Hans-Jürgen Arpe

Industrielle Organische Chemie Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte

Sechste, vollständig überarbeitete Auflage

B1CENTENNIAL

B1CENTENNIAL

WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Inhaltsverzeichnis

1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2

Aspekte der Energie- und Rohstoffversorgung 1 Gegenwärtiger und absehbarer Energiebedarf 2 Verfügbarkeit einzelner Energieträger 3 Erdöl 3 Erdgas 4 Kohle 5 Kernbrennstoffe 6 Perspektiven künftiger Energieversorgung 7 Gegenwärtige und absehbare Rohstoffsituation 9 Petrochemische Primärprodukte 9 Kohleveredlungsprodukte 12

2 2. 2. .1 2. .1.1 2. .1.2 2. .2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2

2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6

Basisprodukte der industriellen Synthese 15 Synthesegas 15 Synthesegas-Erzeugung 15 Synthesegas durch Kohlevergasung 16 Synthesegas durch Erdgas-und Erdölspaltung 19 Synthesegas-Reinigung und -Verwendung 21 Gewinnung der reinen Synthesegas-Komponenten 25 Kohlenmonoxid 25 Wasserstoff 27 C r Bausteine 31 Methanol 31 Herstellung von Methanol 31 Verwendung und Verwendungsmöglichkeiten für Methanol 34 Formaldehyd 40 Formaldehyd aus Methanol 41 Verwendung und Verwendungsmöglichkeiten für Formaldehyd 43 Ameisensäure 45 Blausäure 49 Methylamine 54 Halogenderivate des Methans 56

3 3.1 3.2 3.3

Olefine 63 Historische Entwicklung der Olefinchemie 63 Olefine durch Kohlenwasserstoff-Spaltung 63 Spezielle Herstellverfahren für Olefine 68

2.3.2 2.3.2.1 2.3.2.2

Industrielle Organische Chemie: Bedeutende Vor- und Zwischenprodukte, 6. Auflage, Hans-Jürgen Arpe Copyright © 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 978-3-527-31540-6

X

Inhaltsverzeichnis 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.4

Ethylen, Propen 68 Butene und Isobuten 72 Höhere Olefine 80 Unverzweigte höhere Olefine 81 Verzweigte höhere Olefine 90 Olefm-Metathese 93

4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3

Acetylen 99 Heutige Bedeutung des Acetylens 99 Herstellverfahren für Acetylen 101 Calciumcarbid als Basis 101 Thermische Verfahren 102 Verwendung von Acetylen 107

5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.4

1,3-Diolefine 115 1,3-Butadien 115 Historische Synthesen für 1,3-Butadien 116 1,3-Butadien aus C4-Crackfraktionen 117 1,3-Butadien aus d-Alkanen und -Alkenen 119 Verwendung von 1,3-Butadien 122 Isopren 126 Isopren aus Cs-Crackfraktionen 126 Isopren durch Aufbaureaktionen 128 Chloropren 131 Cyclopentadien 134

6 6.1 6.1.1 6.1.2 1.3 1.4 1.4.1

6.2 6.3

Synthesen mit Kohlenmonoxid 137 Hydroformylierung von Olefinen 137 Chemische Grundlagen der Hydroformylierung 138 Technische Durchführung der Hydroformylierung 141 Katalysevarianten der Hydroformylierung 144 Verwendung der Oxoprodukte 147 Oxoalkohole 147 Oxocarbonsäuren 149 Aldol- und Kondensationsprodukte der Oxoaldehyde 150 Carbonylierung von Olefinen 152 Carbonsäuresynthese nach Koch 154

7 7. 7. 7. 7. 7.

Oxidationsprodukte des Ethylens 157 Ethylenoxid 157 Ethylenoxid nach dem Chlorhydrin-Verfahren Ethylenoxid durch Direktoxidation 158 Chemische Grundlagen 158 Verfahrensdurchführung 160

1.4.2 1.4.3

.1 .2 .2.1 .2.2

158

Inhaltsverzeichnis 7.1.2.3

7.4.4 7.4.5

Entwicklungsmöglichkeiten der EthylenoxidHerstellung 162 Folgeprodukte des Ethylenoxids 163 Ethylenglykol und höhere Ethylenglykole 165 Entwicklungsmöglichkeiten der EthylenglykolHerstellung 166 Verwendung von Ethylenglykol 168 Folgeprodukte Glyoxal, Dioxolan, 1,4-Dioxan 169 Polyethoxylate 171 Ethanolamine und Folgeprodukte 172 Ethylenglykolether 176 Weitere Folgeprodukte des Ethylenoxids 178 Acetaldehyd 179 Acetaldehyd durch Ethylenoxidation 181 Chemische Grundlagen 181 Verfahrensdurchführung 182 Acetaldehyd aus Ethanol 183 Acetaldehyd durch C3-/C4-Alkanoxidation 185 Folgeprodukte des Acetaldehyds 185 Essigsäure 186 Essigsäure durch Acetaldehyd-Oxidation 188 Essigsäure durch Alkan- und Alkenoxidation 189 Carbonylierung von Methanol zu Essigsäure 192 Entwicklungsmöglichkeiten der EssigsäureHerstellung 195 Verwendung von Essigsäure 197 Acetanhydrid und Keten 198 Aldolkondensation des Acetaldehyds und Folgeprodukte 202 Ethylacetat 206 Pyridin und Alkylpyridine 207

8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.2 8.2.1 8.2.2 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3

Alkohole 211 Niedere Alkohole 211 Ethanol 211 Isopropanol 217 Butanole 220 Amylalkohole 225 Höhere Alkohole 225 Oxidation von Paraffinen zu Alkoholen Alfolsynthese 230 Mehrwertige Alkohole 232 Pentaerythrit 232 Trimethylolpropan 233 Neopentylglykol 234

7.2 7.2.1 7.2.1.1 7.2.1.2 7.2.1.3 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.3 7.3.1 7.3.1.1 7.3.1.2 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1 7.4.1.1 7.4.1.2 7.4.1.3 7.4.1.4 7.4.1.5 7.4.2 7.4.3

229

XI

XII

Inhaltsverzeichnis 9 9.1 9.1.1 9.1.1.1 9.1.1.2 9.1.1.3 9.1.1.4 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.1.5 9.2 9.2.1 9.2.1.1 9.2.1.2 9.2.1.3 9.2.2 9.2.3 10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.2 10.2.1 10.2.1.1 10.2.1.2 10.2.1.3 10.2.2 10.3 10.3.1 10.3.1.1 10.3.1.2 10.3.1.3 10.3.1.4 10.3.2

Vinyl-Halogen- und Vinyl-SauerstoffVerbindungen 237 Vinyl-Halogen-Verbindungen 237 Vinylchlorid 237 Vinylchlorid aus Acetylen 238 Vinylchlorid aus Ethylen 239 Entwicklungsmöglichkeiten der VinylchloridHerstellung 243 Verwendung von Vinylchlorid und 1,2-Dichlorethan 244 Vinylidenchlorid 245 Vinylfluorid und Vinylidenfluorid 246 Trichlor- und Tetrachlorethylen 248 Tetrafluorethylen 250 Vinylester und-ether 251 Vinylacetat 251 Vinylacetat auf Basis Acetylen oder Acetaldehyd Vinylacetat auf Basis Ethylen 253 Entwicklungsmöglichkeiten der VinylacetatHerstellung 256 Vinylester höherer Carbonsäuren 258 Vinylether 259 Komponenten für Polyamide 261 Dicarbonsäuren 263 Adipinsäure 264 1,12-Dodecandisäure 268 Diamine und Aminocarbonsäuren 269 Hexamethylendiamin 269 Herstellung des Adiponitrils 270 Hydrierung des Adiponitrils 275 Entwicklungsmöglichkeiten der AdiponitrilHerstellung 276 ü)-Aminoundecansäure 276 Lactame 278 E-Caprolactam 278 e-Caprolactam nach der CyclohexanonoximRoute 278 Alternative Herstellverfahren für e-Caprolactam Entwicklungsmöglichkeiten der e-CaprolactamHerstellung 286 e-Caprolactam-Verwendung 288 Laurinlactam 290

252

283

Inhaltsverzeichnis 11 11.1 11.1.1 11.1.1.1 11.1.1.2 11.1.1.3 11.1.2 11.1.3 11.1.3.1 11.1.3.2 11.1.4 11.1.4.1 11.1.4.2 11.1.5 11.1.6 11.1.7 11.1.7.1 11.1.7.2 11.1.7.3 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.2.1 11.3.2.2 11.3.3 11.3.4 12 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.2.1 12.2.2.2 12.2.3 12.2.4

Umsetzungsprodukte des Propens 293 Oxidationsprodukte des Propens 294 Propylenoxid 294 Propylenoxid nach dem Chlorhydnnverfahren 294 Indirekte Oxidationsverfahren zu Propylenoxid 295 Entwicklungsmöglichkeiten der PropylenoxidHerstellung 299 Folgeprodukte des Propylenoxids 304 Aceton 306 Direktoxidation des Propens 307 Aceton aus Isopropanol 308 Folgeprodukte des Acetons 310 Acetonaldolisierung und Folgeprodukte 310 Methacrylsäure und -ester 312 Acrolein 317 Folgeprodukte des Acroleins 318 Acrylsäure und -ester 321 Historische Acrylsäure-Herstellung 321 Acrylsäure aus Propen 323 Entwicklungsmöglichkeiten der AcrylsäureHerstellung 325 Allylverbindungen und Folgeprodukte 326 Allylchlorid 327 Allylalkohol und-ester 330 Glycerin aus Allylvorstufen 332 Acrylnitril 335 Historische Acrylnitril-Herstellung 336 Ammonoxidation von Propen 338 Sohio-Acrylnitril-Verfahren 339 Weitere Propen-(Propan-)AmmonoxidationsVerfahren 340 Entwicklungsmöglichkeiten der AcrylnitrilHerstellung 341 Acrylnitril-Verwendung und Folgeprodukte 342 Aromaten, Gewinnung und Umwandlung 345 Bedeutung der Aromaten 345 Rohstoffquellen für Aromaten 346 Aromaten aus der Steinkohlen-Verkokung 347 Aromaten aus Reformat- und Pyrolysebenzin 348 Aromatenisolierung 352 Spezielle Trennverfahren für Nichtaromaten/ Aromaten- und Aromatengemische 352 Entwicklungsmöglichkeiten der Aromatenherstellung 358 Kondensierte Aromaten 360

XIII

XIV

Inhaltsverzeichnis 12.2.4.1 12.2.4.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3

Naphthalin 360 Anthracen 362 Umwandlungsverfahren für Aromaten 365 Hydrodealkylierung 366 m-Xylol-Isomerisierung 367 Disproportionierung, Transalkylierung und Methylierung 370

13 13.1

Umsetzungsprodukte des Benzols 373 Alkylierungs- und Hydrierungsprodukte des Benzols 373 Ethylbenzol 373 Styrol 377 Cumol 380 Höhere Alkylbenzole 382 Cyclohexan 384 Oxidations-und Folgeprodukte des Benzols 386 Phenol 386 Herstellverfahren für Phenol 387 Entwicklungsmöglichkeiten der Phenolherstellung 396 Phenol-Verwendung und-Folgeprodukte 399 Dihydroxybenzole 403 Maleinsäureanhydrid 407 Maleinsäureanhydrid durch Benzoloxidation 408 Maleinsäureanhydrid durch Butenoxidation 410 Maleinsäureanhydrid durch Butanoxidation 411 Maleinsäureanhydrid-Verwendung und -Folgeprodukte 412 Weitere Benzolderivate 415 Nitrobenzol 415 Anilin 417 Diisocyanate 420

13.1.1 13.1.2 13.1.3 13.1.4 13.1.5 13.2 13.2.1 13.2.1.1 13.2.1.2 13.2.1.3 13.2.2 13.2.3 13.2.3.1 13.2.3.2 13.2.3.3 13.2.3.4 13.3 13.3.1 13.3.2 13.3.3 14 14.1 14.1.1 14.1.2 14.1.3 14.2 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4

Oxidationsprodukte des Xylols und Naphthalins Phthalsäureanhydrid 427 Naphthalinoxidation zu Phthalsäureanhydrid 427 o-Xylol-Oxidation zu Phthalsäureanhydrid 429 Phthalsäureester 432 Terephthalsäure 435 Herstellung von Dimethylterephthalat und Terephthalsäure 436 Faserreine Terephthalsäure 438 Weitere Herstellwege für Terephthalsäure und Derivate 441 Verwendung von Terephthalsäure und Dimethylterephthalat 445

427

Inhaltsverzeichnis 15 15.1 15.2 15.3

Anhang 449 Definitionen für reaktionskennzeichnende Größen Firmenkurzbezeichnungen 452 Quellenhinweise 453

Stichwortverzeichnis

471

Verfahrens- und Produktschemata (Ausschlagtafeln)

449

XV