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Dreiphasige Butadien-Telomerisationen im kontinuierlich betriebenen Schlaufenreaktor

Dietmar Dehn

Diese Publikation zitieren

Dietmar Dehn, Dreiphasige Butadien-Telomerisationen im kontinuierlich betriebenen Schlaufenreaktor (2008), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599164

Getrackt seit 05/2018

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Beschreibung / Abstract

Die wesentlichen Vorteile homogenkatalysierter Reaktionen sind hohe Selektivitäten und milde Reaktionstemperaturen. Voraussetzung für eine industrielle Anwendung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetallkatalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-Flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in nicht mischbaren Flüssigphasen befinden, mit konventionellen Rührkesselreaktoren bewährt. Da bei den meisten homogenkatalysierten Reaktionen noch zusätzlich ein gasförmiges Edukt vorliegt und dafür der Rührkesselreaktor generell weniger geeignet ist, werden alternative Reaktorkonzepte benötigt.

In der vorliegenden Arbeit wurden mit einem neuartigen Schlaufenreaktor homogenkatalysierte, dreiphasige Telomerisationen mit Butadien im kontinuierlichen Betrieb untersucht. Ziel dieser Arbeit war es, ein Reaktorprinzip aufzuzeigen, das sich auf eine Vielzahl von homogenkatalysierten Gas-Flüssig-Flüssig-Reaktionen anwenden lässt. Das Prinzip des Reaktors beruht auf einem stetigen Recycling der flüssigen wässrigen Katalysatorphase, in der sich auch ein polares flüssiges Edukt befindet, und des nicht umgesetzten unpolaren gasförmigen Edukts. Diese gelangen aufgrund eines Flüssigkeitsstrahlmischers intensiv gemischt in den Reaktionsteil des Schlaufenreaktors. Die gebildeten Produkte werden im anschließenden Phasenabscheider als zweite flüssige Phase von der Katalysatorphase getrennt und können auf diese Weise nicht in Folgereaktionen weiter reagieren. Bei den Untersuchungen standen die Katalysatorstandzeit und -ausschleusung, die Ermittlung der optimalen Betriebsparameter wie Druck und Temperatur und die Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute (RZA) im Vordergrund.

Zunächst wurden zur Optimierung der Reaktionen Versuche im 300 ml Laborreaktor durchgeführt. Für die erste untersuchte Butadien-Telomerisation wurde als Nukleophil Methanol eingesetzt. Das Katalysatorsystem setzte sich aus Palladiumbisacetylacetonat Pd(acac)2 und Triphenylphosphintrisulfonat (TPPTS) zusammen. Das gebildete Produkt ist das 1-Methoxy-2,7-octadien, das als Vorstufe von Lösungsmitteln und Feinchemikalien Verwendung findet. Im Laborreaktor wurden Einflüsse wie die Methanol- und Katalysatorkonzentration, die Zugabe von Basen, Rührerdrehzahl und Temperatur untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit Hilfe der dreiphasigen Durchführung zu keiner Nebenproduktbildung kommt. Durch Zugabe von geringen Mengen an NaOH wurde eine RZABatch von 104 kg/m3h erzielt und das Verhältnis von linearen Telomeren zur Gesamtproduktmenge auf 95  % erhöht. Diese Werte sind bis jetzt die höchsten, die mit dem Standardkatalysatorsystem Pd-TPPTS erreicht wurden. Bei der zweiten untersuchten Butadien-Telomerisation mit Wasser konnte eine RZABatch von 39 kg/m3h und eine Selektivität zu den Octadienolen von 84  % erreicht werden.

Bei Langzeitversuchen im Schlaufenreaktor konnte dann gezeigt werden, dass aufgrund der hohen Stoffaustauschleistung bei der Telomerisation mit Methanol durchschnittlich eine RZA von 160 kg/m3h über einen Zeitraum von 56 h und bei der Telomerisation mit Wasser von 15 kg/m3h über einen Zeitraum von 10 h erzielt wurden.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • 1 Einleitung
  • 2 Allgemeiner Teil
  • 2.1 Katalysatorrückgewinnung in der homogenen Katalyse
  • 2.2 Homogenkatalysierte Telomerisation von Butadien
  • 3 Ergebnisse und Diskussion
  • 3.1 Halbkontinuierlich betriebene Versuche im Rührkessel
  • 3.2 Kontinuierlich betriebene Versuche im Schlaufenreaktor
  • 4 Zusammenfassung
  • 5 Experimenteller Teil
  • 5.1 Verwendete Chemikalien und allgemeine Arbeitstechnik
  • 5.2 Analytik
  • 5.3 Messung der Phasengleichgewichte
  • 5.4 Messung des kLa-Werts mit manometrischer Methode
  • 5.5 Halbkontinuierlich betriebene Versuche im Rührkessel
  • 5.6 Kontinuierlich betriebene Versuche im Schlaufenreaktor
  • 6 Literaturverzeichnis
  • 7 Anhang A: Modellierung und Simulation
  • 7.1 Begriffe, Modellvorstellung und -annahmen
  • 7.2 Modell des Schlaufenreaktors
  • 7.3 Modell des Schwerkraftabscheiders
  • 7.4 Simulationsergebnisse
  • 8 Anhang B
  • 8.1 Funktionsweise und Aufbau eines Hohlrührers
  • 8.2 Bilder des Schlaufenreaktors
  • 8.3 An- und Abfahrplan
  • 8.4 Ausklappbares Fließbild

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