Heterogen katalysierte Hydrierung wässriger Bernsteinsäurelösungen

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Jelka Diedenhoven

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Die Herstellung von Chemikalien erfolgt derzeit größtenteils auf Basis von fossilen Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Durch den hohen Verbrauch und eine limitierte Verfügbarkeit werden alternative Prozesse basierend auf nachwachsenden Rohstoffen zunehmend attraktiver. Ein Beispiel für solche nachhaltigen Synthesewege ist die Herstellung von gamma-Butyrolacton (GBL), 1,4-Butandiol (BDO) und Tetrahydrofuran (THF) aus Bernsteinsäure. BDO wird auch heute noch überwiegend durch die Reppe-Synthese hergestellt. Andere Herstellungsrouten basieren auf der Hydrierung von Maleinsäurederivaten, die gegenwärtig aus Butan gewonnen werden. Als alternativer Rohstoff kann Bernsteinsäure genutzt werden, die durch die Fermentation von Zuckern erhalten wird und in wässriger Lösung anfällt. In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Entwicklung eines Verfahrens für die Hydrierung wässriger Bernsteinsäurelösungen durchgeführt. Neben der Auswahl eines geeigneten Katalysators war die Entwicklung einer geeigneten Analysemethode für die Produktmischung und die Berücksichtigung der Phasengleichgewichte im Reaktor Gegenstand der Untersuchungen. Zur Ermittlung des Reaktionsnetzwerks und der Reaktionskinetik wurden systematische Versuche an einem pulverförmigen Hydrierkatalysator in einem absatzweise betriebenen Rührkesselreaktor durchgeführt. Mit Hilfe geeigneter kinetischer Ansätze konnte anschließend die Reaktionskinetik für ein vereinfachtes Reaktionsnetzwerk beschrieben werden. Abschließend wurden geeignete Reaktorkonzepte für die Bernsteinsäure ausgewählt und industrielle Reaktoren ausgelegt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz eines Schlaufenreaktors eine interessante Alternative zu klassischen Reaktorkonzepten für die Hydrierung wässriger Bernsteinsäurelösungen darstellt.