Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem durch die Abtrennung der in der Hydrierstufe unerwünschten Komponenten aus 1,4-Butindiol ein gereinigtes 1,4-Butindiol zugänglich wird, aus dem durch Hydrierung 1.4-Butendiol bzw. 1,4-Butindiol in hoher Selektivität und mit guter Katalysatorstandzeit gewonnen werden kann.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass ein Verfahren, bei dem man technisches 1,4-Butindiol in einer dynamischen Mischvorrichtung in einer Inertgas-Atmosphäre bei 25 bis 150°C, bevorzugt 70 bis 90°C, bei einem Geschwindigkeitsgefälle im radialen Spiel zwischen Rotor und Stator der Mischvorrichtung von mehr als 100.000 sec^–1 bearbeitet, bei Temperaturen von 25 bis 150°C die Phasentrennung abwartet und die untere Phase abtrennt, zu einer Abtrennung der in der Hydrierstufe unerwünschten Komponenten aus technischem 1,4-Butindiol führt und durch dessen Hydrierung 1,4-Butendiol und 1,4-Butindiol jeweils in hoher Selektivität und mit guter Katalysatorstandzeit zugänglich werden. Unter technischem 1,4-Butindiol wird in dieser Anmeldung aus Acetylen und Formaldehyd an sich bekannten, üblichen Katalysatoren hergestelltes 1,4-Butindiol verstanden, das nach seiner Synthese nicht beispielsweise durch Destillation gereinigt wurde und im allgemeinen 10 bis 70 Gew.-% Butindiol, bevorzugt 30 bis 60 Gew.-% Butindiol, 0,2 bis 4 Gew.-% Propinol 0,1–2 Gew.-% Formaldehyd und 1 bis 2000 ppm, bevorzugt 3 bis 500ppm, besonders bevorzugt 10 bis 200 ppm, Cuprene und Katalysatorbestandteile sowie < 0,1 % andere Verunreinigungsspuren enthält.

1,4-Butindiol wird bevorzugt bei einem Geschwindigkeitsgefälle von 130.000 bis 145.000 sec^–1 zwischen 5 Minuten und 1 h, bevorzugt von 10 Minuten bis 20 Minuten, bearbeitet.

Die Behandlung des 1,4-Butindiols bei dem erfindungsgemäßen Schergefälle kann in zur Einstellung derartigen Gescheindigkeitsgefälle geigneten handelsüblichen Mischvorrichtungen, insbesondere dynamischen Mischvorrichtungen, zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige Bestandteile enthaltenden Gemischs aus wenigstens zwei, insbesondere chemisch reaktionfähigen Komponenten erfolgen, die eine Regelung zur Einstellung der Temperatur aufweisen. Das Butindiol wird im erfindungsgemäßen Verfahren vor der Mischkammer auf 25 bis 150°C, bevorzugt 70 bis 90°C erhitzt. Bevorzugt sind jedoch Mischvorrichtungen, die ein Geschwindigkeitsgefälle im radialen Spiel zwischen Rotor (Laufrad) und Gehäusewand von mehr als 100000 (105) sec^–1 gewährleisten. Eine derartige Mischvorrichtung bzw. Mischkammer ist beispielsweise aus der DE-C 42 20 239 bekannt. Bei dieser Mischkammer handelt es sich um eine Mischvorrichtung zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige Bestandteile enthaltenden Gemischs mit einer rotationssymmetrischen Mischkammer, die aus einer Umfangswand und zwei Stirnwänden gebildet ist, mit mindestens einer Auslassöffnung für das Gemisch in der Umlaufwand der Mischkammer und mit einem in der Mischkammer angeordneten, drehantreibbaren Rotor, wobei der Rotor an seinem Umfang gleichmäßig verteilt Kantenbrüche und an seinen Stirnwänden Ausnehmungen aufweist, die mit ringförmigen Kanälen in den Stirnwänden der Mischkammer Druckzellen ausbilden, wobei die Druckzellen über Durchgangsbohrungen in den Rotor miteinander verbunden sind. Die Offenbarung dieser DE-C 42 20 239 sei durch Zitat vollständig eingeschlossen (incorporated by reference). Durch eine geeignete Auslegung des Rotors (Laufrad) im Verhältnis zur inneren Gehäusewand kann bei dieser Mischkammer ein Geschwindigkeitsgefälle von mehr als 100000 (105) sec^–1 erreicht werden.

Das Inertgas wird mit einem Druck von im Allgemeinen 1 bis 2 bar bevorzugt über einen Anschluss unmittelbar in die Mischkammer zudosiert und ist ausgewählt aus Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon oder deren Gemischen.

Bei der erfindungsgemäßen Temperatur der Scherung wird sodann die Phasentrennung in einer Beruhigungszone, in der keine Mischung mehr erfolgt, abgewartet. Dies kann in einem oder mehreren gesonderten Phasentrenngefäßen erfolgen, die so ausgelegt sein sollten, dass die Temperatur regelbar ist. Die Zeit bis zum Eintritt der Phasentrennung, beträgt im Allgemeinen zwischen einer Stunde (h) und 5 Stunden, bevorzugt zwischen 2 Stunden und 5 Stunden.

Während des Lagerns in der Beruhigungszone bilden sich zwei Phasen, die dann mit an sich für diesen Zweck bekannten Verfahren wie z.B. durch Dekantieren oder Zentrifugieren , bevorzugt durch Zentrifugieren mit handelsüblichen Zentrifugen, voneinander getrennt werden.

Die schwerere (untere) Phase enthält überwiegend die Cuprene sowie erhebliche Anteile von Kupfer-, Wismut- oder SiO₂-haltigen, unerwünschten Katalysator-Komponenten. Diese untere Phase wird entweder der Entsorgung wie z.B. Verbrennung zugeführt, kann zuvor aber noch z.B. destillativ behandelt werden, um Restanteile an 1,4-Butindiol abzutrennen und ins erfindungsgemäße Verfahren zurückzuführen. Die vom Cuprenen und unerwünschten Katalysatorbestandteilen weitgehend befreite obere Phase wird der Hydrierung zu 1,4-Butendiol oder 1,4-Butandiol zugeführt.

Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren kann diskontinuierlich oder voll kontinuierlich durchgeführt werden, wobei die kontinuierliche Fahrweise bevorzugt ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Hydrierung von 1,4-Butindiol zu 1,4-Butendiol und bevorzugt zu 1,4-Butandiol, bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigtes 1,4-Butindiol eingesetzt wird.

Die Hydrierung von 1,4-Butindiol ist an sich bekannt und erfolgt bevorzugt in der Flüssigphase an fest angeordneten und/oder suspendierten Katalysatoren. Die Hydrierung kann bis zum 1,4-Butandiol, aber auch nur bis zum 1,4-Butendiol durchgeführt werden.

Für die Hydrierung von gereinigtem 1.4 Butindiol werden solche Katalysatoren verwendet, die C-C-Dreifach- und -Doppelbindungen zu Einfachbindungen zu hydrieren vermögen. Sie enthalten in der Regel eines oder mehrere Elemente der I., VI., VII. oder VIII.-Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, bevorzugt die Elemente Kupfer, Chrom, Molybdän, Mangan, Rhenium, Eisen, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Platin und Palladium. Besonders bevorzugt verwendet man Katalysatoren, die mindestens ein Element ausgewählt aus Kupfer, Chrom, Molybdän, Eisen, Nickel, Platin und Palladium enthalten.

Der Metallgehalt dieser Katalysatoren liegt in der Regel zwischen 0,1–100 Gew.-%, bevorzugt 0,2–95 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5–95 Gew.-%.

Der Katalysators enthält bevorzugt zusätzlich mindestens ein Element ausgewählt aus den Elementen der II., III., IV. und VI.-Hauptgruppe, der II., III., IV. und V. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente und der Lanthanoiden als Promotor zur Aktivitätssteigerung.

Der Promotorgehalt des Katalysators beträgt in der Regel bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,001–5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01–3 Gew.-%.

Als Katalysatoren können Fällungs-, Träger-, oder Raney-Typ-Katalysatoren verwendet werden, deren Herstellung beispielsweise in Ullmanns, Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1977, Band 13, Seiten 55865 beschrieben ist.

Als Trägermaterialien können Aluminiumoxide, Titanoxide, Zirkoniumdioxid, Siliciumdioxid, Tonerden, z.B. Montmorillonite, Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikate, Zeolithe sowie Aktivkohlen verwendet werden. Bevorzugte Trägermaterialien sind Aluminiumoxide, Titandioxide, Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid und Aktivkohlen. Selbstverständlich können auch Mischungen verschiedener Trägermaterialien als Träger für im erfindungsgemässen Verfahren anwendbare Katalysatoren dienen.

Diese Katalysatoren können entweder als Katalysatorformkörper, beispielsweise als Kugeln, Zylinder, Ringe, Spiralen, oder in Form von Pulvern verwendet werden.

Als Raney-Typ-Katalysatoren sind beispielsweise Raney-Nickel, Raney-Kupfer, Raney-Kobalt, Raney-Nickel/Molybdän, Raney-Nickel/Kupfer, Raney-Nickel/Chrom, Raney-Nickel/Chrom/Eisen oder Rhenium-Schwamm geeignet. Raney-Nickel/Molybdän-Katalysatoren können beispielsweise nach dem in der US-A 4 153 578 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Diese Katalysatoren werden aber auch beispielsweise von der Firma Degussa, 63403 Hanau, Deutschland vertrieben. Ein Raney-Nickel-Chrom-Eisen-Katalysator wird beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Katalysator Typ 11 112 W^® von der Firma Degussa vertrieben.

Bei der Verwendung von Fäll- oder Trägerkatalysatoren werden diese zu Beginn der Reaktion bei 150 und 500°C im Wasserstoff- bzw. Wasserstoff/Inertgas-Strom reduziert. Diese Reduktion kann direkt im Synthese-Reaktor durchgeführt werden. Falls die Reduktion in einem separaten Reaktor durchgeführt wird, können die Katalysatoren vor dem Ausbau bei 30°C mit sauerstoffhaltigen Gasgemischen oberflächlich passiviert werden. Die passivierten Katalysatoren können in diesem Fall im Synthese-Reaktor vor dem Einsatz in einem Stickstoff/Wasserstoffstrom bei 180°C aktiviert oder auch ohne Aktivierung eingesetzt werden.

Die Katalysatoren können im Festbett oder in Suspension eingesetzt werden. Wenn die Katalysatoren in Form eines Festbetts angeordnet sind, wird der Reaktor nicht in der üblichen Rieselfahrweise, sondern in einem aufwärts gerichteten Gleichstrom von Flüssigkeit und Gas so betrieben, dass die Flüssigkeit und nicht das Gas als kontinuierliche Phase vorliegt.

Suspendierte Katalysatoren werden mit einer Korngröße im Allgemeinen von 0,1–500 &mgr;m, bevorzugt 0,5 bis 200 &mgr;m, besonders bevorzugt 1 bis 100 &mgr;m eingesetzt.

Wird mit suspendierten Katalysatoren gearbeitet, so wird bei Verwendung von gepackten Blasensäulen ebenfalls mit einem aufwärts gerichteten Gleichstrom von Flüssigkeit und Gas so gearbeitet, dass die Flüssigkeit und nicht das Gas als kontinuierliche Phase vorliegt. Das Verhältnis von das Reaktionsgefäß verlassender zu zugeführter Gasmenge beträgt bei der Verwendung von Festbettreaktoren und bei der Verwendung von gepackten Blasensäulen mit einem im Reaktionsmedium suspendierten Katalysator 0,99:1 bis 0,4:1.

Das erfindungsgemäß bei Festbettreaktoren und bei im Reaktionsmedium suspendierten Katalysatoren in gepackten Blasensäulen einzuhaltende Verhältnis von das Reaktionsgefäß verlassender zu zugeführter Gasmenge lässt sich in einfacher Weise einstellen, indem man die entsprechende Menge Wasserstoff entweder als Frischgas dosiert, oder technisch bevorzugt, Kreisgas rückführt und nur den durch chemischen Verbrauch und Abgas bedingten Wasserstoffverlust durch Frischwasserstoff ergänzt.

Das molare Verhältnis von Wasserstoff zu 1,4-Butindiol im Reaktor beträgt mindestens 3:1, bevorzugt zwischen 4:1 und 100:1.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Festbettkatalysatoren mit Kreisgasfahrweise durchgeführt, d.h. das den Reaktor verlassende Gas wird im Kreislauf, gegebenenfalls nach Ergänzung mit frischem Wasserstoff, über einen Verdichter in den Reaktor rückgeführt. Es ist möglich, die gesamte Kreisgasmenge oder eine Teilmenge davon über einen Treibstrahlverdichter zu führen. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Kreisgasverdichter durch eine kostengünstige Düse ersetzt. Die Verdichtungsarbeit wird über die ebenfalls im Kreis geführte Flüssigkeit eingebracht. Die erforderliche Druckerhöhung der Flüssigkeit zum Betreiben des Treibstrahlverdichters beträgt etwa 3 bis 5 bar.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem im Reaktionsmedium suspendierten Katalysator sind Strahldüsenreaktoren, Rührkessel und Blasensäulen mit Packungen, welche eine Packungsoberfläche von mindestens 500, bevorzugt 1000 bis 2000 m²/m³ aufweisen, geeignet. Strahldüsenreaktoren können in verschiedenen Bauarten Anwendung finden, wenn sie durch einen ausreichend hohen Energieeintrag, der erfahrungsgemäß oberhalb von 2 kW/m³ liegt, den für die Erfindung wesentlichen hohen Stoffübergang von der Gasphase an die Flüssigkeit mit den suspendierten Katalysatorteilchen gewährleisten können. Besonders geeignet sind Strahldüsenreaktoren, die mit einem Impulsaustauschrohr ausgerüstet sind. Eine industriell verbreitete Bauform eines Strahldüsenreaktors ist beispielsweise der in der EP-A 0 419 419 beschriebene Reaktor. Bei Werten für den Energieeintrag von 3 bis 5 kW/m³ ist mit diesem Reaktor eine Abscheidung der Gasphase noch in einfachen Abscheidern möglich, ohne Zusatzapparate wie Schaumzentrifugen oder Zyklone, benutzen zu müssen.

Rührbehälter sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur dann geeignet, wenn der Energieeintrag in einem Bereich von 2 bis 10 kW/m³ liegt.

Strahldüsenreaktoren mit suspendierten Katalysatoren benötigen volumenbezogene Energieeinträge von mehr als 2 kW/m³, bevorzugt 3–5 kW/m³.

1,4-Butandiol findet in der Technik in großen Mengen Anwendung zum Beispiel bei der THF-Herstellung oder als Diolkomponente in Polyestern.