Heterogen katalysierte Hydrierung wässriger Bernsteinsäurelösungen

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Die Herstellung von Chemikalien erfolgt derzeit überwiegend auf Basis fossiler Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Aufgrund des hohen Verbrauchs und der begrenzten Verfügbarkeit gewinnen alternative Prozesse auf Basis nachwachsender Rohstoffe an Bedeutung. Ein Beispiel für nachhaltige Synthesewege ist die Produktion von gamma-Butyrolacton (GBL), 1,4-Butandiol (BDO) und Tetrahydrofuran (THF) aus Bernsteinsäure. Aktuell wird BDO hauptsächlich durch die Reppe-Synthese hergestellt, während andere Routen auf der Hydrierung von Maleinsäurederivaten basieren, die aus Butan gewonnen werden. Bernsteinsäure, die durch Fermentation von Zuckern in wässriger Lösung entsteht, bietet eine alternative Rohstoffquelle. In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur Hydrierung wässriger Bernsteinsäurelösungen entwickelt. Die Auswahl eines geeigneten Katalysators sowie die Entwicklung einer Analysemethode für die Produktmischung und die Berücksichtigung der Phasengleichgewichte im Reaktor wurden untersucht. Systematische Versuche an einem pulverförmigen Hydrierkatalysator in einem Rührkesselreaktor ermöglichten die Ermittlung des Reaktionsnetzwerks und der Reaktionskinetik. Mit geeigneten kinetischen Ansätzen konnte die Kinetik für ein vereinfachtes Reaktionsnetzwerk beschrieben werden. Abschließend wurden Reaktorkonzepte für die Bernsteinsäure ausgewählt und industrielle Reaktoren ausgelegt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz eines Schlaufenre