WO2016110520A1 - Method for producing succinic acid anhydride and high purity succinic acid or esters or amides thereof - Google Patents

Method for producing succinic acid anhydride and high purity succinic acid or esters or amides thereof Download PDF

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WO2016110520A1
WO2016110520A1 PCT/EP2016/050157 EP2016050157W WO2016110520A1 WO 2016110520 A1 WO2016110520 A1 WO 2016110520A1 EP 2016050157 W EP2016050157 W EP 2016050157W WO 2016110520 A1 WO2016110520 A1 WO 2016110520A1
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WO
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succinic acid
succinic
succinic anhydride
acid
water
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/050157
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German (de)
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Inventor
Alexander DÜFERT
Rolf Pinkos
Wolf-Steffen Weissker
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C231/00Preparation of carboxylic acid amides
    • C07C231/02Preparation of carboxylic acid amides from carboxylic acids or from esters, anhydrides, or halides thereof by reaction with ammonia or amines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/08Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with the hydroxy or O-metal group of organic compounds

Definitions

  • the invention relates to processes for the preparation of succinic anhydride and highly pure succinic acid or their esters or amides from succinic acid, which was obtained by reacting biomass, by conversion of succinic acid in succinic anhydride and optionally converting the succinic anhydride to succinic acid, with removal of interfering secondary components.
  • succinic acid from biomass is described, for example, in WO 2010/092155 A1. Furthermore, this WO also describes the further use of succinic acid or its diester for obtaining THF, butanediol and / or gamma-butyrolactone, the esters being obtained, for example, by reactive distillation esterification of diammonium succinate. Otherwise, salts of succinic acid are converted into free succinic acid by acidic ion exchangers, which are then regenerated with HCl, for example. The purification of this succinic acid thus obtained is then carried out by concentration and crystallization. In Example 9, the purity of succinic acid is given as 99.8%. It is not described which impurities are contained. Succinic anhydride is not mentioned.
  • succinic anhydride from succinic acid is known per se.
  • DE-1 141 282 B describes the preparation of succinic anhydride by adding liquid succinic acid to a column, wherein water distils off overhead and the anhydride is obtained at a purity of 95-97% from the bottom. None is said about the impurities.
  • succinic acid is dewatered by distillation, the anhydride remaining in the residue.
  • succinic acid is formed in a homogeneous-catalyzed process with the catalyst as a high boiler; the purification is carried out by precipitation of the anhydride and filtration of the reaction mixture.
  • JP 2003 1 13 3171 A describes the purification of succinic anhydride by distillation, wherein in the distillation of the succinic acid to avoid discoloration of the product, the bottom temperature at a reduced pressure between 125 and 200 ° C. Only dilactones are described as impurities to be avoided. Not mentioned is the production of succinic anhydride by succinic acid obtained by fermentative processes.
  • succinic acid or succinic anhydride are, for example, the preparation of THF and from it polytetrahydrofuran or, via the hydrogenation to 1,4-butanediol, the preparation of polyesters. Tern or polyurethanes and by esterification with polyols, the production of polyamic acid esters or by reaction with polyamines to Polybernsteinklaamiden.
  • secondary components can interfere with the catalysts in terms of selectivity and yield of the process, but above all have a negative effect on the service life of the catalysts.
  • these interfering secondary components which may be harmful even in amounts below 1 ppm by weight, are the elements N, P, S, As, Sb, Bi, Sn and halogens such as Cl, Br and I.
  • N-containing compounds especially if they have basic properties, can occupy acidic sites on catalysts and thus destroy desired properties.
  • the nitrogen-containing compounds are detrimental if, for. B. undergo a hydrogenation step, since many of them are only to basic acting compounds. This can then hinder the hydrogenation step or subsequent processes.
  • the polymerization of THF is negatively affected, since this is usually carried out in the presence of acidic catalysts.
  • pyrrolidine in particular, in the hydrogenation of succinic anhydride in the presence of N-containing compounds, in particular ammonia or those which can release them, pyrrolidine can easily arise, which hinders the hydrogenation process and due to its boiling point similar to THF is difficult to separate from this, and later the polymerization interferes.
  • N-containing components are detrimental to the production of polysuccinic acid esters because they can block a free end of succinic acid and thus hamper chain growth.
  • N-containing impurities may compete with an added amine in the production of succinic amides and unintentionally lead to a copolymer.
  • Compounds containing P, S, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br and I are undesirable because some of them are not only toxic to the environment but can also poison hydrogenation catalysts. Many of these compounds are volatile, so that they survive part of distillative purification processes or can get into the stream to be hydrogenated in gas phase processes.
  • the acid produced is not only succinic acid, but also a number of other acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid. These are due to their acidity in a position to damage catalysts.
  • the object of the present invention is to provide a process for the preparation of succinic anhydride and highly pure succinic acid, starting from succinic acid prepared by fermentation, which avoids the disadvantages of known processes and gives the desired products in high yield and purity.
  • a hydrogenation catalyst used in a possible subsequent hydrogenation step should have a long service life.
  • the process should be carried out as inexpensively as possible.
  • the object is achieved by a process for the preparation of succinic anhydride, comprising the steps a) fermentative production of succinic acid, b) conversion of succinic acid from step a) with elimination of water and water separation in succinic anhydride, c) conversion of the succinic anhydride from step b) into the gas phase , d) removing sulfur-containing compounds from the succinic anhydride by passing the succinic anhydride from step c) over a guard bed which absorbs the sulfur-containing compounds e) absorbing the purified succinic anhydride in a solvent or condensing the succinic anhydride as a melt or as a solid and by a process for the production of highly pure succinic acid comprising the steps a) to e) as described above, furthermore after step e) the following step f) comprising f) conversion of the succinic anhydride from step d) o the e) with water to succinic acid, with an alcohol to succinic acid
  • Fermentation in biology is a form of enzymatic conversion of organic matter.
  • the fermentation is used in many biotechnological production processes. This is done, for example, by adding the required enzymes or by adding bacterial, fungal or other biological cell cultures that carry out the fermentation as part of their enzyme-catalyzed metabolism.
  • the fermentation broth preferably contains enzymes, bacteria, fungi and / or other biological cell cultures.
  • the fermentation broth contains biomass.
  • biomass are meant, for example, substances that occur either directly in nature, such as starch, cellulose or sugar, or derived therefrom, such as glycerol and sugars formed by cleavage, such as glucose, sucrose, etc., as well as CO2.
  • glycerol and sugars formed by cleavage, such as glucose, sucrose, etc., as well as CO2.
  • WO 2010/092155 A1 and the raw material sources mentioned therein.
  • the preferred preparation of succinic acid is via fermentation.
  • the required microorganisms may already be present on the starting materials.
  • pure culture cell cultures are added to the fermentation process according to the invention in order to better control the fermentation and to exclude undesired by-products. Therefore, the sterile operation of the reactor is important.
  • the main field of application of fermentation is biotechnology for the production of various fermentation products such as bioethanol, amino acids, organic acids such as lactic acid, citric acid and acetic acid, enzymes such as phytase, antibiotics and other pharmaceutical products, biomonomers and biopolymers.
  • WO 2010/092155 be referenced.
  • the reactors according to the invention can replace stirred fermenters as well as bubble columns. Fermentation processes are generally in Chmiel; Bioprocess Technology: Introduction to Bioprocess Engineering, Volume 1, as well as in Chmiel, Hammes and Bailey; Biochemical Engineering. It may be batch, fed batch, repeated fed batch or continuous fermentation with or without biomass recirculation. This is often used to increase the yield with air, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methane, hydrogen, nitrogen or suitable gas mixtures.
  • the fermentation broth may also be pretreated, for example, the biomass may be removed from the fermentation broth.
  • methods such as filtration, sedimentation and flotation can be used.
  • the biomass can be removed by centrifuging, separators, decanters, filters or de-flotation devices.
  • the biomass can be washed, for example in the form of a diafiltration, to remove the product maximize yield.
  • the fermentation broth can also be concentrated, for example by evaporation under suitable conditions. Suitable evaporators are known.
  • the fermentation can be used according to the invention in particular for the preparation of succinic acid or salts or derivatives thereof. Suitable methods are described for example in WO 2010/092155 on pages 17 to 19 and in the examples.
  • z. B. according to WO 2010/092155 A1, generally carried out the separation of the biomass from the product, for example by filtration. In the process, solids, in particular cells, are separated off.
  • the product of the fermentation may be succinic acid directly, but at present the highest yields are achieved when the succinic acid is recovered as a salt so that the fermentation can proceed in a pH range between 6 and 8.
  • These salts are, for example, mono- and disalts of succinic acid with ammonia or amines, as well as the alkali or alkaline earth metals. There are also mixtures possible. From these salts, the succinic acid is obtainable by acidification.
  • these compounds containing P, S, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br and I can exhibit.
  • succinic acid or its salts is usually obtained as aqueous solutions.
  • the acidification of the salts to obtain free succinic acid is usually also an aqueous process to obtain aqueous succinic acid solutions containing generally 1 to 15 wt .-% succinic acid, which may need to be tempered depending on the concentration, so that succinic acid does not precipitate if you do not want this.
  • the solutions before the acidification of the salts, to concentrate the solutions by removing water, for example by distilling off or by pervaporation. Subsequently, the usually warm salt solution with a content of, for example, 10 to 60 wt .-% succinic acid salt at temperatures of 20 - 100 ° C are acidified. Then it can be cooled down so that the succinic acid precipitates. The crystallized succinic acid is then filtered from the aqueous salt solution, for example Na or Mg salts of hydrochloric or sulfuric acid.
  • a first crystallizate of succinic acid can be further dissolved in water for further purification, but with losses of product by discharges, and again dissolved in water be crystallized. This can be done until the succinic acid has been purified to the desired specification, but the yield decreases with each crystallization step.
  • the method according to the invention is preferably crystallized a maximum of two times, more preferably at most one time. This is also because crystallizations not only reduce the yield, but also the investment for this are considerable.
  • the succinic acid prepared in this way generally contains the following impurities, the amount of impurities decreasing with the number of purification steps, followed by acidifying with HCl and calculating the percentages by wt refer to each element.
  • the sulfur content, based on succinic acid, at the end of step a) is preferably in the range from 0.001 to 0.1% by weight or 0.01 to 10 ppm.
  • succinic acid is produced by fermentation from at least one carbon source and, after separation of the biomass from the fermentation broth, is converted by acidification into the acid form.
  • the succinic acid thus prepared is converted without further / additional purification steps in step b).
  • the temperature data given in the following steps refer to the bottoms of the respective evaporation or distillation. specified Unless otherwise stated, pressures refer to the top of the distillation (top pressure). Simple evaporation is the pressure in the evaporation stage.
  • high boilers and “low boilers” describe over the respective reference product higher or lower boiling compounds, for example succinic or succinic higher or lower boiling compounds, the corresponding evaporation at the same pressure at lower or higher temperature / boiling.
  • succinic acid is now introduced into the inventive step b) as an aqueous solution or as a melt which may still contain water.
  • solution water can be removed in a first step, in which case the conversion of succinic acid into the anhydride can already take place, whereby in turn water is liberated, which is then separated off in this step.
  • a succinic acid solution having a concentration of 5-50% by weight is preferably introduced into one or more evaporation devices connected in series or in parallel, preferably at 100 to 250 ° C. (temperature measured in the bottom) and preferably at pressures of 50 to 1000 mbar absolutely distilled off water.
  • the evaporation devices Preferably 150 to 220 ° C, more preferably 150 to 200 ° C at preferred pressures of 0.1 to 0.5 bar absolute, more preferably 0.15 to 0.3 bar absolute.
  • the evaporation devices possibly with other system units, be coupled in a heat network.
  • a column can be placed, which avoids the loss of succinic acid or anhydride by reflux.
  • the evaporator device may be a simple kettle that can be agitated and / or recirculated. Also possible is a falling film, thin film, natural circulation, forced circulation or spiral tube evaporator.
  • the bottom product in which already formed succinic anhydride is and which has a water content of preferably 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 15% by weight, particularly preferably 0.1 to 10% by weight, can now as such are transferred to step c), or it can be further reacted and concentrated in a further distillation unit.
  • step c) the succinic anhydride from step b) is converted into the gas phase.
  • step c) can be carried out in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers via the bottom.
  • step c) is carried out at a lower pressure than step b), and in step c) water and optionally low boilers are removed overhead, and gaseous succinic anhydride is recovered via a side draw.
  • step b) and step c) can be combined and in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers via the bottom, separation of water over Head and recovery of gaseous succinic anhydride are carried out via a side draw.
  • a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar
  • a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C
  • succinic anhydride which may still contain succinic acid, further purified or prepared.
  • succinic anhydride is brought into the gas phase, so that it can be preferably separated from high-boiling impurities. So that the cleaning effect is as high as possible, the distillation is preferably operated with reflux.
  • the reflux based on the added amount of succinic / succinic anhydride, is between 0.1 and 10 units, more preferably 0.2 to 5 units.
  • the high boilers are discharged via swamp.
  • the high boilers of gaseous succinic anhydride are separated at 100 to 300 ° C., preferably 150 to 270 ° C., more preferably 170 to 250 ° C. (bottom temperatures) and
  • succinic anhydride can be taken up in an inert solvent. This can be done in apparatus known to those skilled in the art. These include, for example, absorption columns in counter, cross or direct current, bubble columns, jet nozzle reactors,
  • the liquid or dissolved succinic anhydride in the step d) according to the invention is transferred.
  • the third variant which comprises the interconnection / combination of steps c) to e) according to the invention, the evaporation of succinic anhydride in the presence of hydrogen, wherein a portion of the gaseous succinic anhydride condenses to produce the reflux. The remainder, together with the hydrogen, passes through the guard bed into the hydrogenation.
  • This is generally at bottom temperatures of 150 to 300 ° C, preferably 160 to 270 ° C, more preferably 180 to 250 ° C at pressures (absolute) of 1 to 65 bar, preferably 2 to 30 bar, particularly preferably from 5 to 20 bar performed.
  • the bottom stream containing succinic anhydride may be recycled wholly or at least partially to one or more preceding stages.
  • a discharge to avoid accumulation will be beneficial. Therefore, it is preferable to further work up this discharge stream in a further distillation device. Preference is given here to using a thin-film evaporator in which succinic anhydride distills off via the top, which is then recycled to one of the preceding stages.
  • the high boiler stream is discharged.
  • the evaporation is preferably 100 to 300 ° C, preferably 150 to 270 ° C, particularly preferably 180-250 ° C and pressures of preferably 1 to 200 mbar absolute, preferably between 3 and 100 mbar, more preferably at 5 to 50 mbar carried out.
  • step c) preference is given to converting the basic compounds into high-boiling substances.
  • These basic N-containing compounds may be, for example, ammonia, aliphatic amines, amino acids, etc.
  • succinic anhydride it is advantageous to convert them into high-boiling compounds. This can be done, for example, by working in the presence of an acid which, together with the basic compounds, forms high-boiling salts.
  • salts of high-boiling carboxylic acids such as adipic acid, acidic amino acids, sulfonic acids such as dodecylbenzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, mineral acids such as phosphoric acid, sulfuric acid or heteropolyacids such as tungstophosphoric acid.
  • carboxylic acids such as adipic acid
  • acidic amino acids such as dodecylbenzenesulfonic acid, methanesulfonic acid
  • mineral acids such as phosphoric acid, sulfuric acid or heteropolyacids such as tungstophosphoric acid.
  • 1 to 1, 5 mol equivalent of acid is added per equivalent of basic compound.
  • Another preferred option, which may supplement the salt formation is the chemical conversion of basic N-containing compounds into high-boiling compounds, for example the formation of amides.
  • reaction partners are, for example, sulfonic acids or carboxylic acids as described above. If basic N-containing components are not removed as far as possible before the hydrogenation, it may be expected that the acidic catalyst centers necessary for the production of THF are gradually neutralized, thereby reducing the yield of THF. Step d)
  • the inventive step d) is significantly responsible for ensuring that z.
  • a later process in which succinic acid or its anhydride is converted into derivatives thereof may be operated for a long time at high selectivity and high conversion. This is made possible by catalyst poisons, which form volatile compounds and could enter together with succinic anhydride in the hydrogenation and z.
  • catalyst poisons which form volatile compounds and could enter together with succinic anhydride in the hydrogenation and z.
  • the absorber which is to absorb these catalyst poisons does not harm succinic anhydride if possible.
  • the absorber can either serve only to remove the catalyst poisons or even catalytically convert the succinic anhydride into its desired products.
  • Particularly preferred is a further catalytic derivatization of succinic anhydride, for example in a hydrogenation or esterification, the absorber and the subsequent catalyst to the same material, so that they can be used in a bed in a reactor.
  • the absorber preferably has the sharpest possible profile with a high absorption capacity with respect to the catalyst poisons.
  • sharp profile means that said catalyst poisons are absorbed in the guard bed in a spatially very narrow range and do not have a broad distribution over the length of the guard bed. This makes it possible to deliberately exchange used protection bed, with only small amounts of protective bed must be replaced. It is preferred that, measured at the behavior of the sulfur, upon reaching at least 90% of the absorption capacity under reaction conditions, after further 50 cm, preferably 40 cm, more preferably 30 cm along the gas path or protective bed only 10% sulfur has been taken. It should be noted that absorbers which, for example, contain sulfate as a result of their production process, can falsify the measurements. In this case, it is necessary to deduct the "zero value" of sulfur corresponding to the value caused by the sulfur in the feed.
  • Suitable absorbers for the removal of P, S, As, Sb, Bi, Sn and halogens such as Cl, Br and I, in particular sulfur contain, for. Co, Ru, Re and Cu. Preference is given to Ru and Cu, more preferably Cu. It is advantageous if the content of metal, which can absorb the catalyst poisons, is as high as possible.
  • the content of the absorber suitable for receiving the toxic constituents, measured as an element is preferably greater than 10% with respect to the total weight of the catalyst, preferably> 25%, more preferably> 40%, but preferably not more than 90%, otherwise the surface capable of taking up becomes too small.
  • the absorption capacity of sulfur is normalized to metal content preferably between 0.5 and 10 wt .-%, preferably between 1 and 10 wt .-%.
  • the weight percentage of the metal in the total weight of the absorber is preferably between 0.5 and 80%. In the case of Cu, the preferred proportion is between 10 and 80%, more preferably between 25 and 65%.
  • the metals are preferably applied to a carrier system. Suitable carriers preferably have acidic sites and preferably contain oxides based on B, Al, Si, Ti, Zr, La, Ce, Cr, or carbon, for example in the form of activated carbon. Another carrier which is not oxidic is, for example, SiC.
  • the production of the absorber is achieved, for example, by impregnating active metal precursors, for example Cu salt solutions, on the supports.
  • Absorbers are also suitable in which the active components are precipitated onto a support or precipitated together with the support material from dissolved precursors thereof.
  • the absorber is preferably activated with hydrogen before the beginning of the reaction, if necessary, for example in a subsequent hydrogenation, the hydrogenation catalyst is activated with hydrogen.
  • the absorber is activated together with the catalyst.
  • Particularly preferred absorbers contain not only Cu but also aluminum oxide.
  • the heterogeneous absorbers are generally shaped articles having an average particle size greater than one millimeter. Strands, tablets, star strands, trilobes, hollow bodies, etc. are preferably used.
  • the absorber for removing catalyst poisons is preferably arranged as a fixed
  • Layer e.g. used in a shaft or tube bundle reactor. Regardless of whether only one or more apparatuses are used, it is possible to work with as little absorber as possible to remove catalyst poisons, if these are removed from time to time and, if possible, replenished before they are fully loaded. This is useful if the process according to the invention, for example, due to maintenance work must be turned off anyway.
  • the reactors used for the desulfurization are types known to the person skilled in the art. Examples thereof are shaft reactors, tube bundle reactors, fluidized bed reactors, etc. It can be purified in a reactor and further reacted or arranged in several reactors in parallel or in succession, whereby several types can be combined.
  • the succinic anhydride can be condensed according to an embodiment of the invention and subsequently evaporated again. It can do that condensed succinic anhydride are also transferred in the meantime in the solid state.
  • the sulfur content, based on the succinic anhydride, after step d) is preferably ⁇ 0.001 to 5 ppm by weight, more preferably 0.001 to 1 ppm by weight.
  • Equal values are preferably for compounds containing P, As, Sw, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br or I.
  • the succinic anhydride obtained can be fed together with hydrogen to a coupled purification and gas-phase hydrogenation with tetrahydrofuran, 1, 4-butanediol or gamma-butyrolactone as product.
  • the molar ratio of hydrogen to succinic anhydride is preferably from 20 to 300 to 1, preferably from 30 to 250 to 1, particularly preferably from 50 to 200 to 1.
  • the pressures (absolute) are preferably from 1 to 65 bar, preferably from 2 to 30 bar, particularly preferably from 5 to 20 bar.
  • the temperatures are preferably 150 to 350 ° C, preferably 170 to 320 ° C, more preferably 200 to 300 ° C.
  • the succinic anhydride can be condensed after step d) in a step e) as a melt or solid or recovered as a solution in a solvent.
  • the condensation in step e) may preferably be carried out at temperatures of 100 to 300 ° C, more preferably from 130 to 200 ° C. If an intermediate solidification of succinic acid is desired, it is also possible to work at a lower temperature.
  • the absolute pressure is preferably 0.5 to 20 bar, more preferably 0.8 to 15 bar, in particular 1 to 10 bar.
  • succinic anhydride When adding a solvent to the condensed succinic anhydride, a solution of 0.1 to 50% by weight, preferably 0.5 to 40% by weight, more preferably 1 to 30% by weight, of succinic anhydride is prepared in each solvent. Should a gas phase reaction be sought in the subsequent step, the succinic anhydride already purified from light and high boilers can either be vaporized directly or converted into the gas phase in a stripping column with a carrier gas. Stripping with a carrier medium, the liquid succinic anhydride is transferred to a column in which at certain pressures and temperatures, the succinic anhydride is transferred into the gas phase.
  • the molar ratio of the carrier medium to succinic anhydride is 20-300 to 1, preferably 30-250 to 1, particularly preferably 50-200 to 1 .
  • the pressures (absolute) are between 1 to 65 bar, preferably 2 to 30 bar, more preferably 5 to 20 bar.
  • the temperatures are 150 to 350 ° C, preferably 170 to 320 ° C, more preferably 200 to 300 ° C.
  • the column can be different internals such. As fillers, sheet metal packings, fabric packaging or soil. If appropriate, it is also possible to separate off further impurities which have been evaporated in step b) according to the invention as high boilers with succinic acid.
  • the succinic anhydride is treated with a solvent boiling higher than succinic anhydride.
  • this solvent which should preferably be inert to succinic anhydride, are phthalates or terephthalates based on CA to C15 alcohols, for example dibutyl phthalate, corresponding to ring-hydrogenated phthalates or terephthalates, hydrocarbons, ethers based on ethylene oxide and / or propylene oxide and the like.
  • Step f) may be performed after step e) and comprises reacting the succinic anhydride from step e) with water to give succinic acid, an alcohol, e.g. For example, Ci-12-alkanol or fatty alcohol, the ester of succinic acid, wherein also polyols can be used to subsequently form a polyester, or a monofunctional amine, eg. B. C1-12 alkyamine, or polyamine to di- or polyamide, if a polyamine is used.
  • an alcohol e.g.
  • a monofunctional amine eg. B. C1-12 alkyamine, or polyamine to di- or polyamide, if a polyamine is used.
  • the amines or alcohols may be vegetable oil derivatives, i. H. to compounds derived from vegetable oil.
  • the alcohols are preferably C-24-alcohols which may be branched, unbranched or cyclic. They can be saturated or unsaturated. They may be aliphatic, aromatic or bridged via aromatics aliphatic. It may be mono-, di- or polyols.
  • the amines may be equivalent compounds having amino groups instead of hydroxyl groups. Accordingly, it is also preferable to C1-24 mono-, di- or polyamines or polyetheramines.
  • step f) after the production of succinic acid these can be obtained by crystallization or separation of excess water.
  • succinic anhydride in the reaction of succinic anhydride with water, for example succinic anhydride can be introduced into an aqueous phase.
  • concentration of succinic anhydride in the aqueous phase should preferably be chosen so that the final isolation can be carried out particularly efficiently, the reaction of the anhydride to the acid takes place as quickly as possible and no succinic acid precipitates as a solid during the reaction, except if desired.
  • the succinic acid can be used as an aqueous solution, or you can remove the water so far that succinic acid can be obtained either by crystallization, or the water can be removed to dryness, but without raising the temperature so far that again dehydration to succinic anhydride.
  • succinic acid can be isolated as a solid.
  • succinic acid can be prepared with a purity of more than 99.9%, with any catalyst poisons, such as low and high boilers and sulfur-containing components, can be depleted to below 5 ppm, preferably below 1 ppm.
  • the succinic anhydride in a combination of steps e) and f) according to the invention, can not be isolated after purification by the protective bed, but can be converted directly into the desired products by reaction with a reactant in one step.
  • examples include the reaction with a monovalent alcohol to diester of succinic acid, the reaction with a polyol to polyesters, a reaction with monovalent amines to diamide or a polyamine to the polyamide.
  • Example 6 A crude fermentation effluent obtained according to WO 2010/092155 A1, Example 6 was acidified to a pH of 3 after separation of the bio-mass by filtration with HCl. This mixture was pumped continuously into a recirculating residence tank with attached column. At about 4 hours average residence time then water was distilled off at 200 mbar and 180 ° C bottom temperature. The liquid, about 180 ° C hot bottom containing high boilers, BSA and below 5% free succinic acid was continuously introduced into a column with side draw in the rectifying section and at a top pressure of 50 mbar and bottom temperatures of about 180 ° C. distilled.
  • BSA Essentially water was removed overhead which contained 2 ppm by weight of N, and BSA was discharged via the side draw and the high boilers were discharged via the bottom.
  • the high boilers contained 0.03% by weight of N, 0.02% by weight of S.
  • BSA could be obtained in about 97% yield based on succinic acid in the fermentation effluent.
  • the BSA had a sulfur content of 5 ppm by weight.
  • the apparatus used in the examples consisted of a companion-heated inlet part with storage vessel and pump, an evaporator filled with glass rings, a 3 m long tube reactor with 2.7 cm inner diameter and external Doppelmantelölbesammlungung or cooling and internal thermocouple tube, a water-cooled first separator, a second cooled to 6 ° C separator and a circulating gas blower and fresh gas and exhaust facilities.
  • succinic anhydride BSA
  • the molar ratio of fresh hydrogen to BSA was 2.1 to 1, with the excess gas being discharged as exhaust gas.
  • the molar ratio of cycle gas to BSA was about 100 to 1.
  • the reactor was charged with 1 liter of a CuO (50 wt%) / Al 2 O 3 catalyst (2.5 mm strands). Above the catalyst, 100 ml of glass beads were filled as inert bed. After inerting with nitrogen, the catalyst was activated with a nitrogen / hydrogen mixture at atmospheric pressure (the gas stream is adjusted to 99.5% nitrogen and 0.5% hydrogen, then the reactor is heated to 130 ° C.) After 2 hours, the reactor each temperature setting is held for 30 minutes, after reaching 180 ° C, the hydrogen content is increased to 1%, after one hour to 5% again for one hour, then the hydrogen content on 100% raised).
  • the cycle gas blower is put into operation and the pressure in the reactor to 9 bar absolute and the reactor temperature is set to 230 ° C.
  • the BSA feed was started up in the reactor. There were continuously promoted 100 g of BSA h. Thereafter, the temperature in the first third of the reactor increased to up to 245 ° C, then dropped to almost ⁇ lbenningungs / cooling level (about 230 ° C), then in the last third of the catalyst bed again rise up to 235 ° C and briefly before the end of the catalyst bed again fall to almost 230 ° C.
  • the liquid effluents from the separators were collected and pooled and analyzed by gas chromatography (GC area percent). It found 98.3% THF and 1, 5% n-butanol. The remainder consisted of several compounds, not more than 0.05% as a single component, such as n-butyraldehyde, dibutyl ether and gamma-butyrolactone.
  • the hydrogenation effluent contained 95.1% THF, 1.8% n-butanol, 2.8% gamma-butyrolactone, 0.1% BSA, and below 0.05% each, e.g. n-butyraldehyde, butyric acid, dibutyl ether and methyl butyl ether.
  • Example 2b according to the invention:
  • Comparative Example 2 was repeated with the difference that above the one liter of catalyst instead of 100 ml of glass beads in this order 10 ml glass beads, 50 ml CuO (60 wt .-%) / Al203 3 mm tablets, and 40 ml glass beads were filled.
  • the glass spheres between the two Cu catalysts served to make it easier to remove separately for the purpose of analysis.
  • the filling height of the 50 ml catalyst was about 10 cm taking into account the internal diameter of the reactor and the inner tube with the thermocouples.
  • the product is purified by distillation in three columns, the first column essentially discharging water, butanol and gamma-butyrolactone via the bottom, the second column, which is operated at a higher pressure than the first column, overhead. distilled off ser / THF azeotrope, which is recycled to the first column, and the bottom gives anhydrous THF, which is essentially freed of butyraldehyde (bottom product) in a third column.
  • the resulting THF has a purity of> 99.9% and can be used as such, for example, for the production of polyTHF. It contains less than 1 ppm by weight N.
  • the 50 ml Cu catalyst tablets were removed under nitrogen blanket in 5 equal fractions and analyzed for their sulfur content. Compared to a sulfur content of 0.01% by weight in the unused catalyst, the sulfur contents in the first two layers were 1, 5 and 0.3% by weight, in the third layer 0.1% and in the fourth. And 5th layer at about 0.02%. Under the reaction conditions, the maximum absorption capacity of the sulfur is therefore at least 1, 5 wt .-%.
  • the succinic anhydride from Example 1 was hydrogenated as a 20% strength by weight aqueous solution on a Re / Pt / C catalyst analogously to Example 1 DE10009817 A1 (feed 100 g / h, temperature 155 ° C., pressure 220 bar, 20 mol of hydrogen / h, 120 ml of catalyst, tubular reactor, 2 cm diameter, trickle-bed procedure Initially the 1,4-butanediol yield was about 95% at 100% conversion (remainder butanol, propanol, THF and gamma-butyrolactone) Sales to 98% and the butanediol yield was only 90%.
  • Example 4 (according to the invention):
  • Example 3 was repeated, with the difference that 50 g / h succinic anhydride at 125 ° C over 100 ml of the catalyst (CuO (60 wt .-%) / Al 2 0 3 3 mm tablets) from Example 2b at 1, 5 bar Overpressure and 5 standard liters of hydrogen / h were conducted in the upflow mode (tubular reactor, oil-heated, 2 cm diameter). The effluent was collected, dissolved in water according to Example 3 and hydrogenated. The hydrogenation result was also after 100 h as at the beginning (98% Butandiolausbeute, 100% conversion).

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Abstract

The invention relates to a method for producing succinic acid anhydride and high purity succinic acid or esters or amides thereof from raw succinic acid which can be obtained by converting biomasses, by transforming the succinic acid into succinic acid anhydride and optionally transforming the succinic acid anhydride to form succinic acid, by separating unwanted secondary components.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid und hochreiner Bernsteinsäure oder ihren Estern oder Amiden  Process for the preparation of succinic anhydride and high purity succinic acid or their esters or amides
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid und hochreiner Bernsteinsäure oder ihren Estern oder Amiden aus Rohbernsteinsäure, die durch Umsetzung von Biomasse erhalten wurde, durch Umwandlung der Bernsteinsäure in Bernsteinsäureanhydrid und gegebenenfalls Umwandeln des Bernsteinsäureanhydrids zu Bernsteinsäure, unter Ab- trennung störender Nebenkomponenten. The invention relates to processes for the preparation of succinic anhydride and highly pure succinic acid or their esters or amides from succinic acid, which was obtained by reacting biomass, by conversion of succinic acid in succinic anhydride and optionally converting the succinic anhydride to succinic acid, with removal of interfering secondary components.
Die Herstellung von Bernsteinsäure aus Biomasse ist beispielsweise in WO 2010/092155 A1 beschrieben. Ferner beschreibt diese WO auch die Weiterverwendung von Bernsteinsäure oder ihrem Diester zur Gewinnung von THF, Butandiol und/oder gamma-Butyrolacton, wobei die Es- ter beispielsweise durch Reaktivdestillationsveresterung von Diammoniumsuccinat erhalten werden. Ansonsten werden Salze der Bernsteinsäure durch saure lonentauscher, die dann beispielsweise mit HCl regeneriert werden, in freie Bernsteinsäure umgewandelt. Die Reinigung dieser so erhaltenen Bernsteinsäure erfolgt dann durch Aufkonzentration und Kristallisation. In Beispiel 9 wird die Reinheit der Bernsteinsäure mit 99,8 % angegeben. Nicht beschrieben ist, welche Verunreinigungen enthalten sind. Auch Bernsteinsäureanhydrid ist nicht erwähnt. The production of succinic acid from biomass is described, for example, in WO 2010/092155 A1. Furthermore, this WO also describes the further use of succinic acid or its diester for obtaining THF, butanediol and / or gamma-butyrolactone, the esters being obtained, for example, by reactive distillation esterification of diammonium succinate. Otherwise, salts of succinic acid are converted into free succinic acid by acidic ion exchangers, which are then regenerated with HCl, for example. The purification of this succinic acid thus obtained is then carried out by concentration and crystallization. In Example 9, the purity of succinic acid is given as 99.8%. It is not described which impurities are contained. Succinic anhydride is not mentioned.
Die Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid aus Bernsteinsäure ist an sich bekannt. In der DE-1 141 282 B wird die Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid durch Zuführung flüssiger Bernsteinsäure in eine Kolonne beschrieben, wobei Wasser über Kopf abdestilliert und das An- hydrid mit einer Reinheit von 95 - 97 % über Sumpf anfällt. Über die Verunreinigungen wird nichts ausgesagt. Gemäß FR 1 386 278 wird Bernsteinsäure destillativ entwässert, wobei das Anhydrid im Rückstand verbleibt. Gemäß Org. Lett. 2011 , 13, 892 wird Bernsteinsäure in einem homogen-katalysierten Verfahren mit dem Katalysator als Schwersieder gebildet; die Aufreinigung erfolgt durch Fällung des Anhydrids und Filtration der Reaktionsmischung. The production of succinic anhydride from succinic acid is known per se. DE-1 141 282 B describes the preparation of succinic anhydride by adding liquid succinic acid to a column, wherein water distils off overhead and the anhydride is obtained at a purity of 95-97% from the bottom. Nothing is said about the impurities. According to FR 1 386 278 succinic acid is dewatered by distillation, the anhydride remaining in the residue. According to Org. Lett. 2011, 13, 892 succinic acid is formed in a homogeneous-catalyzed process with the catalyst as a high boiler; the purification is carried out by precipitation of the anhydride and filtration of the reaction mixture.
JP 2003 1 13 3171 A beschreibt die Reinigung von Bernsteinsäureanhydrid durch Destillation, wobei bei der Destillation der Rohbernsteinsäure zur Vermeidung von Verfärbungen des Produktes die Sumpftemperatur bei Unterdruck zwischen 125 und 200 °C liegt. Lediglich Dilactone werden als zu vermeidende Verunreinigungen beschrieben. Nicht erwähnt ist die Herstellung des Bernsteinsäureanhydrids durch aus fermentativen Verfahren gewonnener Bernsteinsäure. JP 2003 1 13 3171 A describes the purification of succinic anhydride by distillation, wherein in the distillation of the succinic acid to avoid discoloration of the product, the bottom temperature at a reduced pressure between 125 and 200 ° C. Only dilactones are described as impurities to be avoided. Not mentioned is the production of succinic anhydride by succinic acid obtained by fermentative processes.
Im Gegensatz zu Produkten die durch klassische chemische Reaktionen hergestellt werden, liegt die Besonderheit von Produkten, die aus Biomasse erhalten werden, in der ungleich höheren Anzahl von Nebenkomponenten, die nachfolgende Anwendungen stören können, vor allem, wenn Polymere mit langen Kettenlängen entstehen sollen, bei denen monofunktionelle Gruppen den Aufbau von Ketten stören. Im hier vorliegenden Fall sind Hauptanwendungen von Bernsteinsäure oder Bernsteinsäureanhydrid beispielsweise die Herstellung von THF und hieraus vonPolytetrahydrofuran oder über die Hydrierung zu 1 ,4-Butandiol die Herstellung von Polyes- tern oder Polyurethanen sowie durch Veresterung mit Polyolen die Herstellung von Polybern- steinsäureestern oder durch Umsetzung mit Polyaminen zu Polybernsteinsäureamiden. Ferner können Nebenkomponenten störend auf Katalysatoren bezüglich Selektivität und Ausbeute des Prozesses einwirken, vor allem aber die Lebensdauer der Katalysatoren negativ beeinflussen. Beispiele dieser störenden Nebenkomponenten, die bereits in Mengen unterhalb von 1 Gew.- ppm schädlich sein können, sind die Elemente N, P, S, As, Sb, Bi, Sn und Halogene wie Cl, Br und I. Unlike products made by classical chemical reactions, the particularity of products obtained from biomass is due to the disproportionately high number of minor components that may interfere with subsequent applications, especially when long chain length polymers are to be formed which monofunctional groups disrupt the construction of chains. In the present case, the main uses of succinic acid or succinic anhydride are, for example, the preparation of THF and from it polytetrahydrofuran or, via the hydrogenation to 1,4-butanediol, the preparation of polyesters. Tern or polyurethanes and by esterification with polyols, the production of polyamic acid esters or by reaction with polyamines to Polybernsteinsäureamiden. Furthermore, secondary components can interfere with the catalysts in terms of selectivity and yield of the process, but above all have a negative effect on the service life of the catalysts. Examples of these interfering secondary components, which may be harmful even in amounts below 1 ppm by weight, are the elements N, P, S, As, Sb, Bi, Sn and halogens such as Cl, Br and I.
N-enthaltende Verbindungen, vor allem, wenn sie basische Eigenschaften besitzen, können saure Zentren auf Katalysatoren belegen und damit gewünschte Eigenschaften zerstören. Insbesondere sind die Stickstoff-enthaltenden Verbindungen schädlich, wenn sie z. B. einen Hydrierschritt durchlaufen, da dabei viele von ihnen erst zu basisch wirkenden Verbindungen werden. Dies kann dann den Hydrierschritt oder nachfolgende Prozesse behindern. Hier ist wiederum die Polymerisation von THF negativ betroffen, da diese in der Regel in Gegenwart saurer Katalysatoren durchgeführt wird. Insbesondere bei der Hydrierung von Bernsteinsäureanhydrid in Gegenwart von N-haltigen Verbindungen, insbesondere von Ammoniak oder solchen, die diesen freisetzen können, kann leicht Pyrrolidin entstehen, das den Hydrierprozess behindert und aufgrund seines Siedepunktes ähnlich wie THF von diesem nur schwer abtrennbar ist, und später die Polymerisation stört. Des Weiteren sind solche N-haltigen Komponenten schädlich für die Herstellung von Polybernsteinsäureester, da sie ein freies Ende der Bernsteinsäure blockieren und somit das Kettenwachstum behindern können. Zusätzlich können N-haltige Verunreinigungen bei der Herstellung von Bernsteinsäureamiden mit einem zugesetzten Amin konkurrieren und ungewollt zu einem Copolymer führen. Verbindungen, die P, S, As, Sb, Bi, Sn oder Halogene wie Cl, Br und I enthalten, sind unerwünscht, da sie zum Teil nicht nur für die Umwelt giftig sind, sondern auch Hydrierkatalysatoren vergiften können. Viele dieser Verbindungen sind flüchtig, so dass sie destillative Reinigungsprozesse zum Teil überstehen bzw. in Gasphasenprozessen in den zu hydrierenden Strom gelangen können. N-containing compounds, especially if they have basic properties, can occupy acidic sites on catalysts and thus destroy desired properties. In particular, the nitrogen-containing compounds are detrimental if, for. B. undergo a hydrogenation step, since many of them are only to basic acting compounds. This can then hinder the hydrogenation step or subsequent processes. Here, in turn, the polymerization of THF is negatively affected, since this is usually carried out in the presence of acidic catalysts. In particular, in the hydrogenation of succinic anhydride in the presence of N-containing compounds, in particular ammonia or those which can release them, pyrrolidine can easily arise, which hinders the hydrogenation process and due to its boiling point similar to THF is difficult to separate from this, and later the polymerization interferes. Furthermore, such N-containing components are detrimental to the production of polysuccinic acid esters because they can block a free end of succinic acid and thus hamper chain growth. In addition, N-containing impurities may compete with an added amine in the production of succinic amides and unintentionally lead to a copolymer. Compounds containing P, S, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br and I are undesirable because some of them are not only toxic to the environment but can also poison hydrogenation catalysts. Many of these compounds are volatile, so that they survive part of distillative purification processes or can get into the stream to be hydrogenated in gas phase processes.
In fermentativen Prozessen zur Herstellung von Bernsteinsäure entsteht beispielsweise als Säure nicht nur Bernsteinsäure, sondern auch eine Reihe anderer Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure. Diese sind aufgrund ihrer Säurestärke in der Lage, Katalysatoren zu schädigen. In fermentative processes for the production of succinic acid, for example, the acid produced is not only succinic acid, but also a number of other acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid. These are due to their acidity in a position to damage catalysts.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid und hochreiner Bernsteinsäure, ausgehend von fermentativ hergestellter Bernsteinsäure, das die Nachteile bekannter Verfahren vermeidet und die gewünschten Produkte in hoher Ausbeute und Reinheit liefert. Ein in einem möglichen nachfolgenden Hyd- rierschritt eingesetzter Hydrierkatalysator soll eine lange Lebensdauer aufweisen. Zudem soll das Verfahren möglichst unaufwendig durchzuführen sein. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid, umfassend die Schritte a) fermentative Herstellung von Bernsteinsäure, b) Überführung der Bernsteinsäure aus Schritt a) unter Wasserabspaltung und Wasserabtrennung in Bernsteinsäureanhydrid, c) Überführung des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt b) in die Gasphase, d) Entfernen von schwefelhaltigen Verbindungen aus dem Bernsteinsäureanhydrid durch Leiten des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt c) über ein festes Schutzbett (guard bed), das die schwefelhaltigen Verbindungen absorbiert e) Absorption des gereinigten Bernsteinsäureanhydrids in einem Lösungsmittel oder Kondensierung des Bernsteinsäureanhydrids als Schmelze oder als Feststoff und durch ein Verfahren zur Herstellung von hochreiner Bernsteinsäure umfassend die Schritte a) bis e) wie vorstehend beschrieben, weiterhin nach Schritt e) den folgenden Schritt f) umfassend f) Umsetzung des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt d) oder e) mit Wasser zu Bernsteinsäure, mit einem Alkohol zu Bernsteinsäureestern oder mit einem Amin zu Bernsteinsäu- reamiden. The object of the present invention is to provide a process for the preparation of succinic anhydride and highly pure succinic acid, starting from succinic acid prepared by fermentation, which avoids the disadvantages of known processes and gives the desired products in high yield and purity. A hydrogenation catalyst used in a possible subsequent hydrogenation step should have a long service life. In addition, the process should be carried out as inexpensively as possible. The object is achieved by a process for the preparation of succinic anhydride, comprising the steps a) fermentative production of succinic acid, b) conversion of succinic acid from step a) with elimination of water and water separation in succinic anhydride, c) conversion of the succinic anhydride from step b) into the gas phase , d) removing sulfur-containing compounds from the succinic anhydride by passing the succinic anhydride from step c) over a guard bed which absorbs the sulfur-containing compounds e) absorbing the purified succinic anhydride in a solvent or condensing the succinic anhydride as a melt or as a solid and by a process for the production of highly pure succinic acid comprising the steps a) to e) as described above, furthermore after step e) the following step f) comprising f) conversion of the succinic anhydride from step d) o the e) with water to succinic acid, with an alcohol to succinic acid esters or with an amine to succinic acid amides.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, dass bei der Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid und hochreiner Bernsteinsäure ausgehend von fermentativ hergestellter Rohbernsteinsäure z. B. die Hydrierung zu Tetrahydrofuran, 1 ,4-Butandiol und/oder gamma Butyrolacton oder über die Hydrierung zu 1 ,4-Butandiol die Herstellung von Polyestern oder Polyurethanen oder durch Veresterung mit Diolen die Herstellung von Polybernsteinsäureester sowie durch Reaktion mit Aminen die Bildung von Polyamiden mit einer hohen Lebensdauer des Katalysators durchgeführt werden kann, wenn fermentativ hergestellte Bernsteinsäure über das Bernsteinsäureanhydrid aufgereinigt wird, und schwefelhaltige Verbindungen aus dem Bernsteinsäureanhydrid mithilfe eines festen Schutzbettes (guard bed) entfernt werden. It has been found according to the invention that, in the production of succinic anhydride and highly pure succinic acid starting from fermentatively produced succinic acid, for. B. the hydrogenation to tetrahydrofuran, 1, 4-butanediol and / or gamma butyrolactone or via the hydrogenation to 1, 4-butanediol the preparation of polyesters or polyurethanes or by esterification with diols, the production of Polybernsteinsäureester and by reaction with amines the formation of Polyamides can be carried out with a high catalyst life, when succinic acid prepared by fermentation is purified over the succinic anhydride, and sulphurous compounds are removed from the succinic anhydride using a guard bed.
Neben schwefelhaltigen Verbindungen werden vorzugsweise auch weitere störende Verbindungen, die P, As, Sb, Bi, Sn oder Halogene wie Cl, Br oder I enthalten, durch das Schutzbett absorbiert, so dass sie nicht in den zu hydrierenden Strom gelangen, der mit dem Hydrierkatalysator kontaktiert wird. Schritt a) In addition to sulfur-containing compounds, other interfering compounds which contain P, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br or I are preferably also absorbed by the protective bed so that they do not enter the stream to be hydrogenated which reacts with the hydrogenation catalyst will be contacted. Step a)
Fermentation bezeichnet in der Biologie eine Form von enzymatischer Umwandlung organischer Stoffe. Die Fermentation wird bei vielen biotechnologischen Produktionsverfahren ange- wendet. Dies geschieht beispielsweise durch Zugabe der benötigten Enzyme oder durch Zugabe von Bakterien-, Pilz- oder sonstigen biologischen Zellkulturen, die die Fermentation im Rahmen ihres enzymkatalysierten Stoffwechsels ausführen. Fermentation in biology is a form of enzymatic conversion of organic matter. The fermentation is used in many biotechnological production processes. This is done, for example, by adding the required enzymes or by adding bacterial, fungal or other biological cell cultures that carry out the fermentation as part of their enzyme-catalyzed metabolism.
Dabei enthält die Fermentationsbrühe vorzugsweise Enzyme, Bakterien, Pilze und/oder sonsti- ge biologische Zellkulturen. Zudem enthält die Fermentationsbrühe Biomasse. The fermentation broth preferably contains enzymes, bacteria, fungi and / or other biological cell cultures. In addition, the fermentation broth contains biomass.
Unter Biomasse werden beispielsweise Stoffe verstanden, die entweder direkt in der Natur vorkommen wie Stärke, Zellulose oder Zucker, oder daraus abgeleitet sind wie Glycerin und durch Spaltung entstandene Zucker wie Glukose, Saccharose usw., sowie CO2. In diesem Zusam- menhang sei auf WO 2010/092155 A1 und die darin genannten Rohstoffquellen verwiesen. Die bevorzugte Herstellung der Bernsteinsäure verläuft über Fermentation. By biomass are meant, for example, substances that occur either directly in nature, such as starch, cellulose or sugar, or derived therefrom, such as glycerol and sugars formed by cleavage, such as glucose, sucrose, etc., as well as CO2. In this connection, reference is made to WO 2010/092155 A1 and the raw material sources mentioned therein. The preferred preparation of succinic acid is via fermentation.
Die benötigten Mikroorganismen können auf den Ausgangsstoffen bereits vorhanden sein. Bevorzugt werden jedoch in erfindungsgemäßen Fermentationsverfahren Reinzuchtzellkulturen zugegeben, um die Fermentation besser zu kontrollieren und unerwünschte Nebenprodukte auszuschließen. Daher ist die sterile Betriebsweise des Reaktors wichtig. The required microorganisms may already be present on the starting materials. Preferably, however, pure culture cell cultures are added to the fermentation process according to the invention in order to better control the fermentation and to exclude undesired by-products. Therefore, the sterile operation of the reactor is important.
Das Haupteinsatzgebiet der Fermentation ist die Biotechnologie zur Herstellung unterschiedlichster Fermentationsprodukte, wie Bioethanol, Aminosäuren, organische Säuren, wie Milch- säure, Zitronensäure und Essigsäure, Enzyme, wie Phytase, Antibiotika und andere pharmazeutische Produkte, Biomonomere und Biopolymere. The main field of application of fermentation is biotechnology for the production of various fermentation products such as bioethanol, amino acids, organic acids such as lactic acid, citric acid and acetic acid, enzymes such as phytase, antibiotics and other pharmaceutical products, biomonomers and biopolymers.
Für eine detaillierte Beschreibung der Fermentation kann auf WO 2009/024294 und For a detailed description of the fermentation can be found on WO 2009/024294 and
WO 2010/092155 verwiesen werden. Die erfindungsgemäßen Reaktoren können gerührte Fer- mentierer sowie auch Blasensäulen ersetzen. Fermentationsverfahren sind allgemein in Chmiel; Bioprozesstechnik: Einführung in die Bioverfahrenstechnik, Bd 1 , sowie in Chmiel, Hammes and Bailey; Biochemical Engineering, beschrieben. Es kann sich um Batchverfahren, Fed-Batch, wiederholtes Fed-Batch oder kontinuierliche Fermentationsverfahren mit oder ohne Rückführung der Biomasse handeln. Hierbei wird zur Erhöhung der Ausbeute oft mit Luft, Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Methan, Wasserstoff, Stickstoff oder geeigneten Gasmischungen durchströmt.  WO 2010/092155 be referenced. The reactors according to the invention can replace stirred fermenters as well as bubble columns. Fermentation processes are generally in Chmiel; Bioprocess Technology: Introduction to Bioprocess Engineering, Volume 1, as well as in Chmiel, Hammes and Bailey; Biochemical Engineering. It may be batch, fed batch, repeated fed batch or continuous fermentation with or without biomass recirculation. This is often used to increase the yield with air, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methane, hydrogen, nitrogen or suitable gas mixtures.
Die Fermentationsbrühe kann auch vorbehandelt werden, beispielsweise kann die Biomasse aus der Fermentationsbrühe entfernt werden. Hierzu können beispielsweise Methoden wie Filt- ration, Sedimentation und Flotation angewendet werden. Die Biomasse kann durch Zentrifugie- ren, Separatoren, Dekanter, Filter oder Entflotationsvorrichtungen entfernt werden. Zudem kann die Biomasse gewaschen werden, beispielsweise in Form einer Diafiltration, um die Produkt- ausbeute zu maximieren. Die Fermentationsbrühe kann zudem konzentriert werden, beispielsweise durch Eindampfen bei geeigneten Bedingungen. Geeignete Verdampfer sind bekannt. The fermentation broth may also be pretreated, for example, the biomass may be removed from the fermentation broth. For example, methods such as filtration, sedimentation and flotation can be used. The biomass can be removed by centrifuging, separators, decanters, filters or de-flotation devices. In addition, the biomass can be washed, for example in the form of a diafiltration, to remove the product maximize yield. The fermentation broth can also be concentrated, for example by evaporation under suitable conditions. Suitable evaporators are known.
Die Fermentation kann erfindungsgemäß insbesondere zur Herstellung von Bernsteinsäure oder Salzen oder Derivaten davon eingesetzt werden. Geeignete Methoden sind beispielsweise in WO 2010/092155 auf Seiten 17 bis 19 und in den Beispielen beschrieben. The fermentation can be used according to the invention in particular for the preparation of succinic acid or salts or derivatives thereof. Suitable methods are described for example in WO 2010/092155 on pages 17 to 19 and in the examples.
Nach der Fermentation, z. B. gemäß WO 2010/092155 A1 , erfolgt im Allgemeinen die Abtrennung der Biomasse vom Produkt, beispielsweise durch Filtration. Dabei werden Feststoffe, ins- besondere Zellen, abgetrennt. Produkt der Fermentation kann die Bernsteinsäure direkt sein, jedoch werden derzeit die höchsten Ausbeuten erzielt, wenn die Bernsteinsäure als Salz gewonnen wird, damit die Fermentation in einem pH-Bereich zwischen 6 und 8 ablaufen kann. Diese Salze sind beispielsweise Mono- und Disalze der Bernsteinsäure mit Ammoniak oder Aminen, sowie der Alkali- oder Erdalkalimetalle. Es sind auch Mischungen möglich. Aus diesen Salzen ist die Bernsteinsäure durch Ansäuern gewinnbar. Dies kann beispielsweise mithilfe von sauren lonentauschern geschehen, die anschließend im allgemeinen mit Mineralsäuren wie Salz- oder Schwefelsäure wieder regeneiert werden, oder durch Ansäuern mit Säuren wie Ameisensäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Kohlensäure oder Phosphorsäure. Ebenfalls möglich ist auch die sog. Elektrodialyse, bei der mittels Strom und Membranen, wässrige Bernsteinsäu- relösung und, je nach Gegenion der Bernsteinsäure z.B. Alkali- oder Erdalkalihydroxide entstehen, die in die Fermentation rückgeführt werden können. After the fermentation, z. B. according to WO 2010/092155 A1, generally carried out the separation of the biomass from the product, for example by filtration. In the process, solids, in particular cells, are separated off. The product of the fermentation may be succinic acid directly, but at present the highest yields are achieved when the succinic acid is recovered as a salt so that the fermentation can proceed in a pH range between 6 and 8. These salts are, for example, mono- and disalts of succinic acid with ammonia or amines, as well as the alkali or alkaline earth metals. There are also mixtures possible. From these salts, the succinic acid is obtainable by acidification. This can be done, for example, with the aid of acidic ion exchangers, which are then regenerated in general with mineral acids such as hydrochloric or sulfuric acid, or by acidification with acids such as formic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, carbonic acid or phosphoric acid. Also possible is the so-called electrodialysis, in which by means of stream and membranes, aqueous succinic acid solution and, depending on the counterion of succinic acid, e.g. Alkali or alkaline earth hydroxides are formed, which can be recycled to the fermentation.
In Abhängigkeit von den im Herstellungsverfahren anfallenden Verunreinigungen und der Aufarbeitung zur aufgereinigten Bernsteinsäure kann diese Verbindungen, die P, S, As, Sb, Bi, Sn oder Halogene wie Cl, Br und I enthalten, aufweisen. Depending on the impurities obtained in the preparation process and the work-up for the purified succinic acid, these compounds containing P, S, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br and I can exhibit.
Da die Fermentation in Wasser durchgeführt wird, fällt Bernsteinsäure bzw. deren Salze zumeist als wässrige Lösungen an. Das Ansäuern der Salze zur Gewinnung freier Bernsteinsäure ist zumeist ebenfalls ein wässriger Prozess unter Gewinnung von wässrigen Bernsteinsäurelö- sungen mit einem Gehalt von im Allgemeinen 1 bis 15 Gew.-% Bernsteinsäure, die je nach Konzentration ggf. temperiert werden muss, damit Bernsteinsäure nicht ausfällt, sofern man dieses nicht wünscht. Since the fermentation is carried out in water, succinic acid or its salts is usually obtained as aqueous solutions. The acidification of the salts to obtain free succinic acid is usually also an aqueous process to obtain aqueous succinic acid solutions containing generally 1 to 15 wt .-% succinic acid, which may need to be tempered depending on the concentration, so that succinic acid does not precipitate if you do not want this.
Es ist auch möglich, vor dem Ansäuern der Salze die Lösungen durch Entfernung von Wasser, beispielsweise durch Abdestillieren oder durch Pervaporation, aufzukonzentrieren. Anschließend kann die zumeist warme Salzlösung mit einem Gehalt von beispielsweise 10 bis 60 Gew.-% Bernsteinsäure-Salz bei Temperaturen von 20 - 100°C angesäuert werden. Anschließend kann abgekühlt werden, damit die Bernsteinsäure ausfällt. Die auskristallisierte Bernsteinsäure wird anschließend von der wässrigen Salzlösung, beispielsweise Na- oder Mg-Salze von Salz- oder Schwefelsäure, abfiltriert. It is also possible, before the acidification of the salts, to concentrate the solutions by removing water, for example by distilling off or by pervaporation. Subsequently, the usually warm salt solution with a content of, for example, 10 to 60 wt .-% succinic acid salt at temperatures of 20 - 100 ° C are acidified. Then it can be cooled down so that the succinic acid precipitates. The crystallized succinic acid is then filtered from the aqueous salt solution, for example Na or Mg salts of hydrochloric or sulfuric acid.
Ein erstes Kristallisat der Bernsteinsäure kann zur weiteren Aufreinigung, allerdings unter Verlusten an Produkt durch Ausschleusungen, ein weiteres Mal in Wasser aufgelöst und wieder kristallisiert werden. Dies kann so oft geschehen, bis man die Bernsteinsäure bis zur gewünschten Spezifikation aufgereinigt hat, allerdings nimmt die Ausbeute mit jedem Kristallisationsschritt ab. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt maximal zwei Mal kristallisiert, besonders bevorzugt maximal ein Mal. Dies auch deshalb, weil Kristallisationen nicht nur die Ausbeute vermindern, sondern auch die Investitionen hierfür beträchtlich sind. A first crystallizate of succinic acid can be further dissolved in water for further purification, but with losses of product by discharges, and again dissolved in water be crystallized. This can be done until the succinic acid has been purified to the desired specification, but the yield decreases with each crystallization step. In the method according to the invention is preferably crystallized a maximum of two times, more preferably at most one time. This is also because crystallizations not only reduce the yield, but also the investment for this are considerable.
Die auf diese Weise hergestellt Bernsteinsäure enthält im Allgemeinen folgende Verunreinigungen, wobei die Menge an Verunreinigungen mit der Anzahl an Reinigungsschritten abnimmt, wobei nachstehend mit HCl angesäuert wurde und sich die %-Angaben auf Gew.-% bzw. Gew.- ppm berechnet auf das jeweilige Element beziehen. The succinic acid prepared in this way generally contains the following impurities, the amount of impurities decreasing with the number of purification steps, followed by acidifying with HCl and calculating the percentages by wt refer to each element.
Kristalle nach 1 . Kristallisation: Crystals after 1. crystallization:
Summe aus Halogen berechnet als Chlor 0,01 bis 2 % Total of halogen calculated as chlorine 0.01 to 2%
Schwefel 0,001 bis 0,1 % Sulfur 0.001 to 0.1%
Stickstoff 0,001 bis 0,1 % Nitrogen 0.001 to 0.1%
Phosphor 0,01 bis 100 ppm Phosphorus 0.01 to 100 ppm
Arsen, Antimon, Wismuth, Zinn in Summe 0,01 bis 20 ppm  Arsenic, antimony, bismuth, tin in total 0.01 to 20 ppm
Magnesium 0,1 bis 1000 ppm Magnesium 0.1 to 1000 ppm
Eisen, Mangan, Chrom, Molybdän in Summe 0,1 bis 100 ppm  Iron, manganese, chromium, molybdenum in total from 0.1 to 100 ppm
Calcium 0,1 bis 100 ppm Calcium 0.1 to 100 ppm
Natrium, Kalium in Summe 0,1 bis 100 ppm  Sodium, potassium in total from 0.1 to 100 ppm
Kristalle nach 2. Kristallisation: Crystals after 2nd crystallization:
Summe aus Halogen berechnet als Chlor 0,01 bis 20 ppm  Total of halogen calculated as chlorine 0.01 to 20 ppm
Schwefel 0,01 bis 10 ppm Sulfur 0.01 to 10 ppm
Stickstoff 0,01 bis 10 ppm Nitrogen 0.01 to 10 ppm
Phosphor 0,01 bis 3 ppm Phosphorus 0.01 to 3 ppm
Arsen, Antimon, Wismut, Zinn in Summe 0,01 bis 3 ppm  Arsenic, antimony, bismuth, tin in total 0.01 to 3 ppm
Magnesium 0,01 bis 3 ppm Magnesium 0.01 to 3 ppm
Eisen, Mangan, Chrom, Molybdän in Summe 0,01 bis 3 ppm Iron, manganese, chromium, molybdenum in total 0.01 to 3 ppm
Calcium 0,01 bis 3 ppm Calcium 0.01 to 3 ppm
Natrium, Kalium in Summe 0,01 bis 3 ppm Sodium, potassium in total 0.01 to 3 ppm
Erfindungsgemäß liegt vorzugsweise der Schwefelgehalt, bezogen auf Bernsteinsäure, am En- de von Schritt a) im Bereich von 0,001 bis 0,1 Gew.-% oder 0,01 bis 10 ppm. According to the invention, the sulfur content, based on succinic acid, at the end of step a) is preferably in the range from 0.001 to 0.1% by weight or 0.01 to 10 ppm.
Vorzugsweise wird in Schritt a) Bernsteinsäure fermentativ aus mindestens einer Kohlenstoffquelle hergestellt und nach Abtrennen der Biomasse aus der Fermentationsbrühe durch Ansäuern in die Säureform überführt. Besonders bevorzugt wird die so hergestellte Bernsteinsäure ohne weitere/zusätzliche Reinigungsschritte in Schritt b) überführt. Preferably, in step a) succinic acid is produced by fermentation from at least one carbon source and, after separation of the biomass from the fermentation broth, is converted by acidification into the acid form. Particularly preferably, the succinic acid thus prepared is converted without further / additional purification steps in step b).
In den nachfolgenden Schritten angegebene Temperaturangaben beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf den Sumpf der jeweiligen Verdampfung oder Destillation. Angegebene Drücke beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf den Kopf der Destillation (Kopfdruck). Bei einfachen Verdampfungen handelt es sich um den Druck in der Verdampfungsstufe. Unless indicated otherwise, the temperature data given in the following steps refer to the bottoms of the respective evaporation or distillation. specified Unless otherwise stated, pressures refer to the top of the distillation (top pressure). Simple evaporation is the pressure in the evaporation stage.
Die erfindungsgemäß gebrauchten Ausdrücke„Hochsieder" und„Leichtsieder" beschreiben gegenüber dem jeweiligen Referenzprodukt höher oder niedriger siedende Verbindungen, beispielsweise gegenüber Bernsteinsäureanhydrid oder Bernsteinsäure höher oder niedriger siedende Verbindungen, die entsprechend bei gleichem Druck bei niedrigerer oder höherer Temperatur verdampfen/sieden. Schritt b) The terms used in this invention "high boilers" and "low boilers" describe over the respective reference product higher or lower boiling compounds, for example succinic or succinic higher or lower boiling compounds, the corresponding evaporation at the same pressure at lower or higher temperature / boiling. Step b)
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird nun Bernsteinsäure als wässrige Lösung oder als Schmelze, die noch Wasser enthalten kann, in den erfindungsgemäßen Schritt b) eingebracht. Je nach Wassergehalt kann in einem ersten Schritt Lösungswasser entfernt werden, wobei da- bei bereits die Umwandlung von Bernsteinsäure ins Anhydrid ablaufen kann, wobei dabei wiederum Wasser freigesetzt wird, das in diesem Schritt dann mit abgetrennt wird. Bevorzugt wird eine Bernsteinsäurelösung mit einer Konzentration von 5 - 50 Gew.-% in eine oder mehrere hintereinander oder parallel geschaltete Verdampfungsvorrichtungen eingebracht, in der vorzugsweise bei 100 bis 250°C (Temperatur gemessen im Sumpf) und vorzugsweise bei Drücken von 50 bis 1000 mbar absolut Wasser abdestilliert wird. Bevorzugt sind 150 bis 220°C, besonders bevorzugt 150 bis 200°C bei bevorzugten Drücken von 0,1 bis 0,5 bar absolut, besonders bevorzugt bei 0,15 bis 0,3 bar absolut. Zur optimalen Energieausnutzung können die Verdampfungseinrichtungen, ggf. mit anderen Anlageneinheiten, in einem Wärmeverbund gekoppelt sein. Auf der Verdampfungsvorrichtung kann eine Kolonne aufgesetzt sein, die durch Rücklauf den Verlust an Bernsteinsäure bzw. Anhydrid vermeidet. Die Verdampfervorrichtung kann beispielsweise ein einfacher Kessel sein, der gerührt und/oder umgepumpt werden kann. Möglich ist ebenfalls ein Fallfilm-, Dünnschicht-, Naturumlauf-, Zwangsumlauf- oder Wendelrohrverdampfer. Das Sumpfprodukt, in dem sich bereits gebildetes Bernsteinsäureanhydrid befindet und das einen Wassergehalt von vorzugsweise 0,01 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 15 Gew.% besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% aufweist, kann nun als solches in den Schritt c) überführt werden, oder es kann in einer weiteren Destillationseinheit weiter umgesetzt und aufkonzentriert werden. In the process according to the invention, succinic acid is now introduced into the inventive step b) as an aqueous solution or as a melt which may still contain water. Depending on the water content, solution water can be removed in a first step, in which case the conversion of succinic acid into the anhydride can already take place, whereby in turn water is liberated, which is then separated off in this step. A succinic acid solution having a concentration of 5-50% by weight is preferably introduced into one or more evaporation devices connected in series or in parallel, preferably at 100 to 250 ° C. (temperature measured in the bottom) and preferably at pressures of 50 to 1000 mbar absolutely distilled off water. Preferably 150 to 220 ° C, more preferably 150 to 200 ° C at preferred pressures of 0.1 to 0.5 bar absolute, more preferably 0.15 to 0.3 bar absolute. For optimal energy utilization, the evaporation devices, possibly with other system units, be coupled in a heat network. On the evaporation apparatus, a column can be placed, which avoids the loss of succinic acid or anhydride by reflux. For example, the evaporator device may be a simple kettle that can be agitated and / or recirculated. Also possible is a falling film, thin film, natural circulation, forced circulation or spiral tube evaporator. The bottom product in which already formed succinic anhydride is and which has a water content of preferably 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 15% by weight, particularly preferably 0.1 to 10% by weight, can now as such are transferred to step c), or it can be further reacted and concentrated in a further distillation unit.
Schritt c) Step c)
In Schritt c) wird das Bernsteinsäureanhydrid aus Schritt b) in die Gasphase überführt. In step c), the succinic anhydride from step b) is converted into the gas phase.
Vorzugsweise kann Schritt c) in mindestens einer Destillationsvorrichtung bei einem Kopfdruck im Bereich von 0,02 bis 2 bar und einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 300°C unter Abtrennung von Hochsiedern über den Sumpf durchgeführt werden. Bevorzugt wird in dieser Ausführungsform Schritt c) bei niedrigerem Druck als Schritt b) durchgeführt, und in Schritt c) werden Wasser und gegebenenfalls Leichtsieder über Kopf abgetrennt, und gasförmiges Bernsteinsäureanhydrid wird über einen Seitenabzug gewonnen. Alternativ können Schritt b) und Schritt c) zusammengefasst und in mindestens einer Destillationsvorrichtung bei einem Kopfdruck im Bereich von 0,02 bis 2 bar und einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 300 °C unter Abtrennung von Hochsiedern über den Sumpf, Abtrennung von Wasser über Kopf und Gewinnung von gasförmigem Bernsteinsäureanhydrid über einen Seitenabzug durchgeführt werden. Nachstehend sind die einzelnen Verfahrensalternativen näher erläutert. Preferably, step c) can be carried out in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers via the bottom. Preferably, in this embodiment, step c) is carried out at a lower pressure than step b), and in step c) water and optionally low boilers are removed overhead, and gaseous succinic anhydride is recovered via a side draw. Alternatively, step b) and step c) can be combined and in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers via the bottom, separation of water over Head and recovery of gaseous succinic anhydride are carried out via a side draw. The individual process alternatives are explained in more detail below.
Zusammen mit dem Wasser werden in diesem Schritt bevorzugt schädliche Carbonsäuren wie v.a. Ameisensäure und Essigsäure entfernt, damit diese später nicht durch Korrosion am Katalysator diesen schädigen können. Together with the water, harmful carboxylic acids such as v. A. Removed formic acid and acetic acid, so that they can not damage this later by corrosion on the catalyst.
In dieser weiteren (oder mehreren hintereinander oder parallel geschalteten) Destillationseinheit wird Bernsteinsäureanhydrid, das noch Bernsteinsäure enthalten kann, weiter aufgereinigt bzw. hergestellt. Entscheidend dabei ist, dass Bernsteinsäureanhydrid in die Gasphase gebracht wird, damit es bevorzugt von hochsiedenden Verunreinigungen abgetrennt werden kann. Damit der Reinigungseffekt möglichst hoch ist, wird die Destillation vorzugsweise mit Rücklauf betrieben. Bevorzugt beträgt der Rücklauf bezogen auf die hinzugeführte Menge an Bernsteinsäure/Bernsteinsäureanhydrid zwischen 0,1 und 10 Mengeneinheiten, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Mengeneinheiten. Die Hochsieder werden über Sumpf ausgeschleust. In this further (or more in series or in parallel) distillation unit succinic anhydride, which may still contain succinic acid, further purified or prepared. Crucial here is that succinic anhydride is brought into the gas phase, so that it can be preferably separated from high-boiling impurities. So that the cleaning effect is as high as possible, the distillation is preferably operated with reflux. Preferably, the reflux, based on the added amount of succinic / succinic anhydride, is between 0.1 and 10 units, more preferably 0.2 to 5 units. The high boilers are discharged via swamp.
Bei dieser Stufe gibt es drei bevorzugte Verfahrensvarianten: Gemäß einer Variante erfolgt die Trennung der Hochsieder von gasförmigem Bernsteinsäureanhydrid bei 100 bis 300°C, bevorzugt 150 bis 270°C, besonders bevorzugt 170 bis 250°C (Sumpftemperaturen) und In this variant, there are three preferred process variants: According to one variant, the high boilers of gaseous succinic anhydride are separated at 100 to 300 ° C., preferably 150 to 270 ° C., more preferably 170 to 250 ° C. (bottom temperatures) and
(Kopf)Drücken von 0,02 bis 2 bar absolut, vorzugsweise von 0,03 bis 1 bar und besonders bevorzugt von 0,04 bis 0,5 bar. Dabei wird das erzeugte Bernsteinsäureanhydrid aus der Destillationsvorrichtung ausgeschleust. Anschließend wird es in die erfindungsgemäße Stufe d) überführt. Es ist auch möglich, in einer Kombination der erfindungsgemäßen Schritte c) bis e) das kondensierte Bernsteinsäureanhydrid in ein inertes Lösungsmittel aufzunehmen, das im nachfolgenden Schritt das Bernsteinsäureanhydrid nicht beeinträchtigt oder verändert, oder das Anhydrid als Schmelze zu sammeln und das gelöste bzw. aufgeschmolzene Bernsteinsäureanhydrid flüssig über das Schutzbett zu fahren. Hierbei erfolgt die Trennung der Hochsieder von gas- förmigem Bernsteinsäureanhydrid bei 100 bis 300°C, bevorzugt 150 bis 270°C, besonders bevorzugt 170 bis 250°C (Sumpftemperaturen) und (Kopf)Drücken von 0,02 bis 2 bar absolut, vorzugsweise von 0,03 bis 1 bar und besonders bevorzugt von 0,04 bis 0,5 bar. Anschließend kann Bernsteinsäureanhydrid in einem inerten Lösungsmittel aufgenommen werden. Dies kann in dem Fachmann bekannten Apparaturen erfolgen. Diese beinhalten beispielsweise Absorpti- onskolonnen im Gegen-, Kreuz- oder Gleichstrom, Blasensäulen, Strahldüsenreaktoren,(Head) pressures from 0.02 to 2 bar absolute, preferably from 0.03 to 1 bar and particularly preferably from 0.04 to 0.5 bar. The produced succinic anhydride is discharged from the distillation apparatus. It is then converted into the stage d) according to the invention. It is also possible, in a combination of steps c) to e) according to the invention, to incorporate the condensed succinic anhydride into an inert solvent which does not interfere with or alter the succinic anhydride in the subsequent step, or to collect the anhydride as a melt and the dissolved or melted succinic anhydride to drive fluidly over the protection bed. Here, the separation of the high boilers of gaseous succinic anhydride at 100 to 300 ° C, preferably 150 to 270 ° C, more preferably 170 to 250 ° C (bottom temperatures) and (head) pressures of 0.02 to 2 bar absolute, preferably from 0.03 to 1 bar, and more preferably from 0.04 to 0.5 bar. Subsequently, succinic anhydride can be taken up in an inert solvent. This can be done in apparatus known to those skilled in the art. These include, for example, absorption columns in counter, cross or direct current, bubble columns, jet nozzle reactors,
Schlaufenreaktoren, Rührkesselreaktoren, usw. Anschließend wird das flüssige oder gelöste Bernsteinsäureanhydrid in den erfindungsgemäßen Schritt d) überführt. Gemäß der dritten Variante, die die Zusammenschaltung/Kombination der erfindungsgemäßen Schritte c) bis e) umfasst, erfolgt das Verdampfen von Bernsteinsäureanhydrid in Gegenwart von Wasserstoff, wobei ein Teil des gasförmigen Bernsteinsäureanhydrids zur Erzeugung des Rücklaufes kondensiert. Der Rest gelangt zusammen mit dem Wasserstoff über das Schutzbett in die Hydrierung. Dies wird im allgemeinen bei Sumpftemperaturen von 150 bis 300°C, bevorzugt 160 bis 270°C, besonders bevorzugt 180 bis 250°C bei Drücken (absolut) von 1 bis 65 bar, bevorzugt 2 bis 30 bar, besonders bevorzugt bei 5 bis 20 bar durchgeführt. Loop reactors, stirred tank reactors, etc. Subsequently, the liquid or dissolved succinic anhydride in the step d) according to the invention is transferred. According to the third variant, which comprises the interconnection / combination of steps c) to e) according to the invention, the evaporation of succinic anhydride in the presence of hydrogen, wherein a portion of the gaseous succinic anhydride condenses to produce the reflux. The remainder, together with the hydrogen, passes through the guard bed into the hydrogenation. This is generally at bottom temperatures of 150 to 300 ° C, preferably 160 to 270 ° C, more preferably 180 to 250 ° C at pressures (absolute) of 1 to 65 bar, preferably 2 to 30 bar, particularly preferably from 5 to 20 bar performed.
Zur Steigerung der Ausbeute kann der Bernsteinsäureanhydrid enthaltende Sumpfstrom ganz oder zumindest teilweise in eine oder mehrere vorhergehende Stufen rückgeführt werden. Jedoch wird vor allem bei länger laufenden Prozessen zur Herstellung technischer Produktmengen, eine Ausschleusung zur Vermeidung von Aufpegelungen vorteilhaft sein. Deshalb ist es bevorzugt, diesen Ausschleusestrom in einer weiteren Destillationseinrichtung weiter aufzuarbeiten. Bevorzugt wird hierbei ein Dünnschichtverdampfer eingesetzt, in dem Bernsteinsäure- anhydrid über Kopf abdestilliert, das dann in eine der vorhergehenden Stufen rückgeführt wird. Der Hochsiederstrom wird ausgeschleust. Die Verdampfung wird bei vorzugsweise 100 bis 300°C, bevorzugt 150 bis 270°C, besonders bevorzugt bei 180 - 250°C und Drücken von vorzugsweise 1 bis 200 mbar absolut, bevorzugt zwischen 3 und 100 mbar, besonders bevorzugt bei 5 bis 50 mbar durchgeführt. To increase the yield, the bottom stream containing succinic anhydride may be recycled wholly or at least partially to one or more preceding stages. However, especially in longer running processes for the production of technical product quantities, a discharge to avoid accumulation will be beneficial. Therefore, it is preferable to further work up this discharge stream in a further distillation device. Preference is given here to using a thin-film evaporator in which succinic anhydride distills off via the top, which is then recycled to one of the preceding stages. The high boiler stream is discharged. The evaporation is preferably 100 to 300 ° C, preferably 150 to 270 ° C, particularly preferably 180-250 ° C and pressures of preferably 1 to 200 mbar absolute, preferably between 3 and 100 mbar, more preferably at 5 to 50 mbar carried out.
Um im erfindungsgemäßen Schritt c) schädliche, basische N-haltige Verbindungen zu entfernen, ist es bevorzugt, die basischen Verbindungen in hochsiedende Stoffe zu überführen. Diese basischen N-haltigen Verbindungen können beispielsweise Ammoniak, aliphatische Amine, Aminosäuren usw. sein. Um zu verhindern, dass diese zusammen mit Bernsteinsäureanhydrid in die Gasphase übergehen, ist es vorteilhaft, diese in hochsiedende Verbindungen zu überführen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, indem man in Gegenwart einer Säure arbeitet, die zusammen mit den basischen Verbindungen hochsiedende Salze bildet. Dies sind beispielsweise Salze von hochsiedenden Carbonsäuren wie Adipinsäure, saure Aminosäuren, Sul- fonsäuren wie Dodecylbenzolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Mineralsäuren wie Phosphorsäu- re, Schwefelsäure oder Heteropolysäuren wie Wolframatophosphorsäure. Bevorzugt wird pro Äquivalent basischer Verbindung 1 bis 1 ,5 Mol-Äquivalent Säure zugegeben. Eine weitere bevorzugte, ggf. zur Salzbildung ergänzende Möglichkeit, ist die chemische Umsetzung von basischen N-haltigen Verbindungen, in hochsiedende Verbindungen, z.B. die Bildung von Amiden. Dazu werden sie z.B. zu Sulfonsäure- oder Carbonsäureammoniumsalzen bei Verweilzeiten von 0,1 bis 2 h und Temperaturen von 150 - 300°C umgesetzt. Dies kann beispielsweise in den Sümpfen der Verdampfungseinrichtungen ablaufen. Geeignete Reaktionspartner sind z.B. Sul- fonsäuren oder Carbonsäuren wie oben beschrieben. Werden basische N-haltige Komponenten nicht weitestgehend vor der Hydrierung entfernt, so muss gegebenenfalls damit gerechnet werden, dass die für die Herstellung von THF notwendigen sauren Katalysatorzentren nach und nach neutralisiert werden und dadurch die Ausbeute an THF reduziert wird. Schritt d) In order to remove harmful, basic N-containing compounds in step c) according to the invention, preference is given to converting the basic compounds into high-boiling substances. These basic N-containing compounds may be, for example, ammonia, aliphatic amines, amino acids, etc. In order to prevent these go into the gas phase together with succinic anhydride, it is advantageous to convert them into high-boiling compounds. This can be done, for example, by working in the presence of an acid which, together with the basic compounds, forms high-boiling salts. These are, for example, salts of high-boiling carboxylic acids such as adipic acid, acidic amino acids, sulfonic acids such as dodecylbenzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, mineral acids such as phosphoric acid, sulfuric acid or heteropolyacids such as tungstophosphoric acid. Preferably, 1 to 1, 5 mol equivalent of acid is added per equivalent of basic compound. Another preferred option, which may supplement the salt formation, is the chemical conversion of basic N-containing compounds into high-boiling compounds, for example the formation of amides. For this purpose, they are reacted, for example, to sulfonic acid or carboxylic acid ammonium salts at residence times of 0.1 to 2 hours and at temperatures of 150-300 ° C. This can take place, for example, in the swamps of the evaporation devices. Suitable reaction partners are, for example, sulfonic acids or carboxylic acids as described above. If basic N-containing components are not removed as far as possible before the hydrogenation, it may be expected that the acidic catalyst centers necessary for the production of THF are gradually neutralized, thereby reducing the yield of THF. Step d)
Der erfindungsgemäße Schritt d) ist maßgeblich dafür verantwortlich, dass z. B. ein späterer Prozess, bei dem Bernsteinsäure oder dessen Anhydrid in Derivate davon überführt wird, mög- liehst lange bei hoher Selektivität und hohem Umsatz betrieben werden kann. Dies wird ermöglicht, indem Katalysatorgifte, die flüchtige Verbindungen bilden und zusammen mit Bernsteinsäureanhydrid in die Hydrierung gelangen könnten und z. B. die Elemente P, S, As, Sb, Bi, Sn oder Halogene wie Cl, Br und I, allen voran Schwefel, enthalten, auf Absorber, hier auch als Schutzbett (guard bed) bezeichnet, aufgenommen werden. The inventive step d) is significantly responsible for ensuring that z. For example, a later process in which succinic acid or its anhydride is converted into derivatives thereof may be operated for a long time at high selectivity and high conversion. This is made possible by catalyst poisons, which form volatile compounds and could enter together with succinic anhydride in the hydrogenation and z. As the elements P, S, As, Sb, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br and I, above all sulfur, on absorber, also referred to as a guard bed (guard bed), are added.
Der Absorber, der diese Katalysatorgifte aufnehmen soll, schädigt nach Möglichkeit Bernsteinsäureanhydrid nicht. Der Absorber kann entweder nur zum Entfernen der Katalysatorgifte dienen oder aber auch schon das Bernsteinsäureanhydrid katalytisch in seine gewünschten Produkte weiter umsetzen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei einer weiteren katalytischen Derivatisierung des Bernsteinsäureanhydrids, zum Beispiel bei einer Hydrierung oder Veresterung, beim Absorber und dem nachfolgenden Katalysator um das gleiche Material, so dass diese in einer Schüttung in einem Reaktor eingesetzt werden können. The absorber which is to absorb these catalyst poisons does not harm succinic anhydride if possible. The absorber can either serve only to remove the catalyst poisons or even catalytically convert the succinic anhydride into its desired products. Particularly preferred is a further catalytic derivatization of succinic anhydride, for example in a hydrogenation or esterification, the absorber and the subsequent catalyst to the same material, so that they can be used in a bed in a reactor.
Bevorzugt weist der Absorber ein möglichst scharfes Profil bei hohem Aufnahmevermögen bzgl. der Katalysatorgifte auf. Dabei bedeutet scharfes Profil, dass die genannten Katalysatorgifte im Schutzbett in einem räumlich sehr engen Bereich absorbiert werden und keine breite Verteilung über die Länge des Schutzbetts aufweisen. Hierdurch ist es möglich, verbrauchtes Schutzbett gezielt auszutauschen, wobei nur geringe Mengen an Schutzbett ausgetauscht werden müssen. Bevorzugt ist, dass, gemessen am Verhalten des Schwefels, bei Erreichen von mindestens 90 % der Aufnahmekapazität unter Reaktionsbedingungen, nach weiteren 50 cm, bevorzugt 40 cm, besonders bevorzugt 30 cm entlang des Gasweges bzw. Schutzbettes erst 10 % Schwefel aufgenommen worden ist. Dabei ist zu beachten, dass Absorber, die bedingt durch ihren Her- stellprozess beispielsweise Sulfat enthalten, die Messungen verfälschen können. In diesem Fall ist es notwendig, den„Nullwert" an Schwefel entsprechend von dem Wert, der durch den Schwefel im Feed verursacht wird, abzuziehen. The absorber preferably has the sharpest possible profile with a high absorption capacity with respect to the catalyst poisons. Here, sharp profile means that said catalyst poisons are absorbed in the guard bed in a spatially very narrow range and do not have a broad distribution over the length of the guard bed. This makes it possible to deliberately exchange used protection bed, with only small amounts of protective bed must be replaced. It is preferred that, measured at the behavior of the sulfur, upon reaching at least 90% of the absorption capacity under reaction conditions, after further 50 cm, preferably 40 cm, more preferably 30 cm along the gas path or protective bed only 10% sulfur has been taken. It should be noted that absorbers which, for example, contain sulfate as a result of their production process, can falsify the measurements. In this case, it is necessary to deduct the "zero value" of sulfur corresponding to the value caused by the sulfur in the feed.
Geeignete Absorber zur Entfernung von P, S, As, Sb, Bi, Sn und Halogenen wie Cl, Br und I, insbesondere Schwefel, enthalten z. B. Co, Ru, Re und Cu. Bevorzugt sind Ru und Cu, besonders bevorzugt ist Cu. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Gehalt an Metall, das die Katalysator- gifte aufnehmen kann, möglichst hoch ist. So ist der Gehalt der zur Aufnahme der giftigen Bestandteile geeigneter Absorber, gemessen als Element, vorzugsweise größer als 10 % bzgl. des Gesamtgewichtes des Katalysators, bevorzugt > 25 %, besonders bevorzugt > als 40 %, jedoch vorzugsweise nicht über 90 %, da sonst die zur Aufnahme befähigte Oberfläche zu klein wird. Die Aufnahmekapazität an Schwefel liegt normiert auf Metallgehalt vorzugsweise zwi- sehen 0,5 und 10 Gew.-% bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew.-%. Der Gew.-% Anteil des Metalls am Gesamtgewicht des Absorbers (berechnet als Element) liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 80 %. Im Falle von Cu liegt der bevorzugte Anteil zwischen 10 und 80 %, besonders bevorzugt zwischen 25 und 65 %. Die Metalle sind bevorzugt auf einem Trägersystem aufgebracht. Geeignete Träger weisen vorzugsweise saure Zentren auf und enthalten vorzugsweise Oxide basierend auf B, AI, Si, Ti, Zr, La, Ce, Cr, oder Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Aktivkohle. Ein weiterer Träger, der nicht oxidisch vorliegt, ist beispielsweise SiC. Die Herstellung der Absorber wird beispielsweise durch Tränken von Aktivmetallvorläufern, z.B. Cu-Salzlösungen, auf den Trägern erreicht. Geeignet sind auch Absorber, bei denen die Aktivkomponenten auf einen Träger aufgefällt werden oder zusammen mit dem Trägermaterial aus gelösten Vorstufen desselben gefällt werden. Nach Trocknung und ggf. Kalzination des Absorbermaterials wird bevorzugt vor Beginn der Umsetzung der Absorber mit Wasserstoff aktiviert, falls dies notwendig ist, beispielsweise bei einer anschließenden Hydrierung wird der Hydrierkatalysator mit Wasserstoff aktiviert. In einer besonders Variante, in der Absorber und der nachfolgende Katalysator identisch sind, wird der Absorber zusammen mit dem Katalysator aktiviert. Suitable absorbers for the removal of P, S, As, Sb, Bi, Sn and halogens such as Cl, Br and I, in particular sulfur, contain, for. Co, Ru, Re and Cu. Preference is given to Ru and Cu, more preferably Cu. It is advantageous if the content of metal, which can absorb the catalyst poisons, is as high as possible. Thus, the content of the absorber suitable for receiving the toxic constituents, measured as an element, is preferably greater than 10% with respect to the total weight of the catalyst, preferably> 25%, more preferably> 40%, but preferably not more than 90%, otherwise the surface capable of taking up becomes too small. The absorption capacity of sulfur is normalized to metal content preferably between 0.5 and 10 wt .-%, preferably between 1 and 10 wt .-%. The weight percentage of the metal in the total weight of the absorber (calculated as element) is preferably between 0.5 and 80%. In the case of Cu, the preferred proportion is between 10 and 80%, more preferably between 25 and 65%. The metals are preferably applied to a carrier system. Suitable carriers preferably have acidic sites and preferably contain oxides based on B, Al, Si, Ti, Zr, La, Ce, Cr, or carbon, for example in the form of activated carbon. Another carrier which is not oxidic is, for example, SiC. The production of the absorber is achieved, for example, by impregnating active metal precursors, for example Cu salt solutions, on the supports. Absorbers are also suitable in which the active components are precipitated onto a support or precipitated together with the support material from dissolved precursors thereof. After drying and optionally calcination of the absorber material, the absorber is preferably activated with hydrogen before the beginning of the reaction, if necessary, for example in a subsequent hydrogenation, the hydrogenation catalyst is activated with hydrogen. In a particular variant, in which absorbers and the subsequent catalyst are identical, the absorber is activated together with the catalyst.
Besonders bevorzugte Absorber enthalten neben Cu auch Aluminiumoxid. Particularly preferred absorbers contain not only Cu but also aluminum oxide.
Die Heterogen-Absorber sind im Allgemeinen Formkörper mit einer durchschnittlichen Teilchengröße, die über einem Millimeter liegt. Bevorzugt werden Stränge, Tabletten, Sternstränge, Triloben, Hohlkörper usw. verwendet. Der Absorber zum Entfernen von Katalysatorgiften wird vorzugsweise als fest angeordneteThe heterogeneous absorbers are generally shaped articles having an average particle size greater than one millimeter. Strands, tablets, star strands, trilobes, hollow bodies, etc. are preferably used. The absorber for removing catalyst poisons is preferably arranged as a fixed
Schicht z.B. in einem Schacht- oder Rohrbündelreaktor eingesetzt. Unabhängig davon, ob nur ein oder mehrere Apparate verwendet werden, besteht die Möglichkeit, mit möglichst wenig Absorber zur Entfernung von Katalysatorgiften zu arbeiten, wenn dieser, möglichst bevor er vollständig beladen ist, von Zeit zu Zeit entfernt und wieder ergänzt wird. Dies ist dann sinnvoll, wenn der erfindungsgemäße Prozess beispielsweise wegen Wartungsarbeiten ohnehin abgestellt werden muss. Layer e.g. used in a shaft or tube bundle reactor. Regardless of whether only one or more apparatuses are used, it is possible to work with as little absorber as possible to remove catalyst poisons, if these are removed from time to time and, if possible, replenished before they are fully loaded. This is useful if the process according to the invention, for example, due to maintenance work must be turned off anyway.
Als Reaktoren für die Entschwefelung kommen dem Fachmann bekannte Typen zum Einsatz. Beispiele hierfür sind Schachtreaktoren, Rohrbündelreaktoren, Wirbelschichtreaktoren usw. Es kann in einem Reaktor aufgereinigt und weiter umgesetzt werden oder in mehreren Reaktoren parallel oder hintereinander angeordnet, wobei auch mehrere Typen miteinander kombiniert werden können. The reactors used for the desulfurization are types known to the person skilled in the art. Examples thereof are shaft reactors, tube bundle reactors, fluidized bed reactors, etc. It can be purified in a reactor and further reacted or arranged in several reactors in parallel or in succession, whereby several types can be combined.
Auf diese Weise kann eine Lebensdauer eines nachgeschalteten Katalysators von mehr als 6 Monaten, bevorzugt mehr als 1 Jahr, erreicht werden. In this way, a lifetime of a downstream catalyst of more than 6 months, preferably more than 1 year, can be achieved.
Zwischen Schritt c) und Schritt d) kann das Bernsteinsäureanhydrid gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kondensiert und nachfolgend wieder verdampft werden. Dabei kann das kondensierte Bernsteinsäureanhydrid auch zwischenzeitlich in den festen Zustand überführt werden. Between step c) and step d), the succinic anhydride can be condensed according to an embodiment of the invention and subsequently evaporated again. It can do that condensed succinic anhydride are also transferred in the meantime in the solid state.
Vorzugsweise beträgt der Schwefelgehalt, bezogen auf das Bernsteinsäureanhydrid, nach Schritt d) < 0.001 bis 5 Gew.-ppm, besonders bevorzugt 0.001 bis 1 Gew.-ppm. The sulfur content, based on the succinic anhydride, after step d) is preferably <0.001 to 5 ppm by weight, more preferably 0.001 to 1 ppm by weight.
Gleiche Werte gelten vorzugsweise für Verbindungen, die P, As, Sw, Bi, Sn oder Halogene wie Cl, Br oder I enthalten. In einer bevorzugten Variante kann das erhaltene Bernsteinsäureanhydrid zusammen mit Wasserstoff einer gekoppelten Reinigung und Gasphasen-Hydrierung zugeführt werden mit Tetra- hydrofuran, 1 ,4-Butandiol oder gamma-Butyrolacton als Produkt. Dabei beträgt das molare Verhältnis von Wasserstoff zu Bernsteinsäureanhydrid vorzugsweise von 20 - 300 zu 1 , bevorzugt 30 - 250 zu 1 , besonders bevorzugt 50 - 200 zu 1 . Die Drücke (absolut) liegen vorzugsweise bei 1 bis 65 bar, bevorzugt bei 2 bis 30 bar, besonders bevorzugt bei 5 bis 20 bar. Die Temperaturen betragen vorzugsweise 150 bis 350°C, bevorzugt 170 bis 320°C, besonders bevorzugt 200 bis 300°C. Equal values are preferably for compounds containing P, As, Sw, Bi, Sn or halogens such as Cl, Br or I. In a preferred variant, the succinic anhydride obtained can be fed together with hydrogen to a coupled purification and gas-phase hydrogenation with tetrahydrofuran, 1, 4-butanediol or gamma-butyrolactone as product. The molar ratio of hydrogen to succinic anhydride is preferably from 20 to 300 to 1, preferably from 30 to 250 to 1, particularly preferably from 50 to 200 to 1. The pressures (absolute) are preferably from 1 to 65 bar, preferably from 2 to 30 bar, particularly preferably from 5 to 20 bar. The temperatures are preferably 150 to 350 ° C, preferably 170 to 320 ° C, more preferably 200 to 300 ° C.
Schritt e) Steps)
Das Bernsteinsäureanhydrid kann nach Schritt d) in einem Schritt e) als Schmelze oder Feststoff kondensiert oder als Lösung in einem Lösungsmittel gewonnen werden. The succinic anhydride can be condensed after step d) in a step e) as a melt or solid or recovered as a solution in a solvent.
Die Kondensation in Schritt e) kann bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 300°C, besonders bevorzugt von 130 bis 200°C durchgeführt werden. Sofern ein zwischenzeitliches Erstarren der Bernsteinsäure gewünscht ist, kann auch bei niedrigerer Temperatur gearbeitet werden. Der Absolutdruck liegt dabei vorzugsweise bei 0,5 bis 20 bar, besonders bevorzugt 0,8 bis 15 bar, insbesondere 1 bis 10 bar. Durch diese Prozessführung kann das vom Großteil der Leicht- und Schwersieder gereinigte Bernsteinsäureanhydrid anschließend sowohl als Schmelze oder als Lösung in einem Flüssig- phasenverfahren wie auch als Gasstrom in ein Gasphasenverfahren eingetragen werden. Bei der Zugabe eines Lösungsmittels zum kondensierten Bernsteinsäureanhydrid wird eine Lösung mit 0,1 bis 50 Gew-%, bevorzugt 0,5 bis 40 Gew-%, besonders bevorzugt 1 bis 30 Gew-% Bernsteinsäureanhydrid im jeweiligen Lösungsmittel hergestellt. Sollte im nachfolgenden Schritt eine Gasphasenreaktion angestrebt werden, kann das bereits von Leicht- und Schwersiedern gereinigte Bernsteinsäureanhydrid entweder direkt verdampft oder in einer Stripp-Kolonne mit einem Trägergas in die Gasphase überführt werden. Beim Strippen mit einem Trägermedium wird das flüssige Bernsteinsäureanhydrid in eine Kolonne überführt, in der bei bestimmten Drücken und Temperaturen das Bernsteinsäureanhydrid mit in die Gasphase überführt wird. Dabei beträgt das molare Verhältnis des Trägermediums zu Bernsteinsäureanhydrid 20 - 300 zu 1 , bevorzugt 30 - 250 zu 1 , besonders bevorzugt 50 - 200 zu 1 . Die Drücke (absolut) liegen zwischen 1 bis 65 bar, bevorzugt 2 bis 30 bar, besonders bevorzugt bei 5 bis 20 bar. Die Temperaturen betragen 150 bis 350°C, bevorzugt 170 bis 320°C, besonders bevorzugt 200 bis 300°C. Die Kolonne kann unterschiedliche Einbauten wie z. B. Füllkörper, Blechpackungen, Gewebepackungen oder Boden aufweisen. Gegebenenfalls kön- nen hierbei auch noch weitere Verunreinigungen, welche im erfindungsgemäßen Schritt b) als Schwersieder mit der Bernsteinsäure verdampft wurden, abgetrennt werden. The condensation in step e) may preferably be carried out at temperatures of 100 to 300 ° C, more preferably from 130 to 200 ° C. If an intermediate solidification of succinic acid is desired, it is also possible to work at a lower temperature. The absolute pressure is preferably 0.5 to 20 bar, more preferably 0.8 to 15 bar, in particular 1 to 10 bar. As a result of this process control, the succinic anhydride purified from the majority of the low and high boilers can subsequently be introduced into a gas phase process both as a melt or as a solution in a liquid phase process and as a gas stream. When adding a solvent to the condensed succinic anhydride, a solution of 0.1 to 50% by weight, preferably 0.5 to 40% by weight, more preferably 1 to 30% by weight, of succinic anhydride is prepared in each solvent. Should a gas phase reaction be sought in the subsequent step, the succinic anhydride already purified from light and high boilers can either be vaporized directly or converted into the gas phase in a stripping column with a carrier gas. Stripping with a carrier medium, the liquid succinic anhydride is transferred to a column in which at certain pressures and temperatures, the succinic anhydride is transferred into the gas phase. The molar ratio of the carrier medium to succinic anhydride is 20-300 to 1, preferably 30-250 to 1, particularly preferably 50-200 to 1 . The pressures (absolute) are between 1 to 65 bar, preferably 2 to 30 bar, more preferably 5 to 20 bar. The temperatures are 150 to 350 ° C, preferably 170 to 320 ° C, more preferably 200 to 300 ° C. The column can be different internals such. As fillers, sheet metal packings, fabric packaging or soil. If appropriate, it is also possible to separate off further impurities which have been evaporated in step b) according to the invention as high boilers with succinic acid.
In einer bevorzugten Variante wird das Bernsteinsäureanhydrid mit einem höher als Bernsteinsäureanhydrid siedenden Lösemittel versetzt. Beispiele für dieses Lösungsmittel, das bevorzugt gegenüber Beinsteinsäureanhydrid inert sein sollte, sind Phthalate oder Terephthalate auf Basis CA bis Ci5-Alkoholen, beispielsweise Dibutylphthalat, entsprechend kernhydrierte Phthalate oder Terephthalate, Kohlenwasserstoffe, Ether auf Basis Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und dergleichen. Schritt f) In a preferred variant, the succinic anhydride is treated with a solvent boiling higher than succinic anhydride. Examples of this solvent, which should preferably be inert to succinic anhydride, are phthalates or terephthalates based on CA to C15 alcohols, for example dibutyl phthalate, corresponding to ring-hydrogenated phthalates or terephthalates, hydrocarbons, ethers based on ethylene oxide and / or propylene oxide and the like. Step f)
Schritt f) kann nach Schritt e) durchgeführt werden und umfasst die Umsetzung des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt e) mit Wasser zu Bernsteinsäure, einem Alkohol, z. B. Ci-12-Alkanol oder Fettalkohol, zum Ester der Bernsteinsäure, wobei auch Polyole eingesetzt werden können, um anschließend ein Polyester zu bilden, oder einem monofunktionellen Amin, z. B. C1-12- Alkyamin, oder Polyamin zum Di- oder Polyamid, wenn ein Polyamin eingesetzt wird. Step f) may be performed after step e) and comprises reacting the succinic anhydride from step e) with water to give succinic acid, an alcohol, e.g. For example, Ci-12-alkanol or fatty alcohol, the ester of succinic acid, wherein also polyols can be used to subsequently form a polyester, or a monofunctional amine, eg. B. C1-12 alkyamine, or polyamine to di- or polyamide, if a polyamine is used.
Bei den Aminen oder Alkoholen kann es sich um Pflanzenöl-Derivate handeln, d. h. um Verbindungen, die ausgehend von Pflanzenöl gewonnen werden. Bei den Alkoholen handelt es sich vorzugsweise um Ci-24-Alkohole, die verzweigt, unverzweigt oder cyclisch sein können. Sie können dabei gesättigt oder ungesättigt sein. Sie können aliphatisch, aromatisch oder über Aromaten verbrückt aliphatisch sein. Es kann sich um Mono-, Di- oder Polyole handeln. The amines or alcohols may be vegetable oil derivatives, i. H. to compounds derived from vegetable oil. The alcohols are preferably C-24-alcohols which may be branched, unbranched or cyclic. They can be saturated or unsaturated. They may be aliphatic, aromatic or bridged via aromatics aliphatic. It may be mono-, di- or polyols.
Bei den Aminen kann es sich um äquivalente Verbindungen handeln, die Aminogruppen anstel- le von Hydroxylgruppen aufweisen. Entsprechend handelt es sich ebenfalls bevorzugt um C1-24- Mono-, Di- oder Polyamine oder auch Polyetheramine. The amines may be equivalent compounds having amino groups instead of hydroxyl groups. Accordingly, it is also preferable to C1-24 mono-, di- or polyamines or polyetheramines.
Entsprechend kann in Schritt f) nach der Herstellung von Bernsteinsäure diese durch Kristallisation oder Abtrennung überschüssigen Wassers gewonnen werden. Accordingly, in step f) after the production of succinic acid, these can be obtained by crystallization or separation of excess water.
Bei der Umsetzung des Bernsteinsäureanhydrids mit Wasser kann beispielsweise Bernsteinsäureanhydrid in eine wässrige Phase eingebracht werden. Die Konzentration des Bernsteinsäureanhydrids in der wässrigen Phase sollte dabei vorzugsweise so gewählt werden, dass die abschließende Isolierung besonders effizient erfolgen kann, die Umsetzung des Anhydrids zur Säure möglichst schnell erfolgt und keine Bernsteinsäure während der Umsetzung als Feststoff ausfällt, außer, wenn dies gewünscht ist. Anschließend kann die Bernsteinsäure als wässrige Lösung weiterverwendet werden, oder man kann das Wasser so weit entfernen, dass Bernsteinsäure entweder durch Kristallisation erhalten werden kann, oder das Wasser bis zur Trockene entfernt werden kann, ohne jedoch die Temperatur so weit ansteigen zu lassen, dass erneut die Dehydratisierung zum Bernsteinsäu- reanhydrid einsetzt. So lässt sich Bernsteinsäure als Feststoff isolieren. In the reaction of succinic anhydride with water, for example succinic anhydride can be introduced into an aqueous phase. The concentration of succinic anhydride in the aqueous phase should preferably be chosen so that the final isolation can be carried out particularly efficiently, the reaction of the anhydride to the acid takes place as quickly as possible and no succinic acid precipitates as a solid during the reaction, except if desired. Subsequently, the succinic acid can be used as an aqueous solution, or you can remove the water so far that succinic acid can be obtained either by crystallization, or the water can be removed to dryness, but without raising the temperature so far that again dehydration to succinic anhydride. For example, succinic acid can be isolated as a solid.
Auf diese Weise kann Bernsteinsäure mit einer Reinheit von mehr als 99,9 % hergestellt werden, wobei etwaige Katalysatorgifte, beispielsweise Leicht- und Schwersieder sowie schwefelhaltige Komponenten, bis unter 5 ppm, vorzugsweise unter 1 ppm abgereichert werden können. In this way, succinic acid can be prepared with a purity of more than 99.9%, with any catalyst poisons, such as low and high boilers and sulfur-containing components, can be depleted to below 5 ppm, preferably below 1 ppm.
In einer weiteren bevorzugten Variante kann in einer Kombination aus den erfindungsgemäßen Schritten e) und f) das Bernsteinsäureanhydrid nach der Reinigung durch das Schutzbett nicht isoliert, sondern in einem Schritt durch Umsetzung mit einem Reaktionspartner direkt in die gewünschten Produkte überführt werden. Beispiele dafür sind die Reaktion mit einem monovalen- ten Alkohol zum Diester der Bernsteinsäure, die Umsetzung mit einem Polyol zu Polyestern, eine Reaktion mit monovalenten Aminen zum Diamid oder einem Polyamin zum Polyamid. In a further preferred variant, in a combination of steps e) and f) according to the invention, the succinic anhydride can not be isolated after purification by the protective bed, but can be converted directly into the desired products by reaction with a reactant in one step. Examples include the reaction with a monovalent alcohol to diester of succinic acid, the reaction with a polyol to polyesters, a reaction with monovalent amines to diamide or a polyamine to the polyamide.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert. The invention is further illustrated by the following examples.
Beispiel 1 : Gewinnung von Bernsteinsäureanhydrid (BSA) Example 1: Recovery of succinic anhydride (BSA)
Ein nach WO 2010/092155 A1 , Beispiel 6, erhaltener Roh-Fermentationsaustrag wurde nach Abtrennung der Bio-Masse durch Filtration mit HCl bis zu einem pH von 3 angesäuert. Dieses Gemisch wurde kontinuierlich in einen umgepumpten Verweilzeitbehälter mit aufgesetzter Kolonne gepumpt. Bei ca. 4 Stunden mittlerer Verweilzeit wurde dann Wasser bei 200 mbar und 180°C Sumpftemperatur abdestilliert. Der flüssige, ca. 180°C heiße Sumpf, der Hochsieder, BSA und unter 5 % freie Bernsteinsäure enthielt, wurde kontinuierlich in eine Kolonne mit Seitenabzug im Verstärkungsteil eingeführt und bei einem Kopfdruck von 50 mbar und Sumpftem- peraturen von ca. 180 °C aufdestilliert. Über Kopf wurde im Wesentlichen Wasser entfernt, welches einen Gehalt an 2 Gew.-ppm N enthielt, und über den Seitenabzug wurde BSA und über den Sumpf wurden die Hochsieder ausgeschleust. In den Hochsiedern fanden sich 0.03 Gew.- % N, 0.02 Gew.-% S. Auf diese Weise ließ sich BSA bezogen auf Bernsteinsäure im Fermenta- tionsaustrag mit ca. 97 % Ausbeute erhalten. Das BSA wies einen Gehalt an Schwefel von 5 Gew.-ppm auf. A crude fermentation effluent obtained according to WO 2010/092155 A1, Example 6 was acidified to a pH of 3 after separation of the bio-mass by filtration with HCl. This mixture was pumped continuously into a recirculating residence tank with attached column. At about 4 hours average residence time then water was distilled off at 200 mbar and 180 ° C bottom temperature. The liquid, about 180 ° C hot bottom containing high boilers, BSA and below 5% free succinic acid was continuously introduced into a column with side draw in the rectifying section and at a top pressure of 50 mbar and bottom temperatures of about 180 ° C. distilled. Essentially water was removed overhead which contained 2 ppm by weight of N, and BSA was discharged via the side draw and the high boilers were discharged via the bottom. The high boilers contained 0.03% by weight of N, 0.02% by weight of S. In this way, BSA could be obtained in about 97% yield based on succinic acid in the fermentation effluent. The BSA had a sulfur content of 5 ppm by weight.
Beispiel 2a: Hydrierungen Example 2a: Hydrogenations
Die in den Beispielen verwendete Apparatur bestand aus einem begleitbeheizten Zulaufteil mit Vorratsgefäß und Pumpe, einem Verdampfer gefüllt mit Glasringen, einem 3 m langen Rohrreaktor mit 2,7 cm Innendurchmesser und außenliegender Doppelmantelölbeheizung bzw. Kühlung sowie innenliegendem Thermoelementrohr, einem wassergekühltem ersten Abscheider, einem zweiten auf 6°C gekühlten Abscheider sowie einem Kreisgasgebläse sowie Frischgas- und Abgas-Einrichtungen. Zur Verdampfung von Bernsteinsäureanhydrid wurden das Bernsteinsäureanhydrid (BSA), das Kreisgas und der Frischwasserstoff in den Verdampfer geleitet. Das Mol-Verhältnis von Frischwasserstoff zu BSA betrug 2,1 zu 1 , wobei das überschüssige Gas als Abgas ausgeschleust wurde. Das Molverhältnis von Kreisgas zu BSA betrug ca. 100 zu 1 . The apparatus used in the examples consisted of a companion-heated inlet part with storage vessel and pump, an evaporator filled with glass rings, a 3 m long tube reactor with 2.7 cm inner diameter and external Doppelmantelölbeheizung or cooling and internal thermocouple tube, a water-cooled first separator, a second cooled to 6 ° C separator and a circulating gas blower and fresh gas and exhaust facilities. To evaporate succinic anhydride, the succinic anhydride (BSA), the recycle gas and the fresh hydrogen were passed into the evaporator. The molar ratio of fresh hydrogen to BSA was 2.1 to 1, with the excess gas being discharged as exhaust gas. The molar ratio of cycle gas to BSA was about 100 to 1.
Vergleichsbeispiel 2b: Comparative Example 2b
Der Reaktor wurde mit 1 Liter eines CuO (50 Gew.-%)/Al203-Katalysators (2,5 mm Stränge) gefüllt. Oberhalb des Katalysators wurden 100 ml Glaskugeln als Inertschüttung gefüllt. Nach Inertisierung mit Stickstoff wurde der Katalysator mit einer Stickstoff/Wasserstoff-Mischung bei Normaldruck aktiviert (Der Gasstrom wird auf 99,5 % Stickstoff und 0,5 % Wasserstoff eingestellt, dann der Reaktor aufgeheizt auf 130°C. Nach 2 Stunden wird der Reaktor in 5°C-Stufen weiter aufgeheizt, wobei jede Temperatureinstellung für 30 Minuten gehalten wird. Nach Errei- chen von 180°C wird der Wasserstoffgehalt auf 1 % erhöht, nach einer Stunde auf 5 % wiederum für eine Stunde, danach wird der Wasserstoffgehalt auf 100% angehoben). Nach Aktivierung des Katalysators wird das Kreisgasgebläse in Betrieb genommen und der Druck im Reaktor auf 9 bar absolut sowie die Reaktortemperatur auf 230°C eingestellt. Anschließend wurde der BSA-Zulauf oben in den Reaktor gestartet. Es wurden kontinuierlich 100 g BSA h gefördert. Daraufhin erhöhte sich die Temperatur im ersten Drittel des Reaktors auf bis zu 245°C, sank dann auf nahezu Ölbeheizungs/Kühlungsniveau ab (ca. 230°C), um dann im letzten Drittel der Katalysatorschüttung wieder auf bis zu 235°C anzusteigen und kurz vor Ende der Katalysatorschüttung wieder auf nahezu 230°C abzufallen. The reactor was charged with 1 liter of a CuO (50 wt%) / Al 2 O 3 catalyst (2.5 mm strands). Above the catalyst, 100 ml of glass beads were filled as inert bed. After inerting with nitrogen, the catalyst was activated with a nitrogen / hydrogen mixture at atmospheric pressure (the gas stream is adjusted to 99.5% nitrogen and 0.5% hydrogen, then the reactor is heated to 130 ° C.) After 2 hours, the reactor each temperature setting is held for 30 minutes, after reaching 180 ° C, the hydrogen content is increased to 1%, after one hour to 5% again for one hour, then the hydrogen content on 100% raised). After activation of the catalyst, the cycle gas blower is put into operation and the pressure in the reactor to 9 bar absolute and the reactor temperature is set to 230 ° C. Subsequently, the BSA feed was started up in the reactor. There were continuously promoted 100 g of BSA h. Thereafter, the temperature in the first third of the reactor increased to up to 245 ° C, then dropped to almost Ölbeheizungs / cooling level (about 230 ° C), then in the last third of the catalyst bed again rise up to 235 ° C and briefly before the end of the catalyst bed again fall to almost 230 ° C.
Die in den Abscheidern anfallenden flüssigen Reaktionsausträge wurden gesammelt und vereinigt und gaschromatographisch (GC-Flächenprozent) analysiert. Es fanden sich 98,3 % THF und 1 ,5 %n-Butanol. Der Rest bestand aus mehreren Verbindungen, als Einzelkomponente nicht über 0,05 %, wie n-Butyraldehyd, Dibutylether und gamma-Butyrolacton. The liquid effluents from the separators were collected and pooled and analyzed by gas chromatography (GC area percent). It found 98.3% THF and 1, 5% n-butanol. The remainder consisted of several compounds, not more than 0.05% as a single component, such as n-butyraldehyde, dibutyl ether and gamma-butyrolactone.
Nach einer Laufzeit von 1000 h hatte sich das Temperaturprofil im Reaktor dahingehend verändert, dass die Orte der höchsten Temperaturen sich etwas nach hinten verschoben hatten und die Reaktionstemperatur am Ende des Reaktors bei ca. 232°C lag, also nicht mehr das Ölbeheizungs/Kühlungsniveau erreichte. Im Hydrieraustrag fanden sich 95,1 % THF, 1 ,8 % n- Butanol, 2,8 % gamma-Butyrolacton, 0,1 % BSA, sowie jeweils unter 0,05 % z.B. n- Butyraldehyd, Buttersäure, Dibutylether und Methylbutylether. After a running time of 1000 h, the temperature profile in the reactor had changed so that the places of the highest temperatures had moved slightly backwards and the reaction temperature at the end of the reactor at about 232 ° C, so no longer reached the Ölbeheizungs / cooling level , The hydrogenation effluent contained 95.1% THF, 1.8% n-butanol, 2.8% gamma-butyrolactone, 0.1% BSA, and below 0.05% each, e.g. n-butyraldehyde, butyric acid, dibutyl ether and methyl butyl ether.
Kurze Zeit darauf musste die Anlage abgestellt werden, da, vermutlich durch Belag von BSA, die Abscheider zu verstopfen drohten. Erfindungsgemäßes Beispiel 2b: A short time later, the plant had to be shut down, as probably threatened by plaque from BSA, the separator to clog. Example 2b according to the invention:
Das Vergleichsbeispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass oberhalb der ein Liter Katalysator statt 100 ml Glaskugeln in dieser Reihenfolge 10 ml Glaskugeln, 50 ml CuO (60 Gew.-%)/Al203 3 mm Tabletten, und 40 ml Glaskugeln eingefüllt wurden. Die Glaskugeln zwischen den beiden Cu-Katalysatoren dienten dazu, diese, zwecks angestrebter Analyse, einfacher separat ausbauen zu können. Die Einfüllhöhe der 50 ml Katalysator betrug unter Berücksichtigung des Reaktorinnendurchmessers und des innenliegenden Rohres mit den Thermo- elementen ca. 10 cm. Comparative Example 2 was repeated with the difference that above the one liter of catalyst instead of 100 ml of glass beads in this order 10 ml glass beads, 50 ml CuO (60 wt .-%) / Al203 3 mm tablets, and 40 ml glass beads were filled. The glass spheres between the two Cu catalysts served to make it easier to remove separately for the purpose of analysis. The filling height of the 50 ml catalyst was about 10 cm taking into account the internal diameter of the reactor and the inner tube with the thermocouples.
Nach 2000 h Versuchszeit wurde der Versuch abgebrochen, ohne dass sich an den Temperaturprofilen bzw. der Austragszusammensetzung Wesentliches geändert hätte. So fanden sich im Austrag 98,2 % THF, 1 ,6 %n-Butanol. Der Rest bestand aus mehreren Verbindungen, als Einzelkomponente nicht über 0,05 % wie n-Butyraldehyd, Dibutylether und gamma- Butyrolacton. After a trial period of 2,000 hours, the experiment was terminated without material changes having been made to the temperature profiles or the discharge composition. Thus found in the discharge 98.2% THF, 1, 6% n-butanol. The remainder consisted of several compounds, as a single component not exceeding 0.05%, such as n-butyraldehyde, dibutyl ether and gamma-butyrolactone.
Durch Destillation in drei Kolonnen wird das Produkt gereinigt, wobei die erste Kolonne im Wesentlichen Wasser, Butanol und gamma-Butyrolacton über Sumpf ausschleust, die zweite Ko- lonne, die bei einem höheren Druck als die erste Kolonne betrieben wird, über Kopf ein Was- ser/THF-Azeotrop abdestilliert, welches in die erste Kolonne rückgeführt wird, und über Sumpf wasserfreies THF ergibt, welches in einer dritten Kolonne im Wesentlichen von Butyraldehyd (Sumpf produkt) befreit wird. Das resultierende THF hat eine Reinheit von > 99,9 % und kann als solches beispielsweise für die Herstellung von PolyTHF verwendet werden. Es enthält weni- ger als 1 Gew.-ppm N. The product is purified by distillation in three columns, the first column essentially discharging water, butanol and gamma-butyrolactone via the bottom, the second column, which is operated at a higher pressure than the first column, overhead. distilled off ser / THF azeotrope, which is recycled to the first column, and the bottom gives anhydrous THF, which is essentially freed of butyraldehyde (bottom product) in a third column. The resulting THF has a purity of> 99.9% and can be used as such, for example, for the production of polyTHF. It contains less than 1 ppm by weight N.
Die 50 ml Cu-Katalysator-Tabletten wurden unter Stickstoffschutzgas in 5 gleichen Fraktionen ausgebaut und auf ihren Schwefelgehalt hin untersucht. Gegenüber einem Schwefelgehalt von 0,01 Gew.-% im ungebrauchten Katalysator lagen die Schwefelgehalte in den ersten beiden Schichten bei 1 ,5 bzw. 0,3 Gew.-%, in der dritten Schicht bei 0,1 % und in der 4. Und 5. Schicht bei ca. 0,02 %. Unter den Reaktionsbedingen liegt die maximale Aufnahmekapazität des Schwefels demnach bei mindestens 1 ,5 Gew.-%. The 50 ml Cu catalyst tablets were removed under nitrogen blanket in 5 equal fractions and analyzed for their sulfur content. Compared to a sulfur content of 0.01% by weight in the unused catalyst, the sulfur contents in the first two layers were 1, 5 and 0.3% by weight, in the third layer 0.1% and in the fourth. And 5th layer at about 0.02%. Under the reaction conditions, the maximum absorption capacity of the sulfur is therefore at least 1, 5 wt .-%.
Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel): Example 3 (Comparative Example)
Das Bernsteinsäureanhydrid aus Beispiel 1 wurde als 20 Gew.-%ige, wässrige Lösung an einem Re/Pt/C-Katalysator analog Beispiel 1 DE10009817 A1 hydriert (Zulauf 100 g/h, Temperatur 155°C, Druck 220bar, 20 Mol Wasserstoff/h, 120 ml Katalysator, Rohrreaktor, 2 cm Durchmesser, Rieselfahrweise. Anfänglich betrug die 1 ,4-Butandiolausbeute ca. 95 % bei 100% Umsatz (Rest Butanol, Propanol, THF und gamma-Butyrolacton). Bereits nach 100 h verringerte sich der Umsatz auf 98% und die Butandiolausbeute lag nur noch bei 90 %. Beispiel 4 (erfindungsgemäß): The succinic anhydride from Example 1 was hydrogenated as a 20% strength by weight aqueous solution on a Re / Pt / C catalyst analogously to Example 1 DE10009817 A1 (feed 100 g / h, temperature 155 ° C., pressure 220 bar, 20 mol of hydrogen / h, 120 ml of catalyst, tubular reactor, 2 cm diameter, trickle-bed procedure Initially the 1,4-butanediol yield was about 95% at 100% conversion (remainder butanol, propanol, THF and gamma-butyrolactone) Sales to 98% and the butanediol yield was only 90%. Example 4 (according to the invention):
Beispiel 3 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass 50 g/h Bernsteinsäureanhydrid bei 125 °C über 100 ml des Katalysators (CuO (60 Gew.-%)/AI203 3 mm Tabletten) aus Beispiel 2b bei 1 ,5 bar Überdruck und 5 Normliter Wasserstoff/h in Sumpffahrweise (Rohrreaktor, Ölbeheizt, 2 cm Durchmesser) geleitet wurden. Der Austrag wurde gesammelt, entsprechend Beispiel 3 in Wasser gelöst und hydriert. Das Hydrierergebnis war auch nach 100 h so wie zu Beginn (98 % Butandiolausbeute, 100% Umsatz). Example 3 was repeated, with the difference that 50 g / h succinic anhydride at 125 ° C over 100 ml of the catalyst (CuO (60 wt .-%) / Al 2 0 3 3 mm tablets) from Example 2b at 1, 5 bar Overpressure and 5 standard liters of hydrogen / h were conducted in the upflow mode (tubular reactor, oil-heated, 2 cm diameter). The effluent was collected, dissolved in water according to Example 3 and hydrogenated. The hydrogenation result was also after 100 h as at the beginning (98% Butandiolausbeute, 100% conversion).

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung von Bernsteinsäureanhydrid, umfassend die Schritte a) fermentative Herstellung von Bernsteinsäure, b) Überführung der Bernsteinsäure aus Schritt a) unter Wasserabspaltung und Wasserabtrennung in Bernsteinsäureanhydrid, c) Überführung des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt b) in die Gasphase, d) Entfernen von schwefelhaltigen Verbindungen aus dem Bernsteinsäureanhydrid durch Leiten des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt c) über ein festes Schutzbett (guard bed), das die schwefelhaltigen Verbindungen absorbiert. e) Absorption des gereinigten Bernsteinsäureanhydrids in einem Lösungsmittel oder Kondensierung des Bernsteinsäureanhydrids als Schmelze oder als Feststoff. 1 . Process for the preparation of succinic anhydride, comprising the steps a) fermentative production of succinic acid, b) conversion of succinic acid from step a) with elimination of water and water separation in succinic anhydride, c) conversion of the succinic anhydride from step b) into the gas phase, d) removal of sulfur-containing Compounds of the succinic anhydride by passing the succinic anhydride from step c) through a solid guard bed which absorbs the sulfur-containing compounds. e) absorption of the purified succinic anhydride in a solvent or condensation of the succinic anhydride as a melt or as a solid.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) Bernsteinsäure fermentativ aus mindestens einer Kohlenstoffquelle hergestellt und nach Abtrennen der Biomasse aus der Fermentationsbrühe durch Ansäuern in die Säureform überführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in step a) succinic acid is produced by fermentation from at least one carbon source and transferred after separation of the biomass from the fermentation broth by acidification in the acid form.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bernsteinsäure aus Schritt a) ohne weitere Reinigungsschritte in Schritt b) überführt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the succinic acid from step a) without further purification steps in step b) is transferred.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserabspaltung und Wasserabtrennung in mindestens einer Verdampfungsvorrichtung bei einem Druck im Bereich von 0,05 bis 1 bar und einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 250°C erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the dehydration and removal of water takes place in at least one evaporation device at a pressure in the range of 0.05 to 1 bar and a sump temperature in the range of 100 to 250 ° C.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) in mindestens einer Destillationsvorrichtung bei einem Kopfdruck im Bereich von 0,02 bis 2 bar und einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 300°C unter Abtrennung von Hochsiedern über den Sumpf durchgeführt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that step c) in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers over the sump is carried out.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) bei niedrigerem 6. The method according to claim 5, characterized in that step c) at lower
Druck als Schritt b) durchgeführt wird und in Schritt c) Wasser und gegebenenfalls Leicht- sieder über Kopf abgetrennt werden und gasförmiges Bernsteinsäureanhydrid über einen Seitenabzug gewonnen wird. Pressure as step b) is carried out and in step c) water and optionally low boilers are separated overhead and gaseous succinic anhydride is obtained via a side draw.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) und Schritt c) zusammengefasst und in mindestens einer Destillationsvorrichtung bei einem Kopfdruck im Bereich von 0,02 bis 2 bar und einer Sumpftemperatur im Bereich von 100 bis 300°C unter Abtrennung von Hochsiedern über den Sumpf, Abtrennung von Was- ser über Kopf und Gewinnung von gasförmigem Bernsteinsäureanhydrid über einen Seitenabzug durchgeführt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that step b) and step c) summarized and in at least one distillation apparatus at a top pressure in the range of 0.02 to 2 bar and a bottom temperature in the range of 100 to 300 ° C with removal of high boilers via the bottom, removal of water overhead and recovery of gaseous succinic anhydride via a side draw.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Schutzbett in Schritt d) ein Schwefel bindendes Metall, ausgewählt aus Ru, Re, Co, Cu und Gemischen davon, enthält. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the solid protective bed in step d) contains a sulfur-binding metal selected from Ru, Re, Co, Cu and mixtures thereof.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzbett in Schritt d) ein Absorber ist, in dem das Schwefel bindende Metall auf einem Trägermaterial vorliegt, das ausgewählt ist aus Kohlenstoff und/oder mindestens einem Oxid von B, AI, Si, Ti, Zr, La, Ce und/oder Cr. A method according to claim 8, characterized in that the protective bed in step d) is an absorber in which the sulfur-binding metal is present on a carrier material which is selected from carbon and / or at least one oxide of B, Al, Si, Ti, Zr, La, Ce and / or Cr.
10. Verfahren zur Herstellung von hochreiner Bernsteinsäure, Bernsteinsäurestern oder 10. A process for the preparation of highly pure succinic acid, succinic esters or
Bernsteinsäureamiden umfassend die Schritte a) bis e) nach einem der Ansprüche 1 9, weiterhin nach Schritt e) den folgenden Schritt f) umfassend f) Umsetzung des Bernsteinsäureanhydrids aus Schritt d) oder e) mit Wasser zu Bernsteinsäure, mit einem Alkohol zu Bernsteinsäureestern oder mit einem Amin zu Bernsteinsäureamiden.  Succinic amides comprising the steps a) to e) according to any one of claims 1 9, further after step e) the following step f) comprising f) reacting the succinic anhydride from step d) or e) with water to succinic acid, with an alcohol to succinic acid esters or with an amine to succinic amides.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) nach der Herstellung von Bernsteinsäure diese durch Kristallisation oder Abtrennung überschüssigen Wassers gewonnen wird. 1 1. A method according to claim 10, characterized in that in step f) after the production of succinic acid, this is obtained by crystallization or separation of excess water.
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