funktionelle Gruppe sich formal von derCarboxylic acid derivatives are understood in the context of the present invention to mean organic compounds whose functional group is formally derived from the
Carboxy-Gruppe (-COOH) ableiten lassen. Geeignete Carbonsäure-Derivate sind beispielsweise Carbonsäureester, Carbonsäureamide, Carbonsäurehalogenide (z.B.Derive carboxy group (-COOH). Suitable carboxylic acid derivatives are, for example, carboxylic acid esters, carboxylic acid amides, carboxylic acid halides (e.g.
Carbonsäurechloride), Carbonsäuresalze (z.B. Lithium, Natrium, Kalium,Carboxylic acid chlorides), carboxylic acid salts (e.g., lithium, sodium, potassium,
Trialkylammonium und Ammoniumsalze von Carbonsäuren), Carbonsäureanhydride, Carbonsäurehydrazide, Carbonsäureazide, Dithiocarbonsäuren, Thiocarbonsäuren,Trialkylammonium and ammonium salts of carboxylic acids), carboxylic anhydrides, carboxylic acid hydrazides, carboxylic acid azides, dithiocarboxylic acids, thiocarboxylic acids,
Hydroxamsäuren, Ketene, Imidocarbonsäuren, Imidocarbonsäureester, Amidine,Hydroxamic acids, ketenes, imidocarboxylic acids, imidocarboxylic acid esters, amidines,
Amitrazone und Nitrile. Amitrazones and nitriles.
Bevorzugt sind Carbonsäure-Derivate, die aus den vorstehend beschriebenen Carbonsäuren herstellbar sind, so dass für die Carbonsäure-Derivate die vorstehend beschriebenen Bevorzugungen für Carbonsäuren entsprechend gelten. Besonders geeignete Carbonsäure-Derivate sind Carbonsäuresalze und Carbonsäureanhydride der vorstehend genannten Carbonsäuren, wobei unter den Carbonsäuresalzen Alkalimetallsalze und Trialkylammoniumsalze besonders bevorzugt sind. Preference is given to carboxylic acid derivatives which can be prepared from the carboxylic acids described above, so that the above-described preferences for carboxylic acids apply correspondingly to the carboxylic acid derivatives. Particularly suitable carboxylic acid derivatives are carboxylic acid salts and carboxylic anhydrides the above-mentioned carboxylic acids, wherein among the carboxylic acid salts, alkali metal salts and trialkylammonium salts are particularly preferred.
Als besonders geeignete Carbonsäure-Derivate seien exemplarisch Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, das Trinatriumsalz der Methylglycindiessigsäure (erhältlich als Trilon M®) und Thioacetamid genannt. Examples of particularly suitable carboxylic acid derivatives which may be mentioned are maleic anhydride, phthalic anhydride, the trisodium salt of methylglycinediacetic acid (available as Trilon ) and thioacetamide.
Die Carbonsäuren können somit sowohl in Form der freien Säure, als auch in Form ihrer Derivate (Carbonsäure-Derivate) zugegeben werden, wobei unter den Carbonsäure-Derivaten Carbonsäurealkalimetallsalze oderThe carboxylic acids can thus be added both in the form of the free acid, as well as in the form of their derivatives (carboxylic acid derivatives), wherein among the carboxylic acid derivatives Carbonsäurealkalimetallsalze or
Carbonsäuretrialkylammoniumsalze bevorzugt sind. Die Carbonsäuren und/oder Carbonsäure-Derivate können in Substanz oder in Form einer Lösung zugegeben werden. Als geeignete Oxidationsmittel seien hier Wasserstoffperoxid, Peroxycarbonsäuren, Diacylperoxide und Trialkyl-N-oxide genannt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind Wasserstoffperoxid, Peroxoameisensäure und Trihexyl-N-oxid, da sich diese Oxidationsmittel unter den Verfahrensbedingungen in Schritt (c) und/oder den Verfahrensbedingungen in Schritt (e) zu Stoffen zersetzen, die ohnehin im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure vorhanden sind. Bevorzugt wird der Inhibitor so ausgewählt, dass er in der Phase angereichert vorliegt, die auch das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. Carboxylic acid trialkylammonium salts are preferred. The carboxylic acids and / or carboxylic acid derivatives can be added in bulk or in the form of a solution. Suitable oxidizing agents are hydrogen peroxide, peroxycarboxylic acids, diacyl peroxides and trialkyl N-oxides. Preferred oxidizing agents are hydrogen peroxide, peroxo formic acid and trihexyl N-oxide, since these oxidizing agents decompose under the process conditions in step (c) and / or the process conditions in step (e) to substances which are present anyway in the process according to the invention for the preparation of formic acid , Preferably, the inhibitor is selected so that it is enriched in the phase which also contains the formic acid-amine adduct (A2).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor Thioacetamid eingesetzt. In a preferred embodiment, thioacetamide is used as the inhibitor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und EDTA eingesetzt. In a preferred embodiment, the inhibitor used is a mixture of hydrogen peroxide and EDTA.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und Diethylentriaminpentaessigsäure eingesetzt. In a preferred embodiment, a mixture of hydrogen peroxide and diethylenetriaminepentaacetic acid is used as the inhibitor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor EDTA eingesetzt. In a preferred embodiment, EDTA is used as the inhibitor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor Trilon M eingesetzt. In a preferred embodiment, Trilon M is used as inhibitor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor Meso- Dimercaptobernsteinsäure eingesetzt. In a preferred embodiment, meso-dimercaptosuccinic acid is used as inhibitor.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Inhibitor eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und Meso-Dimercaptobernsteinsäure eingesetzt. In a preferred embodiment, the inhibitor used is a mixture of hydrogen peroxide and meso-dimercaptosuccinic acid.
Hinsichtlich des Inhibitors ist unter „angereichert" für Verfahrensstufe (c) ein Verteilungskoeffizient Pi(c) = [Konzentration Inhibitor in der Unterphase (U2)] / [Konzentration Inhibitor in der Oberphase (02)] von > 1 zu verstehen. Bevorzugt liegt der Verteilungskoeffizient P|(c) bei > 2 und besonders bevorzugt bei > 5. With regard to the inhibitor, "enriched" for process step (c) is a distribution coefficient Pi (c) = [concentration inhibitor in the lower phase (U2)] / [concentration inhibitor in the upper phase (02)] of> 1 to understand. Preferably, the distribution coefficient P | (c) at> 2, and more preferably at> 5.
Hinsichtlich des Inhibitors ist unter„angereichert" für die gegebenenfalls durchgeführte Verfahrensstufe (d) ein Verteilungskoeffizient With regard to the inhibitor, "enriched" for the optional process step (d) is a distribution coefficient
Pi(d) = [Konzentration Inhibitor in der Unterphase (U2)] / [Konzentration Inhibitor in der Oberphase (02)] von > 1 zu verstehen. Bevorzugt liegt der Verteilungskoeffizient P|(d) bei > 2 und besonders bevorzugt bei > 5. Pi (d) = [concentration inhibitor in the lower phase (U2)] / [concentration inhibitor in the upper phase (02)] of> 1 to understand. Preferably, the distribution coefficient P | (d ) at> 2 and more preferably at> 5.
Hinsichtlich des Inhibitors ist unter „angereichert" für die Verfahrensstufe (e) ein Verteilungskoeffizient P|(e) = [Konzentration Inhibitor in der Unterphase (U3)] / [Konzentration Inhibitor in der Oberphase (03)] With regard to the inhibitor, a distribution coefficient P | ( e) = [concentration of inhibitor in the lower phase (U3)] / [concentration of inhibitor in the upper phase (03)] is "enriched" for process step (e).
Von > 1 zu verstehen. Bevorzugt liegt der Verteilungskoeffizient P|(e) bei > 2 und besonders bevorzugt bei > 5. To understand from> 1. Preferably, the distribution coefficient P | (e) > 2, and more preferably> 5.
Hierdurch ist eine Rückführung der Oberphase (02) bzw. der Oberphase (03) zum Hydrierreaktor möglich, ohne dass erhebliche Mengen des Inhibitors zum Hydrierreaktor rückgeführt werden, die die Hydrierungsreaktor in Verfahrensstufe (a) stören könnten. This makes it possible to return the upper phase (02) or the upper phase (03) to the hydrogenation reactor without significant amounts of the inhibitor being recycled to the hydrogenation reactor, which could disturb the hydrogenation reactor in process stage (a).
Abtrennung des polaren Lösungsmittels; Verfahrensstufe (c) Separation of the polar solvent; Process step (c)
In Verfahrensstufe (c) wird aus der Unterphase (U1 ), aus dem Raffinat (R1 ) oder aus dem Raffinat (R2) das polare Lösungsmittel zumindest teilweise in einer ersten Destillationsvorrichtung abgetrennt. In der ersten Destillationsvorrichtung werden ein Destillat (D1 ) und ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ) erhalten. Das Destillat (D1 ) enthält das abgetrennt polare Lösungsmittel und wird in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält die Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) das polare Lösungsmittel teilweise abgetrennt, so dass das Sumpfgemisch (S1 ) noch nicht abgetrenntes polares Lösungsmittel enthält. In Verfahrensstufe (c) können beispielsweise 5 bis 98 Gew.-% des in der Unterphase (U 1 ), im Raffinat (R1 ) oder im Raffinat (R2) enthaltenen polaren Lösungsmittels, bevorzugt 50 bis 98 Gew.-%, mehr bevorzugt 80 bis 98 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 80 bis 90 Gew.-% abgetrennt werden, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des in der Unterphase (U 1 ) des im Raffinat (R1 ) oder des im Raffinat (R2) enthaltenen polaren Lösungsmittels. In process step (c), the polar solvent is at least partially separated from the lower phase (U1), from the raffinate (R1) or from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus. In the first distillation apparatus, a distillate (D1) and a two-phase bottoms mixture (S1) are obtained. The distillate (D1) contains the separated polar solvent and is added to the hydrogenation reactor in step (a) returned. The bottoms mixture (S1) contains the upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2). In one embodiment of the process according to the invention, in the first distillation apparatus in process stage (c), the polar solvent is partly removed, so that the bottom mixture (S1) contains not yet separated polar solvent. In process step (c), for example, from 5 to 98% by weight of the polar solvent contained in the lower phase (U 1), in the raffinate (R 1) or in the raffinate (R 2), preferably 50 to 98% by weight, more preferably 80 to 98 wt .-% and particularly preferably 80 to 90 wt .-% are separated, in each case based on the total weight of the in the lower phase (U 1) in the raffinate (R1) or in the raffinate (R2) polar solvent.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der ersten Destillationsvorrichtung in Verfahrensstufe (c) das polare Lösungsmittel vollständig abgetrennt. Unter „vollständig abgetrennt" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abtrennung von mehr als 98 Gew.-% des in der Unterphase (U 1 ), des im Raffinat (R1 ) oder des im Raffinat (R2) enthaltenen polaren Lösungsmittels, bevorzugt mehr als 98,5 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-%, insbesondere mehr als 99,5 Gew.-%, verstanden, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des in der Unterphase (U 1 ), im Raffinat (R1 ) oder im Raffinat (R2) enthaltenen polaren Lösungsmittels. In a further embodiment of the process according to the invention, the polar solvent is completely separated off in the first distillation apparatus in process stage (c). In the context of the present invention, "completely separated off" is a separation of more than 98% by weight of the polar solvent present in the lower phase (U 1), in the raffinate (R 1) or in the raffinate (R 2), preferably more than 98.5 wt .-%, particularly preferably more than 99 wt .-%, in particular more than 99.5 wt .-%, understood, in each case based on the total weight of the in the lower phase (U 1), in the raffinate (R1) or in the raffinate (R2) contained polar solvent.
Das in der ersten Destillationsvorrichtung abgetrennte Destillat (D1 ) wird in einer bevorzugten Ausführungsform zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. Für den Fall, dass als polares Lösungsmittel ein Gemisch aus einem oder mehreren Alkoholen und Wasser eingesetzt wird, ist es auch möglich aus der ersten Destillationsvorrichtung ein wasserarmes Destillat (D1wa) und ein wasserreiches Destillat (D1 wr) zu entnehmen. Das wasserreiche Destillat (D1 wr) enthält mehr als 50 Gew.-% des im Destillat (D1 ) enthaltenen Wassers, bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, besonders mehr als 80 Gew.-%, insbesondere mehr als 90 Gew.-%. Das wasserarme Destillat (D1wa) enthält weniger als 50 Gew.-% des im Destillat D1 enthaltenen Wassers, bevorzugt weniger als 30 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 20 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das wasserarme Destillat (D1wa) zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. Das wasserreiche Destillat (D 1wr) wird der Oberphase (01 ) zugeführt. Die Abtrennung des polaren Lösungsmittels aus der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) kann beispielsweise in einem Verdampfer oder in einer Destillationseinheit bestehend aus Verdampfer und Kolonne, wobei die Kolonne mit Packungen, Füllkörper und/oder Böden gefüllt ist, erfolgen. Die zumindest teilweise Abtrennung des polaren Lösungsmittels erfolgt bevorzugt bei einer Sumpftemperatur, bei welcher bei gegebenem Druck keine freie Ameisensäure aus dem Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) gebildet wird. Der Faktor x, des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) in der ersten Destillationsvorrichtung liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,4 bis 3, bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 1 ,8, besonders bevorzugt im Bereich von 0,7 bis 1 ,7. The distillate (D1) separated in the first distillation apparatus is recycled in a preferred embodiment to the hydrogenation reactor in step (a). In the event that a mixture of one or more alcohols and water is used as the polar solvent, it is also possible to remove from the first distillation apparatus a low-water distillate (D1 wa ) and a water-rich distillate (D1 wr ). The water-rich distillate (D1 wr ) contains more than 50 wt .-% of the water contained in the distillate (D1), preferably more than 70 wt .-%, especially more than 80 wt .-%, in particular more than 90 wt .-% , The low-water distillate (D1 wa ) contains less than 50 wt .-% of the water contained in the distillate D1, preferably less than 30 wt .-%, more preferably less than 20 wt .-%, in particular less than 10 wt .-%. In a particularly preferred embodiment, the low-water distillate (D1 wa ) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a). The water-rich distillate (D 1 wr ) is fed to the upper phase (01). The separation of the polar solvent from the lower phase (U 1), the raffinate (R 1) or the raffinate (R 2) can be carried out, for example, in an evaporator or in a distillation unit consisting of evaporator and column, the column containing packings, fillers and / or trays filled, done. The at least partial removal of the polar solvent preferably takes place at a bottom temperature at which no free formic acid is formed from the formic acid-amine adduct (A2) at a given pressure. The factor x, of the formic acid-amine adduct (A2) in the first distillation apparatus is generally in the range of 0.4 to 3, preferably in the range of 0.6 to 1, 8, particularly preferably in the range of 0.7 to 1, 7.
Im Allgemeinen beträgt die Sumpftemperatur in der ersten Destillationsvorrichtung mindestens 20 °C, bevorzugt mindestens 50 °C und insbesondere bevorzugt mindestens 70 °C, sowie im Allgemeinen höchstens 210 °C, bevorzugt höchstens 190 °C. Die Temperatur in der ersten Destillationsvorrichtung liegt im Allgemeinen im Bereich von 20 °C bis 210 °C, bevorzugt im Bereich von 50 °C bis 190 °C. Der Druck in der ersten Destillationsvorrichtung beträgt im Allgemeinen mindestens 0,001 MPa abs, bevorzugt mindestens 0,005 MPa abs und besonders bevorzugt mindestens 0,01 MPa abs sowie im Allgemeinen höchstens 1 MPa abs und bevorzugt höchstens 0, 1 MPa abs. Der Druck in der ersten Destillationsvorrichtung liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,0001 MPa abs bis 1 MPa abs, bevorzugt im Bereich von 0,005 MPa abs bis 0,1 MPa abs und besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 MPa abs bis 0,1 MPa abs. Bei der Abtrennung des polaren Lösungsmittels in der ersten Destillationsvorrichtung können im Sumpf der ersten Destillationsvorrichtung das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) sowie freies tertiäres Amin (A1 ) anfallen, da bei der Entfernung des polaren Lösungsmittels Ameisensäure-Amin-Addukte mit niedrigerem Amingehalt entstehen. Hierdurch bildet sich ein Sumpfgemisch (S1 ), das das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das freie tertiäre Amin (A1 ) enthält. Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält in Abhängigkeit der abgetrennten Menge des polaren Lösungsmittels das Ameisensäure- Amin-Addukt (A2) sowie gegebenenfalls das im Sumpf der ersten Destillationsvorrichtung gebildete freie tertiäre Amin (A1 ). Das Sumpfgemisch (S1 ) wird zur weiteren Aufarbeitung gegebenenfalls in Verfahrensstufe (d) weiter aufgearbeitet und anschließend der Verfahrensstufe (e) zugeführt. Es ist auch möglich, das Sumpfgemisch (S1 ) aus Verfahrensstufe (c) direkt der Verfahrensstufe (e) zuzuführen. In general, the bottom temperature in the first distillation apparatus is at least 20 ° C, preferably at least 50 ° C and more preferably at least 70 ° C, and generally at most 210 ° C, preferably at most 190 ° C. The temperature in the first distillation apparatus is generally in the range of 20 ° C to 210 ° C, preferably in the range of 50 ° C to 190 ° C. The pressure in the first distillation apparatus is generally at least 0.001 MPa abs, preferably at least 0.005 MPa abs and more preferably at least 0.01 MPa abs and generally at most 1 MPa abs and preferably at most 0, 1 MPa abs. The pressure in the first distillation apparatus is generally in the range of 0.0001 MPa abs to 1 MPa abs, preferably in the range of 0.005 MPa abs to 0.1 MPa abs and more preferably in the range of 0.01 MPa abs to 0.1 MPa abs. In the removal of the polar solvent in the first distillation apparatus, the formic acid-amine adduct (A2) and free tertiary amine (A1) can be obtained in the bottom of the first distillation apparatus, since the removal of the polar solvent gives formic acid-amine adducts with a lower amine content , This forms a bottom mixture (S1) which contains the formic acid-amine adduct (A2) and the free tertiary amine (A1). The bottom mixture (S1) contains, depending on the separated amount of the polar solvent, the formic acid-amine adduct (A2) and optionally the free tertiary amine (A1) formed in the bottom of the first distillation apparatus. If appropriate, the bottoms mixture (S1) is further worked up in process step (d) for further work-up and then fed to process step (e). It is also possible to feed the bottoms mixture (S1) from process step (c) directly to process step (e).
In der Verfahrensstufe (d) kann das in Schritt (c) erhaltene Sumpfgemisch (S1 ) in einer zweiten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2) aufgetrennt werden. Die Unterphase (U2) wird anschließend gemäß Verfahrensstufe (e) weiter aufgearbeitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberphase (02) aus der zweiten Phasentrennvorrichtung zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Oberphase (02) aus der zweiten Phasentrennvorrichtung zur Extraktionseinheit rückgeführt. Für Verfahrensstufe (d) und die zweite Phasentrennvorrichtung gelten die Ausführungen und Bevorzugungen zur ersten Phasentrennvorrichtung entsprechend. In process step (d), the bottoms mixture (S1) obtained in step (c) can be separated in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2). The lower phase (U2) is then further worked up according to process step (e). In a preferred embodiment, the upper phase (02) from the second phase separation device to the hydrogenation reactor in step (a) recycled. In a further preferred embodiment, the upper phase (02) is recycled from the second phase separation device to the extraction unit. For method step (d) and the second phase separation device, the statements and preferences for the first phase separation device apply accordingly.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren somit die Schritte (a), (b1 ), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte (a), (b2), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte (a), (b3), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte (a), (b1 ), (c) und (e). In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte (a), (b2), (c) und (e). In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte (a), (b3), (c) und (e). In one embodiment, the method according to the invention thus comprises the steps (a), (b1), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the method according to the invention comprises the steps (a), (b2), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the method according to the invention comprises the steps (a), (b3), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the method according to the invention comprises the steps (a), (b1), (c) and (e). In a further embodiment, the method according to the invention comprises the steps (a), (b2), (c) and (e). In a further embodiment, the method according to the invention comprises the steps (a), (b3), (c) and (e).
In einer Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b1 ), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b2), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b3), (c), (d) und (e). In einer weiteren Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b1 ), (c) und (e). In einer weiteren Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b2), (c) und (e). In einer weiteren Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus den Schritten (a), (b3), (c) und (e). In one embodiment, the method according to the invention consists of the steps (a), (b1), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the process according to the invention consists of the steps (a), (b2), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the process according to the invention consists of the steps (a), (b3), (c), (d) and (e). In a further embodiment, the process according to the invention consists of the steps (a), (b1), (c) and (e). In a further embodiment, the process according to the invention consists of the steps (a), (b2), (c) and (e). In a further embodiment, the process according to the invention consists of the steps (a), (b3), (c) and (e).
Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2); Verfahrensstufe (e) Cleavage of the formic acid-amine adduct (A2); Process stage (s)
Das gemäß Schritt (c) erhaltene Sumpfgemisch (S1 ) oder die gegebenenfalls nach der Aufarbeitung gemäß Schritt (d) erhaltene Unterphase (U2) wird einer thermischen Spalteinheit zur weiteren Umsetzung zugeführt. The bottom mixture (S1) obtained according to step (c) or the lower phase (U2) optionally obtained after the work-up according to step (d) is fed to a thermal splitting unit for further reaction.
Das im Sumpfgemisch (S1 ) bzw. gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der thermischen Spalteinheit zu Ameisensäure und tertiärem Amin (A1 ) gespalten. Die Ameisensäure wird aus der thermischen Spalteinheit ausgeschleust. Das tertiäre Amin (A1 ) wird zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. Das tertiäre Amin (A1 ) aus der thermischen Spalteinheit kann direkt zum Hydrierreaktor rückgeführt werden. Es ist auch möglich, das tertiäre Amin (A1 ) aus der thermischen Spalteinheit zunächst zur Extraktionseinheit in Verfahrensstufe (b2) oder Verfahrensstufe (b3) rückzuführen und anschließend von der Extraktionseinheit zum Hydrierreaktor in Schritt (a) weiterzuleiten, diese Ausführungsform ist bevorzugt. The formic acid-amine adduct (A2) present in the bottom mixture (S1) or optionally in the bottom phase (U2) is cleaved in the thermal splitting unit to give formic acid and tertiary amine (A1). The formic acid is discharged from the thermal splitting unit. The tertiary amine (A1) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a). The tertiary amine (A1) from the thermal cleavage unit can be recycled directly to the hydrogenation reactor. It is also possible to first recycle the tertiary amine (A1) from the thermal splitting unit to the extraction unit in process stage (b2) or process stage (b3), and subsequently from the extraction unit to the hydrogenation reactor in step (a), this embodiment is preferred.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die thermische Spalteinheit eine zweite Destillationsvorrichtung und eine dritte Phasentrennvorrichtung, wobei die Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) in der zweiten Destillationsvorrichtung erfolgt, unter Erhalt eines Destillats (D2), das aus der zweiten Destillationsvorrichtung ausgeschleust (entnommen) wird, und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S2) enthaltend eine Oberphase (03), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U3), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und den mindestens einen Inhibitor enthält. In a preferred embodiment, the thermal splitting unit comprises a second distillation apparatus and a third phase separation apparatus, wherein the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) is carried out in the second distillation apparatus to obtain a distillate (D2) discharged from the second distillation apparatus (taken ), and a biphasic bottoms mixture (S2) comprising an upper phase (03) containing the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U3) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least contains an inhibitor.
Die Entnahme der in der zweiten Destillationsvorrichtung erhaltenen Ameisensäure aus der zweiten Destillationsvorrichtung kann beispielsweise (i) über Kopf, (ii) über Kopf und über einen Seitenabzug oder (iii) nur über einen Seitenabzug erfolgen. Wird die Ameisensäure über Kopf entnommen, so wird Ameisensäure mit einer Reinheit von bis zu 99,99 Gew.-% erhalten. Bei der Entnahme über einen Seitenabzug wird wässrige Ameisensäure erhalten, wobei hierbei ein Gemisch mit etwa 85 Gew.-% Ameisensäure besonders bevorzugt ist. Je nach Wassergehalt des der thermischen Spalteinheit zugeführten Sumpfgemischs (S1 ) bzw. gegebenenfalls der Unterphase (U2) kann die Ameisensäure verstärkt als Kopfprodukt oder verstärkt über den Seitenabzug entnommen werden. Bei Bedarf ist es auch möglich, Ameisensäure nur über den Seitenabzug, bevorzugt mit einem Ameisensäuregehalt von etwa 85 Gew.-% zu entnehmen, wobei dann gegebenenfalls die erforderliche Wassermenge auch durch Zugabe von zusätzlichem Wasser in die zweite Destillationsvorrichtung eingestellt werden kann. Die thermische Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A2) erfolgt im Allgemeinen nach den im Stand der Technik bekannten Verfahrensparametern hinsichtlich Druck, Temperatur sowie apparativer Ausgestaltung. Diese sind beispielsweise in EP 0 181 078 oder WO 2006/021 41 1 beschrieben. Als zweite Destillationsvorrichtung sind beispielsweise Destillationskolonnen geeignet, die im Allgemeinen Füllkörper, Packungen und/oder Böden enthalten. The removal of the formic acid from the second distillation apparatus obtained in the second distillation apparatus can be carried out, for example, (i) overhead, (ii) overhead and via a side draw, or (iii) only a side draw. If the formic acid is removed overhead, formic acid with a purity of up to 99.99% by weight is obtained. When taken off via a side draw, aqueous formic acid is obtained, in which case a mixture with about 85% by weight of formic acid is particularly preferred. Depending on the water content of the sludge mixture (S1) or, if appropriate, the lower phase (U2) fed to the thermal splitting unit, the formic acid can be withdrawn increasingly as top product or reinforced via the side draw. If necessary, it is also possible to remove formic acid only on the side draw, preferably with a formic acid content of about 85 wt .-%, in which case optionally the required amount of water can also be adjusted by adding additional water in the second distillation apparatus. The thermal cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) is generally carried out according to the process parameters known in the prior art with respect to pressure, temperature and apparatus design. These are described, for example, in EP 0 181 078 or WO 2006/021 41 1. As a second distillation apparatus, for example, distillation columns are suitable, which generally contain packing, packings and / or trays.
Im Allgemeinen beträgt die Sumpftemperatur in der zweiten Destillationsvorrichtung mindestens 130 °C, bevorzugt mindestens 140 °C und besonders bevorzugt mindestens 150 °C, sowie im Allgemeinen höchstens 210 °C, bevorzugt höchstens 190 °C, besonders bevorzugt höchstens 185 °C. Der Druck in der zweiten Destillationsvorrichtung beträgt im Allgemeinen mindestens 1 hPa abs, bevorzugt mindestens 50 hPa abs und besonders bevorzugt mindestens 100 hPa abs, sowie im Allgemeinen höchstens 500 hPa, besonders bevorzugt höchstens 300 hPa abs und besonders bevorzugt höchstens 200 hPa abs. Das im Sumpf der zweiten Destillationsvorrichtung erhaltene Sumpfgemisch (S2) ist zweiphasig. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sumpfgemisch (S2) der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit zugeführt und dort in die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und den Inhibitor enthält, aufgetrennt. Die Oberphase (03) wird aus der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit ausgeschleust und zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt. Die Rückführung kann dabei direkt zum Hydrierreaktor in Schritt (a) erfolgen oder die Oberphase (03) wird zunächst der Extraktionseinheit in Schritt (b2) oder Schritt (b3) zugeführt und von dort zum Hydrierreaktor in Schritt (a) weitergeleitet. Die in der dritten Phasentrennvorrichtung erhaltene Unterphase (U3) wird danach erneut der zweiten Destillationsvorrichtung der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung dann erneut einer Spaltung unterzogen, wobei wiederum Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) erhalten wird und sich im Sumpf der zweiten Destillationsvorrichtung der thermischen Spalteinheit erneut ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S2) ausbildet, das dann erneut der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit zur weiteren Aufarbeitung zugeführt wird. In general, the bottom temperature in the second distillation apparatus is at least 130 ° C, preferably at least 140 ° C and more preferably at least 150 ° C, and generally at most 210 ° C, preferably at most 190 ° C, particularly preferably at most 185 ° C. The pressure in the second distillation apparatus is generally at least 1 hPa abs, preferably at least 50 hPa abs and more preferably at least 100 hPa abs, and generally at most 500 hPa, more preferably at most 300 hPa abs and more preferably at most 200 hPa abs. The bottoms mixture (S2) obtained in the bottom of the second distillation apparatus is biphasic. In a preferred embodiment, the bottoms mixture (S2) is fed to the third phase separation device of the thermal splitting unit and there in the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1), and the lower phase (U3), the formic acid-amine adduct ( A2) and the inhibitor, separated. The upper phase (03) is discharged from the third phase separator of the thermal splitting unit and recycled to the hydrogenation reactor in step (a). The recycling can be carried out directly to the hydrogenation reactor in step (a) or the upper phase (03) is first supplied to the extraction unit in step (b2) or step (b3) and forwarded from there to the hydrogenation reactor in step (a). The lower phase (U3) obtained in the third phase separation device is then supplied again to the second distillation device of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is then subjected to further cleavage in the second distillation apparatus, again giving formic acid and free tertiary amine (A1) and again in the bottom of the second distillation unit of the thermal splitting unit forming a two-phase bottoms mixture (S2), which is then fed again to the third phase separation device of the thermal splitting unit for further processing.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, verbleibt der Inhibitor dabei bevorzugt in der Phase, in der auch das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthalten ist, d.h. in der Unterphase (U3). Dies hat den Vorteil, dass die das tertiäre Amin (A1 ) enthaltende Oberphase (03) zum Hydrierreaktor rückgeführt werden kann, ohne dass mit der Oberphase (03) nennenswerte Mengen an Inhibitor in die Verfahrensstufe (a) rückgeführt werden, die dort die Hydrierungsreaktion behindern könnten. As already explained above, the inhibitor preferably remains in the phase in which the formic acid-amine adduct (A2) is also present, ie. in the lower phase (U3). This has the advantage that the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) can be recycled to the hydrogenation reactor without significant amounts of inhibitor being recycled to the upper phase (03) in process stage (a), which hinder the hydrogenation reaction there could.
Die Zuführung des Sumpfgemischs (S1 ) bzw. gegebenenfalls des der Unterphase (U2) zur thermischen Spalteinheit in Verfahrensstufe (e) kann dabei in die zweite Destillationsvorrichtung und/oder die dritte Phasentrennvorrichtung erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zuleitung des Sumpfgemischs (S1 ) bzw. gegebenenfalls der Unterphase (U2) in die zweite Destillationsvorrichtung der thermischen Trenneinheit. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Zuleitung des Sumpfgemischs (S1 ) bzw. gegebenenfalls der Unterphase (U2) in das dritte Phasentrenngefäß der thermischen Spalteinheit. The feeding of the bottom mixture (S1) or optionally of the bottom phase (U2) to the thermal splitting unit in process step (e) can take place in the second distillation device and / or the third phase separation device. In a preferred embodiment, the feed of the bottom mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) in the second distillation device of the thermal separation unit takes place. In a further embodiment, the feed of the bottoms mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) into the third phase separation vessel of the thermal splitting unit.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Zuleitung des Sumpfgemischs (S1 ) bzw. gegebenenfalls der Unterphase (U2) sowohl in die zweite Destillationsvorrichtung der thermischen Spalteinheit, als auch in die dritte Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit. Hierzu wird das Sumpfgemisch (S1 ) bzw. gegebenenfalls die Unterphase (U2) in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Teilstrom der zweiten Destillationsvorrichtung und ein Teilstrom der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit zugeführt werden. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen: ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, In a further embodiment, the feed of the bottom mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) takes place both in the second distillation device of the thermal splitting unit, as well as in the third phase separation device of the thermal splitting unit. For this purpose, the bottom mixture (S1) or optionally the Subphase (U2) divided into two partial streams, wherein a partial stream of the second distillation device and a partial stream of the third phase separator are fed to the thermal splitting unit. The drawings show in detail: a block diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention, a block diagram of a further preferred one Embodiment of the method according to the invention,
Figur 6 ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 6 shows a block diagram of a further preferred embodiment of the method according to the invention.
In den Figuren 1 bis 6 haben die Bezugszeichen die folgenden Bedeutungen: In FIGS. 1 to 6, the reference symbols have the following meanings:
Figur 1 FIG. 1
I- 1 Hydrierreaktor I-1 hydrogenation reactor
II- 1 erste Destillationsvorrichtung  II- 1 first distillation apparatus
111-1 dritte Phasentrennvorrichtung (der thermischen Spalteinheit) 111-1 third phase separation device (the thermal splitting unit)
IV-1 zweite Destillationsvorrichtung (der thermischen Spalteinheit)  IV-1 second distillation device (the thermal splitting unit)
1 Strom enthaltend Kohlendioxid  1 stream containing carbon dioxide
2 Strom enthaltend Wasserstoff  2 stream containing hydrogen
3 Strom enthaltend Ameisensäure-Amin-Addukt ((A2), Reste des  3 stream containing formic acid-amine adduct ((A2), residues of
Katalysators, polares LM; (Unterphase (U 1 ))  Catalyst, polar LM; (Lower phase (U 1))
4 Strom enthaltend Inhibitor  4 current containing inhibitor
5 Strom enthaltend polares Lösungsmittel; (Destillat (D1 ))  5 stream containing polar solvent; (Distillate (D1))
6 Strom enthaltend tertiäres Amin (A1 ) (Oberphase (02)) und Ameisensäure- 6 stream containing tertiary amine (A1) (upper phase (02)) and formic acid
Amin-Addukt (A2) (Unterphase (U2)); Sumpfgemisch (S1 ) 7 Strom enthaltend Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und Inhibitor; Unterphase (U3) Amine adduct (A2) (lower phase (U2)); Swamp mixture (S1) 7 stream containing formic acid-amine adduct (A2) and inhibitor; Lower phase (U3)
8 Strom enthaltend tertiäres Amin (A1 ) (Oberphase (03)) sowie  8 stream containing tertiary amine (A1) (upper phase (03)) and
Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und Inhibitor (Unterphase (U3)); Sumpfgemisch (S2)  Formic acid-amine adduct (A2) and inhibitor (lower phase (U3)); Swamp mixture (S2)
9 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2))  9 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
10 Strom enthaltend tertiäres Amin (A1 ); Oberphase (03) 10 stream containing tertiary amine (A1); Upper phase (03)
Figur 2 FIG. 2
I- 2 Hydrierreaktor I- 2 hydrogenation reactor
II- 2 erste Destillationsvorrichtung  II- 2 first distillation device
II 1-2 dritte Phasentrennvorrichtung II 1-2 third phase separator
IV-2 zweite Destillationsvorrichtung IV-2 second distillation apparatus
V-2 erste Phasentrennvorrichtung V-2 first phase separator
VI-2 Extraktionseinheit VI-2 extraction unit
1 1 Strom enthaltend Kohlendioxid 1 1 stream containing carbon dioxide
12 Strom enthaltend Wasserstoff 12 stream containing hydrogen
13a Strom enthaltend Hydriergemisch (H) 13a stream containing hydrogenation mixture (H)
13b Strom enthaltend Unterphase (U 1 ) 13b current containing lower phase (U 1)
13c Strom enthaltend Raffinat (R2) 13c stream containing raffinate (R2)
14 Strom enthaltend Inhibitor 14 current containing inhibitor
15 Strom enthaltend Destillat (D1 ) 15 stream containing distillate (D1)
16 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S1 ) 16 stream containing bottoms mixture (S1)
17 Strom enthaltend Unterphase (U3) 17 current containing lower phase (U3)
18 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S2) 18 stream containing swamp mixture (S2)
19 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2)) 19 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
20 Strom enthaltend Oberphase (03) 20 current containing upper phase (03)
21 Strom enthaltend Extrakt (E2) 21 stream containing extract (E2)
22 Strom enthaltend Oberphase (01 ) 22 current containing upper phase (01)
Figur 3 I-3 Hydrierreaktor Figure 3 I-3 hydrogenation reactor
II- 3 erste Destillationsvorrichtung  II- 3 first distillation apparatus
II I- 3 dritte Phasentrennvorrichtung  II I- 3 third phase separator
IV- 3 zweite Destillationsvorrichtung  IV- 3 second distillation apparatus
V- 3 erste Phasentrennvorrichtung  V- 3 first phase separation device
VI-3 Extraktionseinheit 31 Strom enthaltend KohlendioxidVI-3 extraction unit 31 Electricity containing carbon dioxide
32 Strom enthaltend Wasserstoff 32 Electricity containing hydrogen
33a Strom enthaltend Hydriergemisch (H)  33a stream containing hydrogenation mixture (H)
33b Strom enthaltend Unterphase (U 1 )  33b stream containing lower phase (U 1)
33c Strom enthaltend Raffinat (R2)  33c stream containing raffinate (R2)
34 Strom enthaltend Inhibitor  34 Current containing inhibitor
35 Strom enthaltend Destillat (D1 )  35 stream containing distillate (D1)
36 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S1 )  36 stream containing swamp mixture (S1)
37 Strom enthaltend Unterphase (U3)  37 current containing lower phase (U3)
38 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S2)  38 Stream containing swamp mixture (S2)
39 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2)) 39 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
40 Strom enthaltend Oberphase (03) 40 current containing upper phase (03)
41 Strom enthaltend Extrakt (E2)  41 stream containing extract (E2)
42 Strom enthaltend Oberphase (01 )  42 current containing upper phase (01)
Figur 4 FIG. 4
I-4 Hydrierreaktor I-4 hydrogenation reactor
II-4 erste Destillationsvorrichtung  II-4 first distillation apparatus
II I-4 dritte Phasentrennvorrichtung  II I-4 third phase separator
IV-4 zweite Destillationsvorrichtung  IV-4 second distillation device
V-4 erste Phasentrennvorrichtung  V-4 first phase separator
VI-4 Extraktionseinheit  VI-4 extraction unit
VI I-4 zweite Phasentrennvorrichtung  VI I-4 second phase separator
51 Strom enthaltend Kohlendioxid 51 stream containing carbon dioxide
52 Strom enthaltend Wasserstoff  52 Stream containing hydrogen
53a Strom enthaltend Hydriergemisch (H)  53a stream containing hydrogenation mixture (H)
53b Strom enthaltend Unterphase (U 1 )  53b stream containing lower phase (U 1)
53c Strom enthaltend Raffinat (R2)  53c stream containing raffinate (R2)
54 Strom enthaltend Inhibitor  54 current containing inhibitor
55 Strom enthaltend Destillat (D1 )  55 Stream containing distillate (D1)
56a Strom enthaltend Sumpfgemisch (S1 )  56a stream containing bottoms mixture (S1)
56b Strom enthaltend Unterphase (U2)  56b current containing lower phase (U2)
56c Strom enthaltend Oberphase (02)  56c stream containing upper phase (02)
57 Strom enthaltend Unterphase (U3)  57 current containing lower phase (U3)
58 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S2)  58 Stream containing Sumpfgemisch (S2)
59 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2)) 59 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
60 Strom enthaltend Oberphase (03) Strom enthaltend Extrakt (E2) Strom enthaltend Oberphase (01 ) 60 current containing upper phase (03) Stream containing extract (E2) stream containing upper phase (01)
Hydrierreaktor hydrogenation reactor
erste Destillationsvorrichtung  first distillation device
dritte Phasentrennvorrichtung  third phase separator
zweite Destillationsvorrichtung  second distillation device
erste Phasentrennvorrichtung  first phase separation device
Extraktionseinheit  extraction unit
71 Strom enthaltend Kohlendioxid 71 Electricity containing carbon dioxide
72 Strom enthaltend Wasserstoff  72 Electricity containing hydrogen
73a Strom enthaltend Hydriergemisch (H)  73a stream containing hydrogenation mixture (H)
73b Strom enthaltend Unterphase (U 1 )  73b stream containing lower phase (U 1)
73c Strom enthaltend Raffinat (R2)  73c stream containing raffinate (R2)
74 Strom enthaltend Inhibitor  74 Current containing inhibitor
75 Strom enthaltend wasserarmes Destillat (D 1wa) 75 stream containing low-water distillate (D 1wa)
76 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S1 ) 76 stream containing swamp mixture (S1)
77 Strom enthaltend Unterphase (U3)  77 current containing lower phase (U3)
78 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S2)  78 stream containing swamp mixture (S2)
79 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2)) 79 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
80 Strom enthaltend Oberphase (03) 80 current containing upper phase (03)
81 Strom enthaltend Extrakt (E2)  81 stream containing extract (E2)
82 Strom enthaltend Oberphase (01 )  82 current containing upper phase (01)
83 Strom enthaltend wasserreiches Destillat (D1wr)  83 Stream containing water-rich distillate (D1wr)
Hydrierreaktor hydrogenation reactor
erste Destillationsvorrichtung  first distillation device
dritte Phasentrennvorrichtung  third phase separator
zweite Destillationsvorrichtung  second distillation device
Extraktionseinheit  extraction unit
91 Strom enthaltend Kohlendioxid 91 Electricity containing carbon dioxide
92 Strom enthaltend Wasserstoff  92 stream containing hydrogen
93a Strom enthaltend Hydriergemisch (H)  93a stream containing hydrogenation mixture (H)
93c Strom enthaltend Raffinat (R1 ) 94 Strom enthaltend Inhibitor 93c stream containing raffinate (R1) 94 Current containing inhibitor
95 Strom enthaltend Destillat (D1 )  95 stream containing distillate (D1)
96 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S1 )  96 stream containing bottoms mixture (S1)
97 Strom enthaltend Unterphase (U3)  97 current containing lower phase (U3)
98 Strom enthaltend Sumpfgemisch (S2)  98 Stream containing swamp mixture (S2)
99 Strom enthaltend Ameisensäure; (Destillat (D2))  99 stream containing formic acid; (Distillate (D2))
100 Strom enthaltend Oberphase (03)  100 current containing upper phase (03)
101 Strom enthaltend Extrakt (E1 ) Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 werden ein Strom 1 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 2 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor 1-1 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor 1-1 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen.  101 Stream Containing Extract (E1) In the embodiment according to FIG. 1, a stream 1 containing carbon dioxide and a stream 2 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor 1-1. It is possible to supply the hydrogenation reactor 1-1 further streams (not shown) to compensate for any losses incurred by the tertiary amine (A1) or the catalyst.
Im Hydrierreaktor 1-1 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the hydrogenation reactor 1-1, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
Die Unterphase (U 1 ) wird als Strom 3 der Destillationsvorrichtung 11-1 zugeführt. Die Oberphase (01 ) verbleibt im Hydrierreaktor 1-1 . Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 fungiert der Hydrierreaktor 1-1 gleichzeitig als erste Phasentrennvornchtung. The lower phase (U 1) is supplied as stream 3 to the distillation apparatus 11-1. The upper phase (01) remains in the hydrogenation reactor 1-1. In the embodiment according to FIG. 1, the hydrogenation reactor 1-1 simultaneously acts as the first phase separation device.
Dem Strom 3 wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 4 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung wird die Unterphase (U 1 ) aufgetrennt in ein Destillat (D1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, das als Strom 5 zum Hydrierreaktor 1-1 rückgeführt wird, und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. The current 3 is added continuously or discontinuously, the inhibitor as stream 4. In the first distillation apparatus, the lower phase (U 1) is separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 5 to the hydrogenation reactor 1-1, and into a biphasic mixture (S1) containing an upper phase (02), containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 6 der dritten Phasentrennvornchtung 111-1 der thermischen Spalteinheit zugeführt. The bottoms mixture (S1) is fed as stream 6 to the third phase separation device 111-1 of the thermal splitting unit.
In der dritten Phasentrennvornchtung 111-1 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S1 ) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). In the third phase separation device 111-1 of the thermal splitting unit, the sump mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid-amine adduct (A2).
Die Oberphase (03) wird als Strom 10 zum Hydrierreaktor 1-1 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 7 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-1 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-1 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-1 werden ein Destillat (D2) und ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S2) erhalten. The upper phase (03) is recycled as stream 10 to the hydrogenation reactor 1-1. The lower phase (U3) is supplied as stream 7 to the second distillation device IV-1 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-1 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-1, a distillate (D2) and a two-phase bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 9 aus der Destillationsvorrichtung IV-1 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 8 zur dritten Phasentrennvornchtung 111-1 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. In der dritten Phasentrennvornchtung 111-1 wird das Sumpfgemisch (S2) aufgetrennt in Oberphase (03) und Unterphase (U3). Di Oberphase (03) wird als Strom 10 zum Hydrierreaktor 1-1 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 7 zur zweiten Destillationsvorrichtung IV-1 rückgeführt. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 9 from the distillation apparatus IV-1. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 8 is returned to the third phase separation device 111-1 of the thermal splitter unit. In the third phase separation device 111-1, the sump mixture (S2) is separated into upper phase (03) and lower phase (U3). Di upper phase (03) is recycled as stream 10 to the hydrogenation reactor 1-1. The lower phase (U3) is recycled as stream 7 to the second distillation device IV-1.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 werden ein Strom 1 1 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 12 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor I-2 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor I-2 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen. In the embodiment according to FIG. 2, a stream 11 containing carbon dioxide and a stream 12 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-2. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-2 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur.
Im Hydrierreaktor I-2 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the hydrogenation reactor I-2, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
Das Hydriergemisch (H) wird als Strom 13a einer ersten Phasentrennvornchtung V-2 zugeführt. In der ersten Phasentrennvornchtung V-2 wird das Hydriergemisch (H) in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U 1 ) getrennt. Die Oberphase (01 ) wird als Strom 22 zum Hydrierreaktor I-2 rückgeführt. Die Unterphase (U 1 ) wird als Strom 13b der Extraktionseinheit VI-2 zugeführt. Darin wird die Unterphase (U 1 ) mit dem tertiären Amin (A1 ) extrahiert, das als Strom 20 (Oberphase (03)) aus der dritten Phasentrennvornchtung II I-2 zu der Extraktionsvorrichtung VI-2 rückgeführt wird. The hydrogenation mixture (H) is fed as stream 13a to a first phase separator V-2. In the first phase separation device V-2, the hydrogenation mixture (H) is separated into the upper phase (01) and the lower phase (U 1). The upper phase (01) is recycled as stream 22 to the hydrogenation reactor I-2. The lower phase (U 1) is supplied as stream 13b of the extraction unit VI-2. In it, the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 20 (upper phase (03)) from the third phase separation II I-2 to the extraction device VI-2.
In der Extraktionseinheit VI-2 werden ein Raffinat (R2) und ein Extrakt (E2) erhalten. Das Raffinat (R2) enthält das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das polare Lösungsmittel und wird als Strom 13c der ersten Destillationsvorrichtung I I-2 zugeführt. Das Extrakt (E2) enthält das tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators und wird als Strom 21 zum Hydrierreaktor I-2 rückgeführt. In the extraction unit VI-2, a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained. The raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 13c to the first distillation apparatus I I-2. The extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 21 to the hydrogenation reactor I-2.
Dem Strom 13c wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 14 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung I I-2 wird das Raffinat (R2) aufgetrennt in ein Destillat (D1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, das als Strom 15 zum Hydrierreaktor I-2 rückgeführt wird, und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ). The current 13c is continuously or discontinuously added to the inhibitor as stream 14. In the first distillation apparatus I I-2, the raffinate (R 2) is separated into a distillate (D 1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 15 to the hydrogenation reactor I-2, and into a biphasic sump mixture (S 1).
Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 16 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 zugeführt. The bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor. The bottoms mixture (S1) is fed as stream 16 to the second distillation device IV-2.
Das im Sumpfgemisch (S1 ) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 werden ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The formic acid-amine adduct present in the bottom mixture (S1) is cleaved in the second distillation device IV-2 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-2, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 19 aus der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 18 zur dritten Phasentrennvornchtung I I I-2 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. In der dritten Phasentrennvornchtung I II-2 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S2) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). Die Oberphase (03) wird aus der dritten Phasentrennvorrichtung 111-2 als Strom 20 zur Extraktionseinheit VI-2 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 17 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-2 werden dann wie vorstehend ausgeführt erneut ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 19 from the second distillation device IV-2. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is recycled as stream 18 to the third phase separation II I-2 of the thermal splitting unit. In the third phase separation device II-2 of the thermal cleavage unit, the bottom mixture (S2) is separated to obtain an upper phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2). The upper phase (03) is recycled from the third phase separator 111-2 as stream 20 to the extraction unit VI-2. The lower phase (U3) is supplied as stream 17 to the second distillation device IV-2 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-2 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-2, as stated above, a distillate (D2) and a bottom mixture (S2) are again obtained.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 werden ein Strom 31 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 32 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor 1-3 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor 1-3 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen. Im Hydrierreaktor 1-3 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the embodiment according to FIG. 3, a stream 31 containing carbon dioxide and a stream 32 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor 1-3. It is possible to supply the hydrogenation reactor 1-3 further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst. In the hydrogenation reactor 1-3, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
Das Hydriergemisch (H) wird als Strom 33a einer ersten Phasentrennvorrichtung V-3 zugeführt. In der ersten Phasentrennvorrichtung V-3 wird das Hydriergemisch (H) in der Oberphase (01 ) und die Unterphase (U 1 ) getrennt. The hydrogenation mixture (H) is supplied as stream 33a to a first phase separation device V-3. In the first phase separation device V-3, the hydrogenation mixture (H) in the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is separated.
Die Oberphase (01 ) wird als Strom 42 zum Hydrierreaktor I-3 rückgeführt. Die Unterphase (U 1 ) wird als Strom 33b der Extraktionseinheit VI-3 zugeführt. Darin wird die Unterphase (U 1 ) mit dem tertiären Amin (A1 ) extrahiert, das als Strom 40 (Oberphase (03)) aus der dritten Phasentrennvorrichtung II I-3 der thermischen Spalteinheit zur Extraktionseinheit VI-3 rückgeführt wird. The upper phase (01) is recycled as stream 42 to the hydrogenation reactor I-3. The lower phase (U 1) is supplied as stream 33b to the extraction unit VI-3. In it, the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 40 (upper phase (03)) from the third phase separator II I-3 of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-3.
In der Extraktionseinheit VI-3 werden ein Raffinat (R2) und ein Extrakt (E2) erhalten. Das Raffinat (R2) enthält das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das polare Lösungsmittel und wird als Strom 33c der ersten Destillationsvorrichtung 11— 3 zugeführt. Das Extrakt (E2) enthält das tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators und wird als Strom 41 zum Hydrierreaktor I-2 rückgeführt. In the extraction unit VI-3, a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained. The raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 33c to the first distillation device 11-3. The extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 41 to the hydrogenation reactor I-2.
Dem Strom 33c wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 34 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung 11—3 wird das Raffinat (R2) aufgetrennt in ein Destillat (D1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, das als Strom 35 zum Hydrierreaktor I-3 rückgeführt wird, und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ). The flow 33c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 34. In the first distillation apparatus 11-3, the raffinate (R2) separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 35 to the hydrogenation reactor I-3, and into a two-phase bottoms mixture (S1).
Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. The bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 36 der dritten Phasentrennvornchtung I I I-3 der thermischen Spalteinheit zugeführt. The sump mixture (S1) is supplied as stream 36 of the third phase separation device I I I-3 to the thermal splitting unit.
In der dritten Phasentrennvornchtung I II-3 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S1 ) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). In the third phase separation device II-3 of the thermal cleavage unit, the bottom mixture (S1) is separated to obtain a top phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
Die Oberphase (03) wird als Strom 40 zur Extraktionseinheit VI-3 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 37 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-3 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-3 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-3 werden ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The upper phase (03) is recycled as stream 40 to the extraction unit VI-3. The lower phase (U3) is supplied as stream 37 to the second distillation device IV-3 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-3 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-3, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 39 aus der Destillationsvorrichtung IV-3 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 38 zur dritten Phasentrennvornchtung I I I-3 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. In der dritten Phasentrennvornchtung I I I-3 wird das Sumpfgemisch (S2) aufgetrennt. Die Oberphase (03) wird zu der Extraktionseinheit VI-3 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird zu der zweiten Destillationsvorrichtung IV-3 rückgeführt. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 39 from the distillation device IV-3. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 38 to the third phase separation II I-3 of the thermal splitting unit recycled. In the third phase separation device I I I-3, the sump mixture (S2) is separated. The upper phase (03) is recycled to the extraction unit VI-3. The lower phase (U3) is recycled to the second distillation device IV-3.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 werden ein Strom 51 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 52 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor I-4 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor I-4 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen. Im Hydrierreaktor 1-4 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the embodiment according to FIG. 4, a stream 51 containing carbon dioxide and a stream 52 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-4. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-4 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur. In the hydrogenation reactor 1-4, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
Das Hydriergemisch (H) wird als Strom 53a einer ersten Phasentrennvornchtung V-4 zugeführt. In der ersten Phasentrennvornchtung V-4 wird das Hydriergemisch (H) in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U 1 ) getrennt. The hydrogenation mixture (H) is fed as stream 53a to a first phase separator V-4. In the first phase separation device V-4, the hydrogenation mixture (H) is separated into the upper phase (01) and the lower phase (U 1).
Die Oberphase (01 ) wird als Strom 62 zum Hydrierreaktor I-4 rückgeführt. Die Unterphase (U 1 ) wird als Strom 53b der Extraktionseinheit VI-4 zugeführt. Darin wird die Unterphase (U 1 ) mit dem tertiären Amin (A1 ) extrahiert, das als Strom 60 (Oberphase (03)) aus der dritten Phasentrennvornchtung II I-4 der thermischen Spalteinheit und als Strom 56c aus der zweiten Phasentrennvornchtung VI 1-4 zur Extraktionseinheit VI-4 rückgeführt wird. The upper phase (01) is recycled as stream 62 to the hydrogenation reactor I-4. The lower phase (U 1) is supplied as stream 53b to the extraction unit VI-4. Therein, the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), the current 60 (upper phase (03)) from the third phase separation II I-4 of the thermal splitting unit and the current 56c from the second phase separation VI 1-4 to the extraction unit VI-4 is recycled.
In der Extraktionseinheit VI-4 werden ein Raffinat (R2) und ein Extrakt (E2) erhalten. Das Raffinat (R2) enthält das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das polare Lösungsmittel und wird als Strom 53c der ersten Destillationsvorrichtung 11-4 zugeführt. Das Extrakt (E2) enthält das tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators und wird als Strom 61 zum Hydrierreaktor I-4 rückgeführt. In the extraction unit VI-4, a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained. The raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 53c to the first distillation apparatus 11-4. The extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 61 to the hydrogenation reactor I-4.
Dem Strom 53c wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 54 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung I I-4 wird das Raffinat (R2) aufgetrennt in ein Destillat (D1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, das als Strom 55 zum Hydrierreaktor I-4 rückgeführt wird, und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ). The current 53c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 54. In the first distillation apparatus I I-4, the raffinate (R 2) is separated into a distillate (D 1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 55 to the hydrogenation reactor I-4, and into a biphasic sump mixture (S 1).
Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 56a der zweiten Phasentrennvornchtung VI I-4 zugeführt. In der zweiten Phasentrennvornchtung VII-4 wird das Sumpfgemisch (S1 ) aufgetrennt in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2). Die Oberphase (02) wird aus der zweiten Phasentrennvornchtung VI I-4 als Strom 56c zur Extraktionseinheit VI-4 rückgeführt. Die Unterphase (U2) wird als Strom 56b der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 zugeführt. The bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor. The bottoms mixture (S1) is fed as stream 56a to the second phase separation VI I-4. In the second phase separation device VII-4, the bottom mixture (S1) is separated into the upper phase (02) and the lower phase (U2). The upper phase (02) is recycled from the second phase separator VI I-4 as stream 56c to the extraction unit VI-4. The lower phase (U2) is supplied as stream 56b to the second distillation device IV-4.
Das in der Unterphase (U2) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 werden ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U2) is cleaved in the second distillation apparatus IV-4 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-4, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 59 aus der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 58 zur dritten Phasentrennvornchtung 111-4 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 59 from the second distillation device IV-4. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 58 to the third phase separation 111-4 of the thermal splitting unit recycled.
In der dritten Phasentrennvornchtung 111-4 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S2) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). In the third phase separation device 111-4 of the thermal cleavage unit, the bottom mixture (S2) is separated to obtain a top phase (03) comprising the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
Die Oberphase (03) wird aus der dritten Phasentrennvornchtung I I I-4 als Strom 60 zur Extraktionseinheit VI-4 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 57 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-4 werden dann wie vorstehend ausgeführt erneut ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The upper phase (03) is recycled from the third phase separation device I I I-4 as stream 60 to the extraction unit VI-4. The lower phase (U3) is supplied as stream 57 to the second distillation device IV-4 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-4 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-4, as stated above, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are again obtained.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 werden ein Strom 71 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 72 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor I-5 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor I-5 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen. In the embodiment according to FIG. 5, a stream 71 containing carbon dioxide and a stream 72 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-5. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-5 further streams (not shown) to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or the catalyst occurring.
Im Hydrierreaktor I-5 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the hydrogenation reactor I-5, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a biphasic hydrogenation mixture (H) is obtained which has a top phase (01) containing the catalyst and the tertiary amine (A1) and a Subphase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2).
Das Hydriergemisch (H) wird als Strom 73a einer ersten Phasentrennvorrichtung V-5 zugeführt. In der ersten Phasentrennvorrichtung V-5 wird das Hydriergemisch (H) in der Oberphase (01 ) und die Unterphase (U 1 ) getrennt. The hydrogenation mixture (H) is supplied as stream 73a to a first phase separation device V-5. In the first phase separation device V-5, the hydrogenation mixture (H) in the upper phase (01) and the lower phase (U 1) is separated.
Die Oberphase (01 ) wird als Strom 82 zum Hydrierreaktor I-5 rückgeführt. Die Unterphase (U 1 ) wird als Strom 73b der Extraktionseinheit VI-5 zugeführt. Darin wird die Unterphase (U 1 ) mit dem tertiären Amin (A1 ) extrahiert, das als Strom 80 (Oberphase (03)) aus der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit zur Extraktionseinheit VI-5 rückgeführt wird. The upper phase (01) is recycled as stream 82 to the hydrogenation reactor I-5. The lower phase (U 1) is supplied as stream 73b of the extraction unit VI-5. Therein, the lower phase (U 1) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 80 (upper phase (03)) from the third phase separator of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-5.
In der Extraktionseinheit VI-5 werden ein Raffinat (R2) und ein Extrakt (E2) erhalten. Das Raffinat (R2) enthält das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das polare Lösungsmittel und wird als Strom 73c der ersten Destillationsvorrichtung 11-5 zugeführt. Das Extrakt (E2) enthält das tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des Katalysators und wird als Strom 81 zum Hydrierreaktor I-5 rückgeführt. In the extraction unit VI-5, a raffinate (R2) and an extract (E2) are obtained. The raffinate (R2) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 73c to the first distillation device 11-5. The extract (E2) contains the tertiary amine (A1) and the residues of the catalyst and is recycled as stream 81 to the hydrogenation reactor I-5.
Dem Strom 73c wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 74 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung I I-5 wird das Raffinat (R2) aufgetrennt in ein wasserreiches Destillat (D1 wr), ein wasserarmes Destillat (D1wa) und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ). Das wasserreiche Destillat (D1 wr) wird als Strom 83 dem Strom 73a zugeführt. Das wasserarme Destillat (D1 wa) wird als Strom 75 zum Hydrierreaktor I-5 rückgeführt. Die Ausführungsform gemäß Figur 5 setzt dabei voraus, das als polares Lösungsmittel ein Gemisch aus einem oder mehreren Alkoholen mit Wasser eingesetzt wird. The current 73c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 74. In the first distillation apparatus I I-5, the raffinate (R 2) is separated into a water-rich distillate (D 1 wr), a low-water distillate (D 1wa) and a biphasic bottom mixture (S1). The water-rich distillate (D1 wr) is supplied as stream 83 to the stream 73a. The low-water distillate (D1 wa) is recycled as stream 75 to the hydrogenation reactor I-5. The embodiment according to FIG. 5 presupposes that the polar solvent used is a mixture of one or more alcohols with water.
Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. The bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 76 der dritten Phasentrennvorrichtung I I I-5 der thermischen Spalteinheit zugeführt. The sump mixture (S1) is fed as stream 76 to the third phase separator I I I-5 of the thermal splitting unit.
In der dritten Phasentrennvorrichtung I II-5 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S1 ) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). Die Oberphase (03) wird als Strom 80 zur Extraktionseinheit IV-5 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 77 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-5 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-5 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-5 werden ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. In the third phase separation device I II-5 of the thermal cleavage unit, the bottom mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2). The upper phase (03) is recycled as stream 80 to the extraction unit IV-5. The lower phase (U3) is supplied as stream 77 to the second distillation device IV-5 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-5 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-5, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 79 aus der Destillationsvorrichtung IV-5 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 78 zur dritten Phasentrennvornchtung I I I-5 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. Das Sumpfgemisch (S2) wird in der dritten Phasentrennvornchtung I I I-5 aufgetrennt. Die Oberphase (03) wird als Strom 80 zu der Extraktionseinheit VI-5 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 77 zu der zweiten Destillationsvorrichtung IV-5 rückgeführt. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 79 from the distillation apparatus IV-5. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 78 to the third phase separation II I-5 recycled thermal splitting unit. The sump mixture (S2) is separated in the third phase separation device I I I-5. The upper phase (03) is recycled as stream 80 to the extraction unit VI-5. The lower phase (U3) is recycled as stream 77 to the second distillation device IV-5.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 werden ein Strom 91 enthaltend Kohlendioxid und ein Strom 92 enthaltend Wasserstoff einem Hydrierreaktor I-6 zugeführt. Es ist möglich, dem Hydrierreaktor I-6 weitere Ströme (nicht eingezeichnet) zuzuführen, um gegebenenfalls auftretende Verluste des tertiären Amins (A1 ) oder des Katalysators auszugleichen. In the embodiment according to FIG. 6, a stream 91 containing carbon dioxide and a stream 92 containing hydrogen are fed to a hydrogenation reactor I-6. It is possible to supply the hydrogenation reactor I-6 with further streams (not shown) in order to compensate for any losses of the tertiary amine (A1) or of the catalyst which may occur.
Im Hydrierreaktor I-6 werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Gegenwart eines tertiären Amins (A1 ), eines polaren Lösungsmittels und eines Katalysators enthaltend mindestens ein Element aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems umgesetzt. Hierbei wird ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, das eine Oberphase (01 ) enthaltend den Katalysator und das tertiäre Amin (A1 ) und eine Unterphase (U 1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, Reste des Katalysators und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) enthält. In the hydrogenation reactor I-6, carbon dioxide and hydrogen are reacted in the presence of a tertiary amine (A1), a polar solvent and a catalyst containing at least one element from Groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table. In this case, a two-phase hydrogenation mixture (H) is obtained which has an upper phase (01) comprising the catalyst and the tertiary amine (A1) and a lower phase (U 1) containing the polar solvent, residues of the catalyst and the formic acid-amine adduct (A2 ) contains.
Das Hydriergemisch (H) wird als Strom 93a der Extraktionseinheit VI-6 zugeführt. Darin wird das Hydriergemisch (H) mit dem tertiären Amin (A1 ) extrahiert, das als Strom 100 (Oberphase (03)) aus der dritten Phasentrennvornchtung I II-6 der thermischen Spalteinheit zur Extraktionseinheit VI-6 rückgeführt wird. In der Extraktionseinheit VI-6 werden ein Raffinat (R1 ) und ein Extrakt (E1 ) erhalten. Das Raffinat (R1 ) enthält das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das polare Lösungsmittel und wird als Strom 93c der ersten Destillationsvorrichtung I I-6 zugeführt. Das Extrakt (E1 ) enthält das tertiäre Amin (A1 ) und den Katalysator und wird als Strom 101 zum Hydrierreaktor I-6 rückgeführt. The hydrogenation mixture (H) is fed as stream 93a to the extraction unit VI-6. In it, the hydrogenation mixture (H) is extracted with the tertiary amine (A1), which is recycled as stream 100 (upper phase (03)) from the third phase separation device I II-6 of the thermal splitting unit to the extraction unit VI-6. In the extraction unit VI-6, a raffinate (R1) and an extract (E1) are obtained. The raffinate (R1) contains the formic acid-amine adduct (A2) and the polar solvent and is supplied as stream 93c to the first distillation apparatus I I-6. The extract (E1) contains the tertiary amine (A1) and the catalyst and is recycled as stream 101 to the hydrogenation reactor I-6.
Dem Strom 93c wird kontinuierlich oder diskontinuierlich der Inhibitor als Strom 94 zugegeben. In der ersten Destillationsvorrichtung I I-6 wird das Raffinat (R1 ) aufgetrennt in ein Destillat (D1 ) enthaltend das polare Lösungsmittel, das als Strom 95 zum Hydrierreaktor I-6 rückgeführt wird, und in ein zweiphasiges Sumpfgemisch (S1 ). Das Sumpfgemisch (S1 ) enthält eine Oberphase (02), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2), inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält. The current 93c is added continuously or discontinuously to the inhibitor as stream 94. In the first distillation apparatus I I-6, the raffinate (R1) is separated into a distillate (D1) containing the polar solvent, which is recycled as stream 95 to the hydrogenation reactor I-6, and into a biphasic mixture (S1). The bottoms mixture (S1) contains an upper phase (02) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the formic acid-amine adduct (A2), inhibited residues of the catalyst and the inhibitor.
Das Sumpfgemisch (S1 ) wird als Strom 96 der dritten Phasentrennvornchtung I I I-6 der thermischen Spalteinheit zugeführt. In der dritten Phasentrennvornchtung 111-6 der thermischen Spalteinheit wird das Sumpfgemisch (S1 ) aufgetrennt, unter Erhalt einer Oberphase (03) enthaltend das tertiäre Amin (A1 ) und einer Unterphase (U3) enthaltend inhibierte Reste des Katalysators, den Inhibitor und das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2). The sump mixture (S1) is supplied as stream 96 to the third phase separation device I I I-6 of the thermal splitting unit. In the third phase separation device 111-6 of the thermal cleavage unit, the bottom mixture (S1) is separated to obtain an upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing inhibited residues of the catalyst, the inhibitor and the formic acid Amine adduct (A2).
Die Oberphase (03) wird als Strom 100 zur Extraktionseinheit VI-6 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 97 der zweiten Destillationsvorrichtung IV-6 der thermischen Spalteinheit zugeführt. Das in der Unterphase (U3) enthaltene Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wird in der zweiten Destillationsvorrichtung IV-6 in Ameisensäure und freies tertiäres Amin (A1 ) gespalten. In der zweiten Destillationsvorrichtung IV-6 werden ein Destillat (D2) und ein Sumpfgemisch (S2) erhalten. The upper phase (03) is recycled as stream 100 to the extraction unit VI-6. The lower phase (U3) is supplied as stream 97 to the second distillation device IV-6 of the thermal splitting unit. The formic acid-amine adduct (A2) present in the lower phase (U3) is cleaved in the second distillation apparatus IV-6 into formic acid and free tertiary amine (A1). In the second distillation apparatus IV-6, a distillate (D2) and a bottoms mixture (S2) are obtained.
Das Destillat (D2) enthaltend Ameisensäure wird als Strom 99 aus der Destillationsvorrichtung IV-6 ausgeschleust. Das zweiphasige Sumpfgemisch (S2) enthaltend die Oberphase (03), die das tertiäre Amin (A1 ) enthält, und die Unterphase (U3), die das Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) inhibierte Reste des Katalysators und den Inhibitor enthält, wird als Strom 98 zur dritten Phasentrennvornchtung I I I-6 der thermischen Spalteinheit rückgeführt. Das Sumpfgemisch (S2) wird in der dritten Phasentrennvornchtung I II-6 aufgetrennt. Die Oberphase (03) wird als Strom 100 zur Extraktionseinheit VI-6 rückgeführt. Die Unterphase (U3) wird als Strom 97 zu der zweiten Destillationsvorrichtung IV-6 rückgeführt. The distillate (D2) containing formic acid is discharged as stream 99 from the distillation device IV-6. The biphasic bottoms mixture (S2) containing the upper phase (03) containing the tertiary amine (A1) and the lower phase (U3) containing the formic acid-amine adduct (A2) inhibited residues of the catalyst and the inhibitor is referred to as Stream 98 to the third phase separation II I-6 of the thermal cleavage unit recycled. The bottom mixture (S2) is separated in the third phase separation device II-6. The upper phase (03) is called current 100 to Extraction unit VI-6 recycled. The lower phase (U3) is recycled as stream 97 to the second distillation device IV-6.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen sowie einer Zeichnung näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and a drawing.
Beispiele Erfindungsgemäße Beispiele A-1 bis A-17 (Hydrierung und Phasentrennung, Aufarbeitung des Austrages aus dem Hydrierreaktor) EXAMPLES Inventive Examples A-1 to A-17 (Hydrogenation and Phase Separation, Workup of the Output from the Hydrogenation Reactor)
Ein 250 ml_ Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Magnetrührstab, wurde unter Inertbedingungen mit tertiärem Amin (A1 ), polarem Lösungsmittel und homogenem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (700 U/min) erwärmt. Nach der gewünschten Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Es wurde - sofern nicht anders vermerkt - ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, wobei die obere Phase (01 ) mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U 1 ) mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) angereichert war. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wurde durch Titration mit 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Daraus wurden die Turnover Frequency (=TOF; zur Definition der TOF siehe: J.F. Hartwig, Organotransition Metal Chemistry, 1 . Auflage, 2010, Universtiy Science Books, Sausalito/California S.545) und die Reaktionsrate berechnet. Die Zusammensetzung der beiden Phasen wurde durch Gaschromatographie bestimmt. Der Rutheniumgehalt wurde per Atomadsorptionsspektroskopie (=AAS) bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1 .1 bis 1 .5 wiedergegeben. A 250 ml Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stir bar was charged under inert conditions with tertiary amine (A1), polar solvent and homogeneous catalyst. The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 . Subsequently, H 2 was pressed in and the reactor was heated with stirring (700 rpm). After the desired reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. Unless otherwise stated, a two-phase hydrogenation mixture (H) was obtained, the upper phase (01) containing the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) containing the polar solvent and the formic acid-amine adduct (A2) formed was enriched. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator and the Turnover Frequency (= TOF; : JF Hartwig, Organotransition Metal Chemistry, 1st Edition, 2010, Universtiy Science Books, Sausalito, Calif., P.545) and the reaction rate The composition of the two phases was determined by gas chromatography and the ruthenium content was determined by atomic adsorption spectroscopy (= AAS) The parameters and results of the individual experiments are given in Tables 1 .1 to 1 .5.
Die Beispiele A-1 bis A-17 zeigen, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren selbst unter Variation des tertiären Amins (A1 ), des polaren Lösungsmittels, des Katalysators hinsichtlich der Liganden und der Metallkomponente, der Menge des Katalysators, sowie der zugegebenen Wassermenge hohe bis sehr hohe Reaktionsraten von bis zu 0,98 mol kg-1 r1 erzielt werden. Alle untersuchten Systeme bildeten zwei Phasen, wobei die obere Phase (01 ) jeweils mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U 1 ) jeweils mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) angereichert war. Tabelle 1.1 Examples A-1 to A-17 show that in the process according to the invention even with variation of the tertiary amine (A1), the polar solvent, the catalyst with respect to the ligands and the metal component, the amount of catalyst, and the amount of water added high to very high reaction rates of up to 0.98 mol kg -1 r 1 can be achieved. All investigated systems formed two phases, the upper phase (01) in each case with the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) in each case with the polar solvent and the formed formic acid-amine adduct (A2) was enriched. Table 1.1
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Tabelle 1.2 Table 1.2
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Tabelle 1.3 Table 1.3
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Tabelle 1.4 Table 1.4
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Tabelle 1.5 Table 1.5
Beispiel A-17  Example A-17
Tertiäres Amin (A1 ) 75 g Trihexylamin Tertiary amine (A1) 75 g trihexylamine
Polares Lösungsmittel 25.0 g 1-Propanol (eingesetzt) 8.0 g WasserPolar solvent 25.0 g 1-Propanol (used) 8.0 g water
Katalysator 0.16 g [Ru(PnOct3)4(H)2], 0.08 g Catalyst 0.16 g [Ru (P n Oct 3 ) 4 (H) 2 ], 0.08 g
1 ,2- 1, 2
Bis(dicyclohexylphosphino)ethanethane bis (dicyclohexylphosphino)
Aufpressen von C02 Mit 20.3 g auf 2.5 MPa absPressing on C0 2 With 20.3 g on 2.5 MPa abs
Aufpressen von H2 Auf 10.5 MPa absPressing on H 2 to 10.5 MPa abs
Erwärmen Auf 50°C Heating to 50 ° C
Druckänderung Auf 1 1.4 MPa abs Pressure change to 1 1.4 MPa abs
Reaktionszeit 2 Stunden Reaction time 2 hours
Besonderheit - Special feature -
Oberphase (01 ) 37.1 g Upper phase (01) 37.1 g
2.6 % Wasser 3.9 % 1-Propanol 93.5 % Trihexylamin 2.6% water 3.9% 1-propanol 93.5% trihexylamine
Unterphase (U 1 ) 74.5 g Lower phase (U 1) 74.5 g
6.2 % Ameisensäure 6.2% formic acid
9.4 % Wasser 31.5 % 1-Propanol 52.9 % Trihexylamin9.4% water 31.5% 1-propanol 52.9% trihexylamine
KRu (CRu Oberphase (01 ) / 3.9 K Ru (C Ru Upper Phase (01) / 3.9
cRu Unterphase (U 1 )) c Ru subphase (U 1))
TOF 437 h 1 TOF 437 h 1
Reaktionsrate 0.45 mol kg 1 h 1 Reaction rate 0.45 mol kg 1 h 1
Beispiele A-18 bis A-21 (Hydrierung mit Diolen und Methanol als Lösungsmittel) Examples A-18 to A-21 (hydrogenation with diols and methanol as solvent)
Ein 100 mL bzw. 250 mL Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Blatt- oder Magnetrührer, wurde unter Inertbedingungen mit dem tertiären Amin (A1 ), polarem Lösungsmittel und dem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur wurden C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (700-1000 U/min) erwärmt. Nach der Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Nach der Reaktion wurde zum Reaktionsaustrag ggf. Wasser zugegeben und 10 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Es wurde ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, wobei die obere Phase (01 ) mit dem tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U1 ) mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) angereichert war. Die Phasen wurden anschließend getrennt und der Ameisensäuregehalt der Unterphase (U1 ) bestimmt. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"- Titrator bestimmt.. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in der Tabelle 1.1 A 100 mL or 250 mL Hastelloy C autoclave equipped with a paddle or magnetic stirrer was charged under inert conditions with the tertiary amine (A1), polar solvent and catalyst. Subsequently, the autoclave was sealed and C0 2 were pressed at room temperature. Subsequently, H 2 was pressed in and the reactor was heated with stirring (700-1000 rpm). After the reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. After the reaction, water was optionally added to the reaction and stirred for 10 minutes at room temperature. A biphasic hydrogenation mixture (H) was obtained in which the upper phase (01) with the tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U1) with the polar solvent and the formic acid-amine adduct formed (A2 ) was enriched. The phases were then separated and the formic acid content of the lower phase (U1) was determined. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator. The parameters and results of the individual experiments are shown in Table 1.1
Die Beispiele A-18 bis A-21 zeigen, dass sich unter vergleichbaren Bedingungen unter Einsatz von Methanol-Wasser-Gemischen als polares Lösungsmittel höhere Ameisensäurekonzentrationen in der Unterphase erzielen lassen im Vergleich zu Diolen als polares Lösungsmittel. Examples A-18 to A-21 show that under comparable conditions using methanol-water mixtures as the polar solvent higher formic acid concentrations in the lower phase can be achieved compared to diols as the polar solvent.
Tabelle 1.6Table 1.6
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Beispiel B-1 bis B-3 (Extraktion des Katalysators) Example B-1 to B-3 (Extraction of Catalyst)
Ein 100 ml_ Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Blattrührer, wurde unter Inertbedingungen mit dem tertiären Amin (A1 ), polaren Lösungsmittel und dem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur wurden C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (1000 U/min) erwärmt. Nach der Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Es wurde ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, wobei die obere Phase (01 ) mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U 1 ) mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) angereichert war. Die Unterphase (U 1 ) wurde abgetrennt und unter Inertbedingungen dreimal mit der gleichen Menge (Masse an Amin entspricht der Masse der Unterphase (U 1 )) frischem tertiären Amin (A1 ) (10 Minuten bei Raumtemperatur rühren und anschließend Phasen trennen) zur Katalysatorextraktion versetzt. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wurde durch Titration mit 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Der Rutheniumgehalt wurde per AAS-bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1 .6 wiedergegeben. A 100 ml Hastelloy C autoclave equipped with a paddle stirrer was charged under inert conditions with the tertiary amine (A1), polar solvent and the catalyst. Subsequently, the autoclave was sealed and C0 2 were pressed at room temperature. Subsequently, H 2 was pressed on and the reactor was heated with stirring (1000 rpm). After the reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. A biphasic hydrogenation mixture (H) was obtained, the upper phase (01) containing the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) containing the polar solvent and the formic acid amine formed. Adduct (A2) was enriched. The lower phase (U 1) was separated and added under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase (U 1)) fresh tertiary amine (A1) (10 minutes at room temperature and then separate phases) added to the catalyst extraction , The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator The ruthenium content was determined by AAS The parameters and results of the individual Experiments are shown in Table 1 .6.
Die Beispiele B-1 bis B-3 zeigen, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren sich mit tertiärem Amin (A1 ), welches im Verfahrensschritt (e) erhalten wird, die Menge an Rutheniumkatalysator in der Unterphase (U 1 ) extraktiv verringern lässt. Durch weitere Extraktionsschritte bzw. eine kontinuierliche Gegenstromextraktion ließe sich dieser Wert weiter absenken. Examples B-1 to B-3 show that in the process according to the invention tertiary amine (A1) obtained in process step (e) can be used to extractively reduce the amount of ruthenium catalyst in the lower phase (U 1). By further extraction steps or a continuous countercurrent extraction, this value could be lowered further.
Tabelle 1.7 Table 1.7
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Erfindungsgemäße Beispiele C-1 bis C-16 (Hydrierung und Phasentrennung, Zugabe von Wasser nach der Reaktion;) Ein 250 ml_ Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Magnetrührstab, wurde unter Inertbedingungen mit tertiärem Amin (A1 ), polarem Lösungsmittel und homogenem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (700 U/min) erwärmt. Nach der gewünschten Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Es wurde - sofern nicht anders vermerkt - nach der Wasserzugabe ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, wobei die Oberphase (01 ) mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die Unterphase (U 1 ) mit dem polaren Lösungsmittel, Wasser und den gebildeten Ameisensäure-Amin-Addukten (A2) angereichert war. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Daraus wurden die Turnover Frequency (=TOF; zur Definition der TOF siehe: J.F. Hartwig, Organotransition Metal Chemistry, 1 . Auflage, 2010, Universtiy Science Books, Sausalito/California S.545) sowie die Reaktionsrate berechnet. Der Rutheniumgehalt wurde per Atom-Absorptions-Spektroskopie bestimmt. Die Zusammensetzung der beiden Phasen wurde durch Gaschromatographie sowie Protonen-NMR-Spektroskopie bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1 .7 bis 1 .1 1 wiedergegeben. Bei den Ausführungsformen in den Versuchen C-1 - bis C-16 liegen nach der Reaktion ungünstige Ru-Verteilungskoeffizienten kRu vor. Die Produktphase, Strom (3,13a), 33a), 53 a), 73a), 93 a)) wurde deshalb anschließend mit Wasser versetzt, wobei sich ein zweiphasiges Gemisch bildete, wobei die Oberphase (01 ) hauptsächlich aus Amin und dem Alkohol und die Unterphase (U 1 ) aus den Ameisensäure-Amin-Addukten (A2), dem Alkohol und Wasser bestand, wobei sich durch die Wasserzugabe verbesserte Ru-Verteilungskoeffizienten zwischen diesen beiden Phasen einstellten. Bei den Ausführungsformen in den Vergleichsversuchen zu C3, C7 und C15 (Versuchen C-17 bis C-19 in Tabelle 1 .12) wurde die gesamte Menge an Wasser schon bei der Reaktion zugegeben. Hier lässt sich klar erkennen, das bei hier eingesetzten Lösungsmitteln und Katalysatoren die Zugabe dieser Wassermenge bei der Hydrierung zu schlechteren Rutheniumverteilungskoeffizienten nach der Reaktion und/oder niedrigeren Reaktionsraten führt. Tabelle 1.8 Inventive Examples C-1 to C-16 (Hydrogenation and Phase Separation, Addition of Water after Reaction;) A 250 ml Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stir bar was placed under inert conditions with tertiary amine (A1), polar solvent, and homogeneous catalyst filled. The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 . Subsequently, H 2 was pressed in and the reactor was heated with stirring (700 rpm). After the desired reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. Unless otherwise stated, after the addition of water, a two-phase hydrogenation mixture (H) was obtained, the upper phase (01) containing the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) containing the polar solvent , Water and the formed formic acid-amine adducts (A2) was enriched. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically with a "Mettler Toledo DL50" titrator, and the Turnover Frequency (= TOF, for the definition of TOF see : JF Hartwig, Organotransition Metal Chemistry, 1st Edition, 2010, Universtiy Science Books, Sausalito / California, p.545) and the reaction rate was determined by atomic absorption spectroscopy and the composition of the two phases was determined by gas chromatography The parameters and results of the individual experiments are reproduced in Tables 1 .7 to 1 .1 1. In the embodiments in Experiments C-1 to C-16, unfavorable Ru distribution coefficients k are present after the reaction Ru before. the product phase current (3,13a), 33a), 53a), 73a), 93 a)) was, therefore, then mixed with water to give a two-phase mixture formed, the upper phase (0 1) consisted mainly of amine and the alcohol and the lower phase (U 1) of the formic acid-amine adducts (A2), the alcohol and water, which were adjusted by the addition of water improved Ru distribution coefficients between these two phases. In the embodiments in the comparative experiments for C3, C7 and C15 (experiments C-17 to C-19 in Table 1 .12), the entire amount of water was already added in the reaction. Here it can be clearly seen that in the case of solvents and catalysts used here, the addition of this amount of water in the hydrogenation leads to inferior ruthenium partitioning coefficients after the reaction and / or lower reaction rates. Table 1.8
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Tabelle 1.9 Table 1.9
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Tabelle 1.10 Table 1.10
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Tabelle 1.11 Table 1.11
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Tabelle 1.12 Table 1.12
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Tabelle 1.13: Vergleichsversuche - Wasserzugabe bei der Reaktion Table 1.13: Comparative Experiments - Addition of Water in the Reaction
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Beispiel D1 -D4 (Extraktion des Katalysators); Example D1-D4 (extraction of the catalyst);
Ein 100 ml_ Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Blattrührer, wurde unter Inertbedingungen mit dem tertiären Amin (A1 ), polaren Lösungsmittel und dem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur wurden C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (1000 U/min) erwärmt. Nach der Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Nach der Reaktion wurde zum Reaktionsaustrag Wasser gegeben und 10 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Es wurde ein zweiphasiges Hydriergemisch (H) erhalten, wobei die obere Phase (01 ) mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U 1 ) mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure- Amin-Addukt (A2) angereichert war. Die Unterphase (U 1 ) wurde abgetrennt und unter Inertbedingungen dreimal mit der gleichen Menge (Masse an Amin entspricht der Masse der Unterphase) frischem Trialkylamin (10 Minuten bei Raumtemperatur rühren und anschließend Phasen trennen). Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure/Amin-Addukt wurde durch Titration mit 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Der Rutheniumgehalt wurde per AAS-bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1 .13 wiedergegeben. A 100 ml Hastelloy C autoclave equipped with a paddle stirrer was charged under inert conditions with the tertiary amine (A1), polar solvent and the catalyst. Subsequently, the autoclave was sealed and C0 2 were pressed at room temperature. Subsequently, H 2 was pressed on and the reactor was heated with stirring (1000 rpm). After the reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. After the reaction, water was added to the reaction effluent and stirred at room temperature for 10 minutes. A biphasic hydrogenation mixture (H) was obtained, the upper phase (01) containing the free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) containing the polar solvent and the formic acid amine formed. Adduct (A2) was enriched. The lower phase (U 1) was separated and stirred under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase) of fresh trialkylamine (stir for 10 minutes at room temperature and then separate phases). The total content of formic acid in the formic acid / amine adduct was determined potentiometrically by titration with 0.1 N KOH in MeOH using a "Mettler Toledo DL50" titrator The ruthenium content was determined by AAS The parameters and results of the individual experiments are in Table 1 .13 reproduced.
Die Beispiele D-1 bis D-4 zeigen, dass sich durch Variation des Katalysators und der zugegebenen Wassermenge bei der Bildung von Ameisensäure das Ruthenium in der Produktphase auf Werte von bis zu unter einem ppm Ruthenium abreichern lässt. Examples D-1 to D-4 show that by varying the catalyst and the amount of water added in the formation of formic acid, the ruthenium in the product phase can be depleted to levels below one ppm ruthenium.
Tabelle 1.14 Table 1.14
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Beispiel E1 -E9 (Wiederverwendung des Katalysators und Katalysatorextraktion); Example E1 -E9 (Reuse of Catalyst and Catalyst Extraction);
Ein 100 ml_ Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Blattrührer, wurde unter Inertbedingungen mit dem tertiären Amin (A1 ), polaren Lösungsmittel und dem Katalysator befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur wurden C02 aufgepresst. Nachfolgend wurde H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (1000 U/min) erwärmt. Nach der Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Nach der Reaktion wurde zum Reaktionsaustrag Wasser gegeben und 10 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Es wurde ein zweiphasiges Produktgemisch erhalten, wobei die obere Phase (01 ) mit dem noch freien tertiären Amin (A1 ) und dem homogenen Katalysator, und die untere Phase (U 1 ) mit dem polaren Lösungsmittel und dem gebildeten Ameisensäure-Amin- Addukt (A2) angereichert war. Die Phasen wurden anschließend getrennt der Ameisensäuregehalt der Unterphase (U 1 ) sowie der Rutheniumgehalt beider Phasen nach den unten beschriebenen Methoden bestimmt. Die Oberphase (01 ), enthaltend Rutheniumkatalysator, wurde dann mit frischem tertiärem Amin (A1 ) auf 37.5 g ergänzt und mit dem gleichen Lösungsmittel unter den gleichen Reaktionsbedingungen wie zuvor erneut zur C02-Hydrierung eingesetzt. Nach vollendeter Reaktion und Wasserzugabe wurde die Unterphase (U 1 ) abgetrennt und unter Inertbedingungen dreimal mit der gleichen Menge (Masse an Amin entspricht der Masse der Unterphase) frischem tertiären Amin (A1 ) (10 Minuten bei Raumtemperatur rühren und anschließend Phasen trennen) zur Katalysatorextraktion versetzt. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) wurde durch Titration mit 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Der Rutheniumgehalt wurde per AAS-bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in den Tabellen 1 .14 bis 1 .19 wiedergegeben. A 100 ml Hastelloy C autoclave equipped with a paddle stirrer was charged under inert conditions with the tertiary amine (A1), polar solvent and the catalyst. Subsequently, the autoclave was sealed and C0 2 were pressed at room temperature. Subsequently, H 2 was pressed on and the reactor was heated with stirring (1000 rpm). After the reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) was depressurized. After the reaction, water was added to the reaction effluent and stirred at room temperature for 10 minutes. There was obtained a two-phase product mixture, wherein the upper phase (01) with the still free tertiary amine (A1) and the homogeneous catalyst, and the lower phase (U 1) with the polar solvent and the formed formic acid-amine adduct (A2 ) was enriched. The phases were then separately determined the formic acid content of the lower phase (U 1) and the ruthenium content of both phases by the methods described below. The upper phase (01) containing ruthenium catalyst was then supplemented with fresh tertiary amine (A1) to 37.5 g and used again with the same solvent under the same reaction conditions as previously for C0 2 hydrogenation. After completion of the reaction and addition of water, the lower phase (U 1) was separated and under inert conditions three times with the same amount (mass of amine corresponds to the mass of the lower phase) fresh tertiary amine (A1) (10 minutes at room temperature stirring and then separate phases) for catalyst extraction added. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A2) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator The ruthenium content was determined by AAS The parameters and results of the individual Experiments are shown in Tables 1 .14 to 1 .19.
Die Beispiele E-1 bis E-9 zeigen, dass sich durch Variation des Katalysators, der zugegebenen Wassermenge (sowohl vor als auch nach der Reaktion) und der Reaktionsbedingungen der aktive Katalysator wieder für die C02-Hydrierung einsetzten lässt und sich das Ruthenium in der Produktphase mit nur einmaliger Extraktion bis auf 2 ppm abreichern lässt. Tabelle 1.15 Examples E-1 to E-9 show that by varying the catalyst, the amount of water added (both before and after the reaction) and the reaction conditions, the active catalyst can be used again for the C0 2 hydrogenation and the ruthenium in deplete the product phase down to 2 ppm with only one extraction. Table 1.15
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Tabelle 1.16 Table 1.16
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Tabelle 1.17 Table 1.17
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Tabelle 1.18 Table 1.18
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Tabelle 1.19 Table 1.19
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Tabelle 1.20 Table 1.20
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Beispiele F1 -F4 (Thermische Abtrennung des polaren Lösungsmittels von den Trialkylamin-Solvent-Ameisensäuregemischen, welche nach der Extraktion als Produktphase vorliegen); - Examples F1-F4 (Thermal Separation of the Polar Solvent from the Trialkylamine-Solvent-Formic Acid Mixtures Present as a Product Phase After Extraction); -
Alkohol und Wasser werden von der Produktphase (enthält das Ameisensäure-Amin- Addukt; Unterphase (U1 ), Raffinat (R1 ) oder Raffinat (R2)) unter vermindertem Druck mittels eines Rotationsverdampfers abdestilliert. Im Sumpf entsteht ein zweiphasiges Gemisch (Trialkylamin- und Ameisensäure-Amin-Addukt-Phase; Sumpfgemisch (S1 )), die beiden Phasen werden getrennt und der Ameisensäuregehalt der Unterphase (U2) wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Der Amin- und Alkoholgehalt wird durch Gaschromatographie bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1.20 wiedergegeben. Alcohol and water are distilled off from the product phase (containing the formic acid-amine adduct, lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)) under reduced pressure using a rotary evaporator. In the bottom a biphasic mixture (trialkylamine and formic acid-amine adduct phase, bottom mixture (S1)), the two phases are separated and the formic acid content of the lower phase (U2) by potentiometric titration with 0.1 N KOH in MeOH with The amine and alcohol content are determined by gas chromatography and the parameters and results of the individual experiments are given in Table 1.20.
Die Beispiele F-1 bis F-4 zeigen, dass sich beim erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene polare Lösungsmittel unter milden Bedingungen von der Produktphase (Unterphase (U1 ); Raffinat (R1 ) oder Raffinat (R2)) abtrennen lassen, wobei eine ameisensäurereichere Unterphase (U2) sowie eine Oberphase (02), bestehend überwiegend aus tertiärem Amin, anfällt. Examples F-1 to F-4 show that in the process according to the invention, various polar solvents can be separated under mild conditions from the product phase (lower phase (U1), raffinate (R1) or raffinate (R2)), a lower phase containing lower U2 (U2 ) and an upper phase (02), consisting predominantly of tertiary amine, is obtained.
Tabelle 1.21 Table 1.21
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Beispiele G1 und G2 (Thermische Abtrennung des polaren Lösungsmittels von den Trialkylamin-Solvent-Ameisensäuregemischen und Spaltung des Ameisensäure-Amin- Adduktes) Alkohol und Wasser werden von der Produktphase (enthält das Ameisensäure-Amin- ddukt; Unterphase (U 1 ), Raffinat (R1 ) oder Raffinat (R2)) unter vermindertem Druck mittels eines Rotationsverdampfers abdestilliert. Im Sumpf entsteht ein zweiphasiges Gemisch (Trialkylamin- und Ameisensäure-Amin-Addukt-Phase; Sumpfgemisch (S1 )) und die beiden Phasen werden getrennt. Die Zusammensetzung des Destillates (enthaltend den Großteil des Methanols sowie des Wassers; Destillat (D1 )), der Oberphase (enthaltend das freie Trialkylamin; Oberphase (02)) und der Unterphase (enthaltend das Ameisensäure-Amin-Addukt; Unterphase (U2)) wurde durch Gaschromatographie und durch Titration der Ameisensäure gegen 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Die Ameisensäure wird dann aus der Unterphase (U2) aus dem ersten Schritt in einer Vakuumdestillationsapparatur über eine 10 cm Vigreuxkolonne thermisch vom tertiären Amine (A2) abgespalten. Dabei wird nach vollständiger Abspaltung der Ameisensäure ein einphasiger Sumpf (S2), bestehend aus dem reinen tertiären Amin (A2) erhalten, welches zur Extraktion des Katalysators und Rückführung in die Hydrierung eingesetzt werden kann. Im Destillat (D2) findet sich die Ameisensäure, sowie Restwasser. Die Zusammensetzung des Sumpfes (S2) sowie des Destillates wurde durch Gaschromatographie und durch Titration der Ameisensäure mit gegen 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem „Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt. Die Parameter und Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in Tabelle 1 .21 wiedergegeben. Examples G1 and G2 (Thermal Separation of the Polar Solvent from the Trialkylamine Solvent-Formic Acid Mixtures and Cleavage of the Formic Acid-Amine Adduct) Alcohol and water are separated from the product phase (containing the formic acid amine subduct (U 1), raffinate ( R1) or raffinate (R2)) distilled off under reduced pressure by means of a rotary evaporator. A biphasic mixture is formed in the bottom (trialkylamine and formic acid-amine adduct phase, bottom mixture (S1)) and the two phases are separated. The composition of the distillate (containing most of the methanol and water; distillate (D1)), the upper phase (containing the free trialkylamine, upper phase (02)) and the lower phase (containing the formic acid-amine adduct; lower phase (U2)) was determined by gas chromatography and by titration of the formic acid against 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically with a "Mettler Toledo DL50" titrator The formic acid is then removed from the lower phase (U2) from the first step in a vacuum distillation apparatus over a 10 cm Vigreux column After complete removal of the formic acid, a single-phase bottom product (S2) consisting of the pure tertiary amine (A2) is obtained, which can be used for extraction of the catalyst and recycling into the hydrogenation The composition of the sump (S2) and of the distillate was determined by Ga chromatography and by titration of the formic acid with against 0.1 N KOH in MeOH determined potentiometrically with a "Mettler Toledo DL50" titrator. The parameters and results of the individual experiments are shown in Table 1 .21.
Die Beispiele G-1 und G-2 zeigen, sich dass beim erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene polare Lösungsmittel unter milden Bedingungen von der Produktphase abtrennen lassen, wobei eine ameisensäurereichere Unterphase (U3) sowie eine Oberphase (03), bestehend überwiegend aus tertiärem Amin (A1 ). Von dieser ameisensäurereichen Unterphase (U3) kann dann die Ameisensäure bei höheren Temperaturen vom tertiären Amin (A1 ) abgespalten werden, wobei das freie tertiäre Amine (A1 ) anfällt. Die so gewonnene Ameisnesäure enthält noch etwas Wasser, welches aber durch eine Kolonne mit größerer Trennleistung von der Ameisensäure abgetrennt werden kann. Das sowohl bei der Abtrennung des Lösungsmittels als auch bei der thermischen Spaltung anfallende tertiäre Amin (A1 ) kann dazu verwendet werden, den Katalysator zu extrahieren. Tabelle 1.22 Examples G-1 and G-2 show that in the process according to the invention, various polar solvents can be separated from the product phase under mild conditions, with a lower (U3) formic acid and an upper phase (03) consisting predominantly of tertiary amine (A1). , From this formic acid-rich lower phase (U3), the formic acid can then be cleaved off at higher temperatures from the tertiary amine (A1), the free tertiary amine (A1) being obtained. The formic acid thus obtained still contains some water, which, however, can be separated off from the formic acid by a column having a greater separation efficiency. The resulting in both the separation of the solvent and in the thermal cleavage tertiary amine (A1) can be used to extract the catalyst. Table 1.22
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Beispiele H1 bis H4 (bevorzugte Löslichkeit der erfindungsgemäßen Inhibitoren in einem zweiphasigen Gemisch aus Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und tertiärem Amin (A1 )) Examples H1 to H4 (preferred solubility of the inhibitors according to the invention in a biphasic mixture of formic acid-amine adduct (A2) and tertiary amine (A1))
20 g Ameisensäure-Amin-Addukt aus Ameisensäure und Tri-n-hexylamin (A3) (20,4 % HCOOH), 10 g Trihexylamin und jeweils 0,5 g der in der Tabelle genannten Inhibitoren werden zusammen eingewogen und für 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend werden beide Flüssigphasen getrennt (bei EDTA und Trilon M bildet sich etwas Feststoff, welcher abdekantiert wird) und der Gehalt des Inhibitors in jeder Phase wird per HPLC bestimmt (Nachweisgrenze bei EDTA und Trioin M: 0,01 g/100g, bei Citronensäure und DL Weinsäure: 0,1 g/100g) 20 g of formic acid-amine adduct of formic acid and tri-n-hexylamine (A3) (20.4% HCOOH), 10 g of trihexylamine and 0.5 g each of the inhibitors mentioned in the table are weighed together and for 2 hours at room temperature touched. Subsequently, both liquid phases are separated (with EDTA and Trilon M, some solid forms, which is decanted off) and the content of the inhibitor in each phase is determined by HPLC (detection limit for EDTA and trioin M: 0.01 g / 100g, for citric acid and DL tartaric acid: 0.1 g / 100g)
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Die Beispiele H-1 bis H4 zeigen, dass sich beim erfindungsgemäßen Verfahren die Inhibitoren bevorzugt in der Ameisensäure-Amin-Addukt (A3)-Phase anreichern, und damit nicht in die Hydrierstufe gelangen. Examples H-1 to H4 show that the inhibitors preferably accumulate in the formic acid-amine adduct (A3) phase in the process according to the invention and thus do not enter the hydrogenation stage.
Beispiele Examples
Beispiele 11 und 12: Zersetzung von Ameisensäure im Hydriergemisch (H) aus der C02-Hydrierung ohne Zusatz eines Inhibitors (Referenzwerte, Vergleichsbeispiel 11 ) und mit Zusatz (erfindungsgemäßes Beispiel AI2) bei der Lösungsmittelabtrennung. Vergleichsbeispiel 11 : Ein 250 mL Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Magnetrührstab, wurde unter Inertbedingungen mit Trihexylamin (65,0 g), Methanol (25,0 g), Wasser (2,0 g), [Ru(PnOct3)4(H)2] (82 mg) und 1 ,2-Bis- (dicyclohexylphosphino)ethan (=dcpe, 20 mg) befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur C02 (25,0 g) aufgepresst. Nachfolgend wurde auf 120 bar mit H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (700 U/min) auf 70°C erwärmt. Nach 8 Stunden Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (M) entspannt. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure- Amin-Addukt (A3) in der Unterphase (U 1 ) wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt und betrugExamples 11 and 12: Decomposition of formic acid in the hydrogenation mixture (H) from the C0 2 hydrogenation without addition of an inhibitor (reference values, Comparative Example 11) and with addition (Inventive Example AI2) in the solvent removal. Comparative Example 11: A 250 mL Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stirring bar was placed under inert conditions with trihexylamine (65.0 g), methanol (25.0 g), water (2.0 g), [Ru (PnOct 3 ) 4 (H) 2 ] (82 mg) and 1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane (= dcpe, 20 mg). The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 (25.0 g). Subsequently, it was pressed onto 120 bar with H 2 and the reactor was heated to 70 ° C. with stirring (700 rpm). After 8 hours of reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (M) relaxed. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase (U 1) was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically using a "Mettler Toledo DL50" titrator
8.1 %, wobei das Hydriergemisch (M) (96,2 g) zu 85,5 % aus der Unterphase (U 1 ) bestand. Das Hydriergemisch (H) wurde dann bei Normaldruck unter Rückfluss (Ölbadtemperatur 80 °C) in einem Glaskolben erhitzt, und stündlich das Verhältnis von Oberphase (01 ) zu Unterphase (U 1 ) sowie der Ameisensäuregehalt per Titration bestimmt. 8.1%, wherein the hydrogenation mixture (M) (96.2 g) consisted of 85.5% of the lower phase (U 1). The hydrogenation mixture (H) was then heated at atmospheric pressure under reflux (oil bath temperature 80 ° C) in a glass flask, and hourly determines the ratio of upper phase (01) to lower phase (U 1) and the formic acid content by titration.
Erfindungsgemäßes Beispiel 12: Ein 250 mL Autoklav aus Hastelloy C, ausgestattet mit einem Magnetrührstab, wurde unter Inertbedingungen mit Trihexylamin (65,0 g), Metahnol (25,0 g), Wasser (2,0 g), [Ru(PnOct3)4(H)2] (82 mg) und 1 ,2-Bis- (dicyclohexylphosphino)ethan (20 mg) befüllt. Anschließend wurde der Autoklav verschlossen und bei Raumtemperatur C02 (25,0 g) aufgepresst. Nachfolgend wurde auf 120 bar mit H2 aufgepresst und der Reaktor unter Rühren (700 U/min) auf 70 °C erwärmt. Nach 8 Stunden Reaktionszeit wurde der Autoklav abgekühlt und das Hydriergemisch (H) entspannt. Der Gesamtgehalt an Ameisensäure im Ameisensäure- Amin-Addukt (A3) in der Unterphase (U 1 ) wurde durch Titration mit 0, 1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"-Titrator bestimmt und betrugInventive Example 12: A 250 mL Hastelloy C autoclave equipped with a magnetic stir bar was placed under inert conditions with trihexylamine (65.0 g), Metahnol (25.0 g), water (2.0 g), [Ru (PnOct 3 ) 4 (H) 2 ] (82 mg) and 1, 2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane (20 mg). The autoclave was then closed and pressed at room temperature C0 2 (25.0 g). Subsequently, it was pressed onto 120 bar with H 2 and the reactor was heated to 70 ° C. with stirring (700 rpm). After 8 hours of reaction time, the autoclave was cooled and the hydrogenation mixture (H) relaxed. The total content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase (U 1) was determined potentiometrically by titration with 0.1 N KOH in MeOH using a "Mettler Toledo DL50" titrator
8.2 %, wobei das Hydriergemisch (H) (95,7 g) zu 83,5 % aus der Unterphase (U 1 ) bestand. Das Hydriergemisch (H) wurde mit H202 (136 mg einer 30%igen Lösung in Wasser) versetzt und dann bei Normaldruck unter Rückfluss (Ölbadtemperatur 80 °C) in einem Glaskolben erhitzt. Dabei wurde stündlich das Verhältnis von Oberphase (01 ) zu Unterphase (U 1 ) sowie der Ameisensäuregehalt per Titration bestimmt. 8.2%, wherein the hydrogenation mixture (H) (95.7 g) consisted of 83.5% of the lower phase (U 1). The hydrogenation mixture (H) was treated with H 2 0 2 (136 mg of a 30% solution in water) and then heated at atmospheric pressure under reflux (oil bath temperature 80 ° C) in a glass flask. Hourly the ratio of upper phase (01) to lower phase (U 1) and the formic acid content was determined by titration.
Figur 7 zeigt die Entwicklung des prozentualen Gehalts der Unterphase (U 1 ) bezogen auf das Gesamtgewicht des Hydriergemischs (H). FIG. 7 shows the development of the percentage content of the lower phase (U 1) based on the total weight of the hydrogenation mixture (H).
Figur 7 und die Beispiele 11 und 12 zeigen, dass sich die im Ameisensäure-Amin- Addukt (A3) enthaltene Ameisensäure in der Unterphase (U 1 ) bei den Temperaturen der Methanolabtrennung (80 °C) (Abtrennung des polaren Lösungsmittels) deutlich langsamer zersetzt, wenn kleine Mengen eines Inhibitor wie H202 zugesetzt werden (Beispiel 12). Bei der Ameisensäure-Amin-Addukt (A3)-Spaltung ist allerdings die Zersetzungsate aufgrund der höheren Sumpftemperaturen (> 130 °C) deutlich schneller als in dem Schritt der Abtrennung des polaren Lösungsmittels und damit relevanter, so dass sich die weiteren Untersuchungen für Inhibitoren auf die Verfahrensstufe (e), d.h. die Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A3) beziehen (Beispiele 13-125). FIG. 7 and Examples 11 and 12 show that the formic acid present in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase (U 1) decomposes significantly more slowly at the temperatures of the methanol separation (80 ° C.) (removal of the polar solvent) when small amounts of an inhibitor such as H 2 0 2 are added (Example 12). In the formic acid-amine adduct (A3) cleavage, however, the decomposition rate is much faster than in the step of separation of the polar solvent and thus more relevant due to the higher bottom temperatures (> 130 ° C), so that further investigations for inhibitors Process step (e), ie the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) relate (Examples 13-125).
Vergleichsbeispiele 13 - 15: Zersetzung von Ameisensäure bei der Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A3) ohne Zusatz eines Inhibitors; Simulation der Verfahrensstufe (e) ohne Zusatz eines Inhibitors. Comparative Examples 13-15: decomposition of formic acid in the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) without addition of an inhibitor; Simulation of process step (e) without addition of an inhibitor.
Vergleichsbeispiele 13 - 15: 80,0 g Ameisensäure-Amin-Addukt (A3), d.h. Addukt aus Ameisensäure und Tri-n-hexylamin, (1 :1 ,5, 20 Gew.-% Ameisensäure) und der Rutheniumkatalysator wurden in einen Glaskolben eingewogen. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rückflusskühlung auf 130 °C im offenen System erhitzt, wobei sich eine Oberphase und eine Unterphase ausbildeten. Der Gehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A3) in der Unterphase wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"- Titrator stündlich bestimmt, und auch das Verhältnis zwischen Ober- und Unterphase im Reaktionsgemisch wurde bestimmt. Comparative Examples 13-15: 80.0 g of formic acid-amine adduct (A3), ie, adduct of formic acid and tri-n-hexylamine, (1: 1, 5, 20 wt .-% formic acid) and the ruthenium catalyst were in a glass flask weighed. The reaction mixture was refluxed to 130 ° C in the open system, forming an upper phase and a lower phase. The content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically hourly with a "Mettler Toledo DL50" - titrator, and also the ratio between upper and lower phase in Reaction mixture was determined.
Tabelle 1 Table 1
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Die Beispiele 13 und 15 zeigen, dass sich die Ameisensäure in der Unterphase bei den Temperaturen der Spaltung (> 130 °C) (Verfahrensstufe (e)) sehr schnell zersetzt, wenn Rutheniumverbindungen (mit oder ohne Phosphanligand) anwesend sind und kein Inhibitor zugesetzt wurde Examples 13 and 15 show that the formic acid decomposes very rapidly in the lower phase at the temperatures of the cleavage (> 130 ° C.) (process step (e)), if ruthenium compounds (with or without phosphine ligand) are present and no inhibitor has been added
Erfindungsgemäße Beispiele 16 - 130: Zersetzung von Ameisensäure bei der Spaltung des Ameisensäure-Amin-Addukts (A3) mit Zusatz eines Inhibitors; Simulation der Verfahrensstufe (e) mit Zusatz eines Inhibitors Inventive Examples 16-130: decomposition of formic acid in the cleavage of the formic acid-amine adduct (A3) with the addition of an inhibitor; Simulation of process step (e) with the addition of an inhibitor
Erfindungsgemäße Beispiele 16 - 130: 80,0 g Ameisensäure-Amin-Addukt (A3), d.h. Addukt aus Ameisensäure und Tri-n-hexylamin, (1 :1.5, 20 Gew.-% Ameisensäure) und der Rutheniumkatalysator sowie der Inhibitor wurden in einen Glaskolben eingewogen. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rückflusskühlung auf 130 °C im offenen System erhitzt, wobei sich eine Unterphase und eine Oberphase ausbildeten. Der Gehalt an Ameisensäure im Ameisensäure-Amin-Addukt (A3) in der Unterphase wurde durch Titration mit 0,1 N KOH in MeOH potentiometrisch mit einem„Mettler Toledo DL50"- Titrator stündlich bestimmt, und auch das Verhältnis zwischen Ober- und Unterphase im Reaktionsgemisch wurde bestimmt. Inventive Examples 16-130: 80.0 g formic acid-amine adduct (A3), i. Adduct of formic acid and tri-n-hexylamine, (1: 1.5, 20 wt .-% formic acid) and the ruthenium catalyst and the inhibitor were weighed into a glass flask. The reaction mixture was refluxed to 130 ° C in the open system to form a lower phase and an upper phase. The content of formic acid in the formic acid-amine adduct (A3) in the lower phase was determined by titration with 0.1 N KOH in MeOH potentiometrically hourly with a "Mettler Toledo DL50" - titrator, and also the ratio between upper and lower phase in Reaction mixture was determined.
Die erfindungsgemäßen Beispiele 16 und 130 zeigen, dass sich die Zersetzung von Ameisensäure in der Spaltung (> 130 °C) (Verfahrensstufe (e)) durch den Zusatz von erfindungsgemäßen Inhibitoren deutlich verlangsamen lässt und dadurch wesentlich geringere Ameisensäureverluste bei der Aufarbeitung auftreten. Examples 16 and 130 according to the invention show that the decomposition of formic acid in the cleavage (> 130 ° C.) (process stage (e)) can be markedly slowed down by the addition of inhibitors according to the invention and thus significantly lower formic acid losses occur during work-up.
Tabelle 2: Table 2:
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Tabelle 4:
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Table 4:
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Tabelle 5: Table 5:
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Tabelle 6: Table 6:
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Tabelle 7: Table 7:
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Tabelle 8:  Table 8:
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Ameisensäure, umfassend die Schritte A process for producing formic acid comprising the steps
(a) homogen-katalysiertes Umsetzen eines Reaktionsgemischs (Rg) enthaltend Kohlendioxid, Wasserstoff, mindestens einen Katalysator enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus den Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems, mindestens ein polares Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, 1 -Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1 -propanol und Wasser sowie mindestens ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) (a) homogeneously catalyzed reaction of a reaction mixture (Rg) comprising carbon dioxide, hydrogen, at least one catalyst comprising at least one element selected from groups 8, 9 and 10 of the Periodic Table, at least one polar solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol and water and at least one tertiary amine of the general formula (A1)
NR1R2R3 (A1 ), NR 1 R 2 R 3 (A1),
in der  in the
R1, R2, R3 unabhängig voneinander einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit jeweils 1 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei einzelne Kohlenstoffatome unabhängig voneinander auch durch eine Heterogruppe ausgewählt aus den Gruppen -O- und >N- substituiert sein können sowie zwei oder alle drei Reste unter Bildung einer mindestens jeweils vier Atome umfassenden Kette auch miteinander verbunden sein können, in einem Hydrierreaktor unter Erhalt, gegebenenfalls nach Zugabe von Wasser, eines zweiphasigen Hydriergemischs (H) enthaltend eine Oberphase (01 ), die den mindestens einen Katalysator und das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U1 ), die das mindestens eine polare Lösungsmittel, Reste des mindestens einen Katalysators sowie mindestens ein Ameisensäure-Amin-Addukt der allgemeinen Formel (A2) enthält, R 1 , R 2 , R 3 independently represent an unbranched or branched, acyclic or cyclic, aliphatic, araliphatic or aromatic radical each having 1 to 16 carbon atoms, wherein individual carbon atoms independently of one another by a hetero group selected from the groups -O- and > N- may be substituted and two or all three radicals may also be linked together to form a chain comprising at least four atoms, in a hydrogenation reactor to obtain, optionally after addition of water, a biphasic hydrogenation mixture (H) containing an upper phase (01 ), which contains the at least one catalyst and the at least one tertiary amine (A1), and a lower phase (U1) containing the at least one polar solvent, residues of the at least one catalyst and at least one formic acid-amine adduct of the general formula (A2 contains)
NR1R2R3 * Xi HCOOH (A2), NR 1 R 2 R 3 * Xi HCOOH (A2),
in der  in the
X, im Bereich von 0,4 bis 5 liegt und X, is in the range of 0.4 to 5 and
R1, R2, R3 die vorstehend genannten Bedeutungen haben, (b) Aufarbeitung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) gemäß einem der folgenden Schritte R 1 , R 2 , R 3 have the meanings given above, (b) Working up of the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) according to one of the following steps
(b1 ) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U1 ) oder (b1) phase separation of the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1) or
(b2) Extraktion des mindestens einen Katalysators aus dem in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) unter Erhalt eines Raffinats (R1 ) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E1 ) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und den mindestens einen Katalysator oder (b2) extraction of the at least one catalyst from the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in an extraction unit with an extractant containing the at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R1) containing the at least one formic acid amine Adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E1) containing the at least one tertiary amine (A1) and the at least one catalyst or
(b3) Phasentrennung des in Schritt (a) erhaltenen Hydnergemischs (H) in einer ersten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (01 ) und die Unterphase (U1 ) und Extraktion der Reste des mindestens einen Katalysators aus Unterphase (U1 ) in einer Extraktionseinheit mit einem Extraktionsmittel enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) unter Erhalt eines Raffinats (R2) enthaltend das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und das mindestens eine polare Lösungsmittel und eines Extrakts (E2) enthaltend das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) und die Reste des mindestens einen Katalysators, (c) zumindest teilweise Abtrennung des mindestens einen polaren Lösungsmittels aus der Unterphase (U 1 ), aus dem Raffinat (R1 ) oder aus dem Raffinat (R2) in einer ersten Destillationsvorrichtung unter Erhalt eines Destillats (D1 ) enthaltend das mindestens eine polare Lösungsmittel, das in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S1 ) enthaltend eine Oberphase (02), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält, und eine Unterphase (U2), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin- Addukt (A2) enthält, (b3) Phase separation of the hydrogen mixture (H) obtained in step (a) in a first phase separation device into the upper phase (01) and the lower phase (U1) and extraction of the residues of the at least one catalyst from lower phase (U1) in an extraction unit with an extraction agent containing the at least one tertiary amine (A1) to obtain a raffinate (R2) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the at least one polar solvent and an extract (E2) containing the at least one tertiary amine (A1) and the radicals of the at least one catalyst, (c) at least partially separating the at least one polar solvent from the lower phase (U 1), from the raffinate (R1) or from the raffinate (R2) in a first distillation apparatus to obtain a distillate (D1) containing the at least one polar solvent, which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and a biphasic bottoms mixture (S1) containing an upper phase (02) containing the at least one tertiary amine (A1) and a lower phase (U2) containing the at least one formic acid amine Contains adduct (A2),
(d) gegebenenfalls Aufarbeitung des in Schritt (c) erhaltenen ersten Sumpfgemischs (S1 ) durch Phasentrennung in einer zweiten Phasentrennvorrichtung in die Oberphase (02) und die Unterphase (U2), (e) Spaltung des im Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls in der Unterphase (U2) enthaltenen mindestens einen Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in einer thermischen Spalteinheit, unter Erhalt des mindestens einen tertiären Amins (A1 ), das zum Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und von Ameisensäure, die aus der thermischen Spalteinheit ausgeschleust wird, wobei unmittelbar vor und/oder während Schritt (c) der Unterphase (U 1 ), dem Raffinat (R1 ) oder dem Raffinat (R2) mindestens ein Inhibitor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus von Ameisensäure verschiedenen Carbonsäuren, von Ameisensäurederivaten verschiedenen Carbonsäurederivaten und(d) optionally working up of the first bottoms mixture (S1) obtained in step (c) by phase separation in a second phase separation device into the upper phase (02) and the lower phase (U2), (e) cleavage in the bottoms mixture (S1) or optionally in the Subphase (U2) containing at least one formic acid-amine adduct (A2) in a thermal cleavage unit to give the at least one tertiary amine (A1) which is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and formic acid resulting from the thermal cleavage unit is discharged immediately before and / or during step (c) of the lower phase (U 1), the raffinate (R1) or the raffinate (R2) at least one inhibitor selected from the group consisting of carboxylic acids other than formic acid, of carboxylic acid derivatives other than formic acid derivatives and
Oxidationsmitteln zugegeben wird. Oxidizing agents is added.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das in Schritt (a) erhaltende Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b1 ) weiter aufgearbeitet und die erste Oberphase (01 ) in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und die2. The process according to claim 1, wherein the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) is further worked up according to step (b1) and the first upper phase (01) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and the
Unterphase (U 1 ) der ersten Destillationsvorrichtung in Schritt (c) zugeführt wird. Subphase (U 1) of the first distillation apparatus in step (c) is supplied.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das in Schritt (a) erhaltene Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b2) weiter aufgearbeitet wird, wobei als Extraktionsmittel das in Schritt (e) in der thermischen Spalteinheit erhaltene mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt wird und das Extrakt (E1 ) in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und das Raffinat (R1 ) der ersten Destillationsvorrichtung in Schritt (c) zugeführt wird. 3. The process according to claim 1, wherein the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) is further worked up according to step (b2), wherein the extractant used is the at least one tertiary amine (A1) obtained in step (e) in the thermal cleavage unit and the extract (E1) in the Hydrogenation reactor in step (a) is recycled and the raffinate (R1) of the first distillation apparatus in step (c) is supplied.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das in Schritt (a) erhaltene Hydriergemisch (H) gemäß Schritt (b3) weiter aufgearbeitet wird, wobei als Extraktionsmittel das in Schritt (e) in der thermischen Spalteinheit erhaltene mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) eingesetzt wird und das Extrakt (E2) in den Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und das Raffinat (R2) der ersten Destillationsvorrichtung in Schritt (c) zugeführt wird. Process according to claim 1, wherein the hydrogenation mixture (H) obtained in step (a) is further worked up according to step (b3), wherein the extractant used is the at least one tertiary amine (A1) obtained in step (e) in the thermal splitting unit, and the extract (E2) is recycled to the hydrogenation reactor in step (a) and the raffinate (R2) is fed to the first distillation apparatus in step (c).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die thermische Spalteinheit eine zweite Destillationsvorrichtung und eine dritte Phasentrennvorrichtung umfasst und die Spaltung des Ameisensäure-Amin- Addukts (A2) in der zweiten Destillationsvorrichtung erfolgt unter Erhalt eines Destillats (D2) enthaltend Ameisensäure, das aus der zweiten Destillationsvorrichtung ausgeschleust wird und eines zweiphasigen Sumpfgemischs (S2) enthaltend eine Oberphase (03), die das mindestens eine tertiäre Amin (A1 ) enthält und eine Unterphase (U3), die das mindestens eine Ameisensäure-Amin-Addukt (A2) und den mindestens einen Inhibitor enthält. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the thermal splitting unit comprises a second distillation apparatus and a third phase separation apparatus, and the cleavage of the formic acid-amine adduct (A2) in the second distillation apparatus is carried out to obtain a distillate (D2) containing formic acid the second distillation apparatus is discharged and a biphasic bottom mixture (S2) containing an upper phase (03) containing the at least one tertiary amine (A1) and a lower phase (U3) containing the at least one formic acid-amine adduct (A2) and the contains at least one inhibitor.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das in der zweiten Destillationsvorrichtung erhaltene Sumpfgemisch (S2) in der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit in die Oberphase (03) und die Unterphase (U3) getrennt wird und die Oberphase (03) zu dem Hydrierreaktor in Schritt (a) rückgeführt wird und die Unterphase (U3) zur zweiten Destillationsvorrichtung der thermischen Spalteinheit rückgeführt wird. A process according to claim 5, wherein the bottoms mixture (S2) obtained in the second distillation apparatus is separated into the upper phase (03) and the lower phase (U3) in the third phase separator of the thermal splitter unit and the upper phase (03) is added to the hydrogenation reactor in step (a ) and the lower phase (U3) is recycled to the second distillation device of the thermal splitter unit.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Oberphase (03) zu der Extraktionseinheit in Schritt (b2) oder (b3) rückgeführt wird. A method according to claim 6, wherein the upper phase (03) is recycled to the extraction unit in step (b2) or (b3).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das in Schritt (c) erhaltene erste Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls die Unterphase (U2) der zweiten Destillationsvorrichtung der thermischen Spalteinheit zugeführt wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das in Schritt (c) erhaltene erste Sumpfgemisch (S1 ) beziehungsweise gegebenenfalls die Unterphase (U2) der dritten Phasentrennvorrichtung der thermischen Spalteinheit zugeführt wird. A process according to any one of claims 1 to 7, wherein the first sump mixture (S1) obtained in step (c) or optionally the lower phase (U2) of the second distillation apparatus is fed to the thermal splitting unit. Method according to one of claims 1 to 8, wherein the obtained in step (c) first bottoms mixture (S1) or optionally the lower phase (U2) of the third phase separation device of the thermal splitting unit is supplied.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das in Schritt (c) erhaltende Sumpfgemisch (S1 ) gemäß Schritt (d) weiter aufgearbeitet wird und die Oberphase (02) zur Extraktionseinheit in Schritt (b2) rückgeführt wird und die Unterphase (U2) der thermischen Spalteinheit in Schritt (e) zugeführt wird. Method according to one of claims 1 to 9, wherein the bottom mixture (S1) obtained in step (c) is further worked up according to step (d) and the top phase (02) is returned to the extraction unit in step (b2) and the bottom phase (U2) the thermal splitting unit in step (e) is supplied.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei man als tertiäres Amin ein tertiäres Amin der allgemeinen Formel (A1 ) einsetzt, in der die Reste R1, R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus C5 bis C6-Alkyl, C5 bis C8-Cycloalkyl, Benzyl und Phenyl. A process as claimed in any of claims 1 to 10, wherein the tertiary amine used is a tertiary amine of the general formula (A1) in which the radicals R 1 , R 2 and R 3 are selected independently of one another from the group consisting of C 5 to C 6 alkyl, C 5 to C 8 cycloalkyl, benzyl and phenyl.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei man als tertiäres Amin (A1 ) Tri-n-hexylamin einsetzt. A process according to any one of claims 1 to 11, wherein the tertiary amine (A1) used is tri-n-hexylamine.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei als polares Lösungsmittel Wasser, Methanol oder eine Mischung aus Wasser und Methanol eingesetzt wird. A process according to any one of claims 1 to 12, wherein the polar solvent used is water, methanol or a mixture of water and methanol.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei als Inhibitor mindestens eine Carbonsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Milchsäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitriloessigsäure, Methylglycindiessigsäure, Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Dimercaptobernsteinsäure eingesetzt wird. A method according to any one of claims 1 to 13, wherein as inhibitor at least one carboxylic acid selected from the group consisting of oxalic acid, lactic acid, maleic acid, phthalic acid, tartaric acid, citric acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitriloacetic acid, methylglycinediacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), dimercaptosuccinic acid is used.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei als Inhibitor mindestens ein Oxidationsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Peroxycarbonsäuren, Diacylperoxiden und Trialkyl-N-oxiden eingesetzt wird. Method according to one of claims 1 to 13, wherein as inhibitor at least one oxidizing agent selected from the group consisting of peroxycarboxylic acids, diacyl peroxides and trialkyl-N-oxides is used.
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