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Vefahren zur Herstellung von organischen Acetaten
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Das Palladium kann auf dem Träger in Mengen von z. B. 0, 05 bis 10 Gew. -%, vorteilhafterweise 0, 5 bis 5 Gew.-% aufgebracht werden. Das Edelmetall kann auf die Träger aufgebracht werden, indem man sie z. B. mit einer wässerigen Palladiumsalzlösung tränkt und durch Reduktion, beipielsweise mit Hydrazinhydrat in alkalischer Lösung, das Palladium auf dem Träger ausfällt. Man kann aber auch die anorganischen Edelmetallsalze, beispielsweise die Nitrate, oder die organischen Salze, beispielsweise Acetate, durch Reduktion mit Wasserstoff bei erhöhter Temperatur in das Metall überführen. Nach dem Palladium bringt man auch vorteilhafterweise Alkali- oder Erdalkali-Acetate auf dem Träger auf, wie z. B. Kalium-, Natrium-, Magnesium- oder Calcium-Acetat. Die Acetate können im Katalysator z.
B. in Mengen von 0, 5 bis 10 Gew.Prozent, vorteilhafterweise 1-5 Gew.-%, bezogen auf den Träger, zugegen sein. Es ist zweckmässig, die Acetate in wässeriger Lösung auf dem mit Edelmetall versehenen Katalysator aufzutränken und anschliessend zu trocknen. Verwendet man die Katalysatoren fest angeordnet im Reaktionsraum, so kann man Pillen Würstchen oder Kugeln benutzen in einer Grösse von 2 bis 8 mm, vorteilhafterweise 3-5 mm. Bei Verwendung des Katalysators im Wanderbett wählt man vorteilhafterweise die Kugelform des Katalysators, beim Arbeiten im Wirbelbett kann z. B. die Mikrokugelform mit Grössen von 20 bis 80 verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann der Palladiummetall-Katalysator z. B. fest im Reaktionsraum angeordnet sein, und die Reaktionsteilnehmer können über diesen fest angeordneten Katalysator gasförmig geleitet werden. Es kann aber z. B. auch mit einem bewegten, stückigen Katalysator gearbeitet werden, d. h., der Katalysator kann in Form eines Wanderbettes durch den Reaktionsraum hindurch geleitet werden, oder aber es kann auch ein Wirbelbett verwendet wrden, wobei die Reaktionsteilnehmer gasförmig durch ein Bett hindurchgeführt werden, in dem sich der Katalysator in wirbelndem Zustand befindet.
Als Olefine eignen sich für das erfindungsgemässe Verfahren aliphatische Monoolefine, wie z. B. Äthlen, Propylen oder i-Butylen. Unter dem Begriff Olefine sollen auch die Alkylbenzole verstanden werden, da sich die Alkylbenzole bei dem erfindungsgemässen Verfahlen wie Olefine verhalten. Der Alkylrest kann dabei im Benzolring ein-, zwei-oder dreimal enthalten sein. Vorzugsweise handelt es sich dabei um niedere Alkylreste, genannt seien als Beispiele Toluole oder Xylole.
Es ist vorteilhaft, die Olefine in hoher Konzentration einzusetzen, z. B. Äthylen als 99% iges Äthylen, doch können sie auch in Verdünnung mit paraffinischen Kohlenwasserstoffen verwendet werden, mit denen vergesellschaftet sie häufig bei Erdölverarbeitungsprozessen anfallen.
Der Sauerstoff kann in Form von Luft zugeführt werden. Besonders bei Kreislaufführung der Reaktionskomponenten ist es aber vorteilhafter, mit konzentriertem Sauerstoff zu arbeiten, zweckmässigerweise
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kann1-40 Vol.-Teile betragen, vorteilhafterweise 2-30 Vol. -Teile ; da im einmaligen Durchgang nur ein Teil der Gase, insbesondere der Olefine bzw. Alkylbenzole, umgesetzt wird, kann es empfehlenswert sein, die Gase nach Abtrennung von den Reaktionsprodukten in den Kreislauf zurückzuführen.
Man verwendet die Essigsäure für das erfindungsgemässe Verfahren zweckmässigerweise in konzentrierter Form, z. B. 90% ig, oder als Eisessig. Das Mol-Verhältnis von Essigsäure zu den Olefinen bzw. den Alkylbenzolen wählt man vorteilhafterweise im Bereich von 0, 2 bis 2, 0 zu 1.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird bevorzugt in der Gasphase durchgeführt. Diese Arbeitweise hat höhere Konzentrationen von Vinylacetat im Reaktionsprodukt zur Folge und es werden dabei wesentlich geringere Mengen an höher siedenden Nebenprodukten gebildet. Die Reaktionstemperaturen liegen zweckmässigerweise im Bereich zwischen ungefähr 100-180 C. Man kann bei Normaldluck oder schwach erhöhtem Druck, z. B. bis zu etwa 5 atü, arbeiten.
Die den Reaktionsraum verlassenden Reaktionsteilnehmer werden im allgemeinen abgekühlt, so dass sich der grösste Teil der Essigsäure und der Reaktionsprodukte verflüssigt. Die hierbei nicht kondensierten Anteile der Reaktionsprodukte, beispielsweise des Vinylacetats, kann man aus den die Kondensation verlassenden Gasen mit geeigneten Mitteln, beispielsweise frischer Essigsäure, auswaschen oder durch Kompression der Gase verflüssigen. Die Anwendung der Kompression der Gase hat den Vorteil, die Abtrennung der als Nebenprodukt gebildeten Kohlensäure aus den Reationsgasen zu erleichtern.
Aus den durch die Abkühlung, bzw. die Kompression, gewonnenen Kondensaten können durch Destillation die Reaktionsprodukte, also die organischen Acetate, vom Wasser einerseits und von der Essigsäure andererseits abgetrennt werden ; die Essigsäure kann verdampft und dampfförmig wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt werden.
Beispiel 1 : Die Herstellung des Katalysatorträgers wurde in folgender Weise vorgenommen : Kugeln mit 4 mm Durchmesser aus aktivem Aluminiumoxyd mit einer inneren Oberfläche von 288 m 2fg wurden bei gewöhnlicher Temperatur mit einer gesättigten wässerigen Lösung von Magnesiumnitrat bis zur Sättigung getränkt. Durch Erhitzen der getränkten und getrockneten Kugeln auf 500 C wurde das Magnesiumnitrat zum Magnesiumoxyd zersetzt. Nach dem Abkühlen wurde dieser Vorgang noch zweimal wiederholt. Das so gewonnene Material enthielt Magnesiumoxyd in einer Menge, die 90% der zur vollständigen Spinellbildung benötigten entsprach. Dieses Produkt wurde anschliessend 8 h auf 1050 C erhitzt, wobei sich die Spinellbildung vollzug.
Der so gewonnene Träger hatte eine innere Oberfläche von 60 m2fg. Zur Katalysatorherstellung wurde er mit Palladiumchlorürlösung getränkt. Dann wurde das Palladium mit alkalischer Hydrazinhydratlösung in feiner Verteilung auf dem Träger niedergeschlagen ; der Palladiumgehalt des fertigen Katalysators betrug 2 Gew.-%. Auf diesen Edelmetallkatalysator wurden als wässerige Lösung aufgetränkt 2 Gew.-% Natriumacetat auf 100 Gew.-Teile des fertigen Katalysators.
Anschliessend wurde bei
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110 C im Vakuum getrocknet. 500 cm3 dieses Katalysators wurden in ein Rohr von 22 mm lichter Weite und 1500 mm Länge eingebracht. Über diesen fest im Reaktionsraum angeordneten Katalysator wurde in Abwärtsströmung stündlich dampfförmig ein Gemisch aus 4, 81 Mol Äthylen, 1, 86 Mol Essigsäure und 0, 92 Mol Sauerstoff geleitet. Die Reaktionstemperatur betrug 143 C. Gearbeitet wurde bei gewöhnlichem Druck. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 13, 0% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 88, 7% als Vinylacetat und 11, 3% als Kohlendioxyd.
Beispiel 2 : Die gleichen Aluminiumoxydkugeln wie in Beispiel 1 wurden mit wässeriger Zinknitratlösung getränkt. Die getränkten Kugeln wurden nach dem Trocknen auf 500 C erhitzt, wobei sich das Zinknitrat zersetzte. Die beim Tränken aufgenommene Zinkmenge entsprach 40% der Theorie der für die Spinellbildung benötigten. Anschliessend wurde 6 h auf 1050 C erhitzt. Die Tränkung dieses Trägers, der eine innere Oberfläche von 46 m2Jg aufwies, mit Palladiumchlorid und anschliessender Reduktion zum Palladiummetall sowie die nachfolgende Belegung mit Natriumacetat erfolgte in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise. Auch die verwendete Apparatur war die gleiche wie in Beispiel 1.
Dampfförmig übergeleitet wurde über den Katalysator ein Gemisch aus 4, 59 Mol Äthylen, 1, 88 Mol Essigsäure und 0, 86 Mol Sauerstoff bei einer Reaktionstemperatur von 144 C und gewöhnlichem Druck. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 16, 6% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 90, 6% als Vinylacetat und 9, 4% als Kohlendioxyd.
Beispiel 3 : Zur Herstellung des Katalysatorträgers wurde aus einer Natriumaluminatlösung mit äquivalenten Mengen einer Kobaltnitratlösung ein Kobaltaluminat ausgefällt. Dieses wurde von Natriumionen frei gewaschen und getrocknet. Anschliessend wurde das Pulver 6 h auf 900 C erhitzt. Die Oberfläche des so erhaltenen Spinells betrug 46 m2Jg. Auf diesen Träger wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise nacheinander Palladiummetall und Natriumacetat aufgebracht. Der getrocknete Katalysator wurde dann in einer Presse in 4 mm Pillen übergeführt und in dieser Form in den Reaktor eingebracht. Die Reaktionsdurchführung war die gleiche wie in den voraufgegangenen Beispielen. Gearbeitet wurde bei 145 C und Atmosphärendruck. Stündlich wurde ein Gemisch aus 4, 66 Mol Äthylen, 1, 89 Mol Essigsäure und 0, 68 Mol Sauerstoff dampfförmig übergeleitet.
Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 11, 6% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden 88, 1 % als Vinylacetat und 11, 9% als Kohlendioxyd erhalten.
Beispiel 4 : 11 des in Beispiel 2 beschriebenen Katalysators wurde eingebracht in ein Edelstahlrohr von 25 mm lichter Weite und 2100 mm Länge, welches aussen mit siedendem Wasser von 120 C umgeben war.
In einem Dauerversuch von mehr als einem Monat wurde bei gewöhnlichem Druck dampfförmig auf den Katalysator stündlich übergeleitet ein Gemisch aus 8, 77 Mol Äthylen, 3, 42 Mol Essigsäure und 1, 76 Mol Sauerstoff. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 14, 9% umgesetzt. Von dem umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 92, 4% als Vinylacetat und 7, 6% als Kohlendioxyd.
Beispiel 5 : Die Herstellung des Katalysatorträgers wurde in folgender Weise vorgenommen : l l Kugeln mit 4 mm Durchmesser aus aktivem Aluminiumoxyd mit einer inneren Oberfläche von 288 m2Jg wurden bei gewöhnlicher Temperatur getränkt mit einer Lösung von 23, 1 g Lithiumhydroxyd in Wasser/ Methanol-Gemisch 50 : 50. Der getränkte Träger wurde bei 110 C im Vakuum getrocknet und anschliessend 10 h auf 1050 C erhitzt, wobei sich die Spinellbildung zu 40% vollzog. Der so gewonnene Träger hatte eine innere Oberfläche von 46 m2Jg. Zur Katalysator-Herstellung wurde er mit Palladiumchlorürlösung getränkt. Dann wurde das Palladium mit alkalischer Hydrazinhydratlösung in feiner Verteilung auf dem Träger niedergeschlagen.
Der Palladium-Gehalt des fertigen Katalysators betrug 2 g Palladium/100 cm3 Katalysator. Auf diesen Edelmetallkatalysator wuden als wässerige Lösung aufgetränkt 2 g Natriumacetat auf 100 cm3 des fertigen Katalysators. Anschliessend wurde bei 110 C im Vakuum getrocknet.
500 cm3 dieses Katalysators wurden eingebracht in ein senkrechtes Rohr von 22 mm lichter Weite und 1500 mm Länge. Über diesen fest im Reaktionsraum angeordneten Katalysator wurde in Abwärtsströmung stündlich dampfförmig geleitet ein Gemisch aus 4, 25 Mol Äthylen, 2, 0 Mol Essigsäure und 0, 88 Mol Sauerstoff. Die Reaktionstemperatur betrug 135-140 C. Gearbeitet wurde bei gewöhnlichem Druck.
Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wuden 16, 6% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 91, 9% als Vinylacetat und 8, 1% als Kohlendioxyd.
Beispiel 6 : 11 der in Beispiel 5 genannten Aluminiumoxyd-Kugeln wurde bei gewöhnlicher Temperatur getränkt mit einer gesättigten wässerigen Lösung, enthaltend 31 g Lithiumhydroxyd. Anschliessend wurde im Vakuum bei 110 C getrocknet. Nach Abkühlung wurde die Tränkung in der gleichen Weise wiederholt, so dass der Träger 62 g Lithiumhydroxyd pro 1 1 enthielt. Der getrocknete Katalysatorträger wurde 10 h auf 1200 C erhitzt, wobei eine vollständige Bildung von Lithiumspinell erfolgte. Der Katalysatorträger hatte eine innnere Oberfläche von 22 m2Jg. Der Katalysator wurde in der in Beispiel 5 angegebenen Weise mit Palladium und Natriumacetat versehen. Gearbeitet wurde in der gleichen Anordnung wie in Beispiel 5.
Stündlich durchgeleitet wurde ein Gemisch aus 4, 21 Mol Äthylen, 1, 93 Mol Essigsäure und 0, 86 Mol Sauerstoff bei 145 C und gewöhnlichem Druck. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 10, 1% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 84, 7% als Vinylacetat und 15, 3% als Kohlendioxyd.
Beispiel 7 : 11 der in Beispiel 5 genannten Aluminiumoxydkugeln wurde bei gewöhnlicher Temperatur mit einer solchen Menge gesättigter wässeriger Lösung von Berylliumnitrat getränkt, die einer 45%Bildung von Berylliumspinell entspricht. Durch Erhitzen der getränkten und getrockneten Kugeln auf 600 C wurde das Berylliumnitrat zum Oxyd zersetzt. Dieses Produkt wurde anschliessend 4 h auf 1050 C
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erhitzt, wobei sich die Spinellbildung vollzog. Der so gewonnene Träger hatte eine innere Oberfläche von 46 m2/g. Der Träger wurde in der in Beispiel 5 beschriebenen Weise mit Palladium (2 g Palladium auf 100 ml Träger) versehen. Auf diesen Katalysator wurden anschliessend 2 g Natriumacetat auf 100 ml Katalysator als wässerige Lösung aufgebracht.
Dann wurde im Vakuum bei 110 C getrocknet. 500 ml dieses Katalysators wurden in ein Rohr von 22 mm lichter Weite und 1500 mm Länge eingebracht. Über diesen fest im Reaktionsraum angeordneten Katalysator wurde in Abwärtsströmung stündlich dampfförmig geleitet ein Gemisch aus 4, 3 Molen Propylen, 1, 84 Mol Sauerstoff und 1, 92 Mol Essigsäure. Die Reaktionstemperatur betrug 140 C, gearbeitet wurde bei gewöhnlichem Druck. Von dem als Propylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 8, 2% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurde erhalten 86, 2% als Allylacetat und 13, 8% als Kohlendioxyd.
Beispiel 8 : Ein feinpulvriges Aluminiumoxyd mit einer inneren Oberfläche von zirka 300 m2fg wurde mit einer solchen Menge einer heissgesättigten wässerigen Nickelnitratlösung getränkt, wie zur Bildung eines 100% Nickelspinells benötigt wird. Anschliessend wurde getrocknet und durch Erhitzen auf 500 C das Nickelnitrat in das Oxyd übergeführt. Dann wurde das so erhaltene Oxydgemisch auf einer Pillenpresse zu 4 mm Pillen von 4 bis 5 mm Höhe verformt. Durch Erhitzen auf 1100 C C während 24 h wurden die Pillen verfestigt und gleichzeitig der Nickelspinell gebildet.
Dieser fertige Träger hatte eine Oberfläche von 15 m 2fg. In der in Beispiel 5 beschriebenen Weise wurde der Träger dann mit 2 g Palladium und 4 g Natriumacetat je 100 ml Träger belegt. 500 ml dieses Katalysators wurden eingebracht in die gleiche Apparatur, die in Beispiel 5 benutzt wurde. In Abwärtsströmung wurde stündlich dampfförmig über den Katalysator geleitet ein Gemisch aus 1, 04 Mol Toluol, 0, 52 Mol Sauerstoff in Form von Luft und 1, 84 Mol Essigsäure. Die Reaktionstemperatur betrug 145 C, gearbeitet wurde bei gewöhnlichem Druck.
Von dem als Toluol eingesetzten Kohlenstoff wurden 8, 6% umgesetzt, vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 75, 4% als Benzylacetat, 12, 4% als Benzaldiacetat und 12, 2% als Kohlendioxyd.
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lösung bei einem pH von 6 bis 6, 5 (durch kontinuierliche Zugabe kleiner Schwefelsäuremengen) unter Stickstoff ein Eisenspinellvorprodukt ausgefällt, welches anschliessend von Natrium- und Sulfationen freigewaschen wurde. Der Niederschlag wurde anschliessend im Vakuum getrocknet und unter Zufügung von
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1150 C zur Verfestigung und Spinellbildung erhitzt. Der fertige Katalysatorträger hatte eine Oberfläche von 10 m2fg. In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde dieser Träger mit 2 g Palladium und 2 g Natriumacetat auf 100 ml Träger belegt.
Die für die nachfolgend angegebene Oxydation verwendete Apparatur war die gleiche, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist. Dampfförmig übergeleitet wurde über 500 ml des Katalysators in Abwärtsströmung stündlich ein Gemisch aus 4, 93 Mol Äthylen, 1, 9 Mol Essigsäure und 0, 82 Mol Sauerstoff bei einer Reaktionstemperatur von 1500 C und gewöhnlichem Druck. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 7, 800 umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 86, 5% als Vinylacetat und 13, 5c", als Kohlendioxyd.
Beispiel 10 : Die gleichen Aluminiumoxydkugeln, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden dreimal derart mit einer konzentrierten Kupfernitratlösung getränkt, dass insgesamt die zur vollen Spinellbildung (CuAI204)
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eine Oberfläche von 20 m2fg. Der fertige Träger wurde dann in der in Beispiel 1 angegebenen Weise mit 2 g Palladiummetall und 2 g Natriumacetat auf 100 ml Träger belegt.
Die für die nachfolgend angegebene Oxydation verwendete Apparatur war die gleiche wie in Beispiel l.
Dampfförmig übergeleitet wurde über 500 ml des Katalysators in Abwärtsströmung stündlich ein Gemisch aus 4, 75 Mol Äthylen, 1, 8 Mol Essigsäure und 0, 88 Mol Sauerstoff bei einer Reaktionstemperatur von 140 C und gewöhnlichem Druck. Von dem als Äthylen eingesetzten Kohlenstoff wurden 9, 4% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 91% als Vinylacetat und 9% als Kohlendioxyd.
Beispiel 11 : Ein Katalysator wurde nach der in Beispiel 6 angegebenen Vorschrift hergestellt, wobei der Träger zur Herstellung des Lithiumspinells jedoch nur 8 h auf 10500 C erhitzt wurde. Der fertige Katalysatorträger hatte danach eine innere Oberfläche von 45 m2jg. Er wurde wie in Beispiel 1 angegeben mit 2 g Palladium und 2 g Natriumacetat auf 100 ml Träger belegt.
Dampfförmig übergeleitet wurde über 500 ml des Katalysators in der in Beispiel 1 angegebenen Appara- tur in Abwärtsströmung stündlich ein Gemisch aus 0, 7 Mol p-Xylol, 0, 7 Mol Essigsäure und 0, 7 Mol Sauerstoff in Form von Luft bei einer Reaktionstemperatur von 152 bis 1550 C und gewöhnlichem Druck. Von dem als p-Xylol eingesetzten Kohlenstoff wurden 4, 3% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 51% als p-Xylylenglykoldiacetat (Terephthalalkoholdiacetat), 7% als nicht identifizierte Oxydationsprodukte und 42% als Kohlendioxyd.
Beispiel 12 : In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wurden über 500 ml des in Beispiel 9 beschriebenen Katalysators in Abwärtsströmung stündlich dampfförmig geleitet : 1, 5 Mol Hepten-l, 1, 5 Mol Essigsäure und 0, 83 Mol Sauerstoff als Luft bei einer Reaktionstemperatur von 155 bis 165 C und gewöhn-
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lichem Druck. Von dem als Hepten-1 eingesetzten Kohlenstoff wurden 6, 2% umgesetzt. Vom umgesetzten Kohlenstoff wurden erhalten 71% als ein Gemisch isomerer Heptenylacetate, 6% als weitergehende Oxydationsprodukte (unter anderem Methylhexalketon) und 22% als Kohlendioxyd.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von organischen Acetaten, dadurch gekennzeichnet, dass man Olefine oder Alkylbenzole mit Sauerstoff und Essigsäure bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Palladiummetall-Katalysators umsetzt, wobei das Palladiummetall auf einem Träger aufgebracht ist, der aus spinellhaltigem Aluminiumoxyd oder ganz aus Aluminiumspinell besteht.