BE853377A - PROCESS FOR THE CONTINUOUS PREPARATION OF ALDEHYDES BY HYDROFORMYLATION - Google Patents

PROCESS FOR THE CONTINUOUS PREPARATION OF ALDEHYDES BY HYDROFORMYLATION

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Description

       

  Procédé de préparation continue d'aldéhydes par hydroformylation. 

  
La présente invention concerne la préparation d'aldéhydes par hydroformylation, c'est-à-dire par traitement d'une oléfine alpha avec de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène en présence d'un catalyseur au rhodium.

  
L'article de J. Falbe, "Carbon Monoxide in Organic Synthesis", Springer-Verlag, New-York (1970) à la page 3, indique que "l'hydroformylation est la réaction d'un com"posé insaturé (ou saturé capable de former un composé "insaturé) avec de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, "donnant un aldéhyde". Le procédé est aussi appelé procédé "Oxo". Jusqu'à une période récente, toutes les réactions industrielles d'hydroformylation ont mis en oeuvre un catalyseur au cobaltcarbonyle. Selon l'article précité de Falbe (à la page 70), à l'exception unique du procédé mis au point par Shell, "tous les procédés oxo utilisés in"dustriellement suivent plus ou moins la technique mise "au point par Ruhrchemie AG à Oberhausen/Allemagne, en coo"pération avec BASF".

   Cet article indique que les installations existantes mettant en oeuvre le procédé oxo fonctionnent de façon continue et en général "elles comprennent

  
 <EMI ID=1.1> 

  
"2. La partie de retrait du catalyseur. 3. La partie de ré"génération et de renouvellement du catalyseur. 4. La dis"tillation des aldéhydes. 5. Le réacteur d'hydrogénation "des aldéhydes. 6. La distillation des alcools".

  
Le procédé Shell diffère en ce qu'il met en oeuvre un catalyseur au cobalt modifié, préparé par combinaison, dans le réacteur d'hydroformylation, d'un sel de cobalt d'un acide organique, de trialkylphosphines (par exemple le tributylphosphine), et d'une base telle que KOH. Le catalyseur HCo(CO)3PR3, formé in situ "est thermiquement plus

  
 <EMI ID=2.1> 

  
dans le réacteur peut être plus faible'd'environ 100 "bars, . alors qu'elle doit être de 200 à 300 bars  "dans les autres procédés" (Falbe, article cité, page 73).

  
Bien que les'premières installations mettant en oeuvre le procédé oxo fussent destinées à une réaction hétérogène calquée sur la catalyse selon le procédé FischerTropsch, on a constaté finalement que la catalyse était homogène (article précité de Falbe, page 14). La séparation et la récupération du catalyseur constituent donc une étape essentielle du procédé oxo. Ceci est notamment le cas lorsque le catalyseur contient le rhodium qui est un métal précieux. Comme indiqué dans l'article de Cornils et coll., "HYDROCARBON PROCESSING", juin 1975, page 86 "bien que les "composés de Rh soient plus actifs que le cobalt, ils sont "bien plus coûteux. Le cobalt coûte à peu près 40 francs le "kilogramme et le rhodium 88 000 à 144 000 francs le kilo"gramme (septembre 1974 et février 1975). Cette différence "indique le caractère spéculatif du prix du rhodium.

   Le "coût n'aurait guère d'importance si le rhodium pouvait "être récupéré à 100 % et utilisé à de faibles concentra"tions. L'impossibilité du recyclage rentable du rhodium "s'est opposée à l'utilisation des composés non modifiés

  
"du rhodium jusqu'à présent, même lorsque les aldéhydes à "former devaient avoir une chaîne avec des ramifications

  
"et lorsque seuls les sels du rhodium pouvaient permettre "la réaction oxo. En effet, les faibles concentrations vou"lues de rhodium, comprises entre plusieurs ppm et plusieurs "centaines de ppm, par rapport à la charge d'oléfine (0,1 à "1 % de cobalt, suivant le procédé utilisé), rendent encore "plus difficile le traitement chimique, thermique ou par "extraction des produits formés par le procédé oxo et con"tenant un métalcarbonyle. En conséquence, il existe un "certain nombre de procédés particuliers destinés au retrait "des traces de rhodium des produits formés par le procédé oxo "(par exemple l'adsorption sur des matières solides à sur"face spécifique élevée, la concentration par distillation "des queues lourdes de la synthèse selon le procédé oxo,

  
"le traitement à la vapeur d'eau, par des halogènes ou par '!des acides carboxyliques, ou d'autres procédés). Souvent, "ces procédés nécessitent une étape coûteuse de récupération "destinée à la concentration et mise en oeuvre en dehors de "l'installation oxo. Une perte de rhodium d'un seul ppm par "kilogramme de produit du procédé oxo provoque des pertes "de matière correspondant à environ 0,08 à 0,14 f/kg (alors "que la valeur correspondante est de 0,04 f/kg avec les ca-"talyseurs au cobalt)". (ppm = parties par million).

  
L'article précité de Cornils et collaborateurs, pages 87, 88 et 90, décrit et représente notamment sur la figure 9 un type proposé d'installation industrielle mettant en oeuvre un procédé oxo modifié, à catalyseur à base de rhodium. L'article indique que le catalyseur doit être recyclé vers le réacteur, à partir de la colonne de distillation. Etant donné la formation des queues lourdes, cet article, à la page 88, indique que "un recyclage total du "rhodium uniquement par le circuit "primaire" de recyclage "9 provoquerait un enrichissement en constituants à "température élevée d'ébullition".

   La même page du même article indique que "pour remédier à cet-inconvénient, une "partie du courant de queue de la colonne 3 est retirée de "façon continue sous forme d'un courant secondaire et distillée dans la colonne 6 en donnant un produit de tête sous "forme d'"aldols légers"". L'article continue de la manière suivante :

  
"Pourvu que l'activité soit suffisante, les produits "de queue qui sont traités thermiquement deux fois à ce mo"ment sont recyclés vers le réacteur sous forme d'un cou"rant "secondaire" 10 de rhodium. La distillation dans la "colonne 6 ne provoque pas le retrait des sous-produits à

  
 <EMI ID=3.1> 

  
"synthèse selon le procédé oxo, car ces derniers ne peuvent "pas être séparés du ligand en excès. La séparation des com"plexes du rhodium des constituants à température moyenne "d'ébullition est réalisée dans une colonne 7 qui reçoit "un courant auxiliaire provenant des queues de la colonne "6. Les queues de la colonne 7 sont traitées thermiquement "si souvent que le rhodium contenu est inactif dans le ca"dre du procédé oxo et doit être régénéré au cours d'une "étape externe mise en oeuvre dans un circuit 8 de renouvellement. Ce rhodium est recyclé vers le réacteur sous

  
 <EMI ID=4.1> 

  
"avec perte cependant du ligand lié au complexe et de

  
 <EMI ID=5.1> 

  
"circulant par an dans le circuit tertiaire de recyclage "correspond à peu près au double de la quantité initiale "de rhodium utilisée dans l'ensemble du système mettant en "oeuvre le procédé oxo" . 

  
Le même article de Cornils et collaborateurs contient les considérations suivantes, à la page 89 :

  
"Des concentrations de rhodium de 0,1 %, compte te"nu des quantités de rhodium présentes au cours des diverses

  
 <EMI ID=6.1> 

  
"quelconque, nécessitent des dépenses élevées sous forme "des premiers investissements en catalyseur. La relation "entre le prix d'investissement nécessaire initialement "pour le catalyseur dans des installations oxo au cobalt

  
"et modifié au rhodium correspond à un rapport de 1/5 (1/3, "suivant le prix du rhodium). Cependant, les fuites et les "pertes accidentelles de rhodium sont plus importantes que "le coût initial du catalyseur. Par rapport aux autres pro"cédés industriels mettant en oeuvre des catalyseurs en "métal précieux, une perte de rhodium de 1 mg/kg de produit "oxo est considérée comme à envisager en pratique. Le coût "de la matière correspond alors à une valeur de 0,08 à

  
"0,14 f/kg, suivant le prix du rhodium. Les pertes de rho"dium doivent diminuer à une valeur inférieure à 0,3 ppm  "pour que le coût de la matière soit égal à celui d'un "catalyseur d'un procédé oxo classique".

  
Le brevet britannique n[deg.] 1 228 201 décrit un procédé analogue à celui de l'article précité.. Selon les procédés décrits dans ce brevet, le courant de recyclage de catalyseur est une caractéristique primordiale, sauf lorsque le catalyseur se trouve sur un support solide, dans

  
un système à lit fixe. Cependant, comme indiqué dans l'article précité de J. Falbe, la réaction est en réalité d'un type homogène et on pourrait supposer que la mise de rhodium sur un support inerte pourrait provoquer des pertes importantes de catalyseur.

  
Le brevet britannique n[deg.] 1 312 076 décrit l'utilisation d'une technique différente de séparation du catalyseur

  
 <EMI ID=7.1> 

  
le retrait d'un courant de vapeurs de produits, en tête, et les aldéhydes produits sont séparés de ce courant par distillation fractionnée, un courant liquide étant constamment retiré du réacteur et contenant le catalyseur complexe, les aldéhydes et les résidus à température élevée d'ébullition, le courant_liquide passant à la pression de

  
la réaction à la surface d'une membrane afin qu'une partie des résidus à température élevée d'ébullition et des aldéhydes s'infiltre à travers la membrane et soit retirée,

  
le reste du courant liquide contenant le catalyseur étant recyclé vers le réacteur.

  
La demande de brevet britannique n[deg.] 23 678/69 indique que, au cours d'une catalyse homogène du type décrit, le retrait du catalyseur contenu dans les produits de la réaction, en vue d'un recyclage, est une opération difficile. Cette demande indique que le catalyseur peut être recyclé dans le résidu obtenu après distillation des produits principaux de la réaction, mais au prix d'une perte

  
de catalyseur. 

  
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 539 634 indique encore les difficultés de la récupération

  
du catalyseur dans une réaction oxo, et indique que la partie lourde et/ou les queues des produits séparés formés par la réaction, contenant le catalyseur, peuvent circuler dans un lit inerte permettant l'extraction du catalyseur par un solvant réactionnel. Un tel procédé nécessite l'utilisation d'un solvant capable d'assurer l'extraction et nécessite simultanément des possibilités infinies d'extraction afin

  
que la perte de catalyseur soit nulle.

  
L'invention concerne un procédé de préparation de produits du procédé oxo par hydroformylation d'oléfines alpha, mettant en oeuvre un catalyseur modifié au rhodium,

  
ce procédé ne présentant pas en pratique de perte du catalyseur au rhodium pendant de longues périodes d'utilisation.

  
Le procédé selon l'invention est de type continu et il est utilisé pour la préparation des aldéhydes,par hydroformylation d'oléfines alpha contenant de 2 à 5 atomes de carbone environ. Ce procédé comprend la formation d'une masse liquide d'un mélange homogène contenant l'oléfine, l'oxyde de carbone et l'hydrogène étant transmis constamment à la masse liquide, les aldéhydes produits et les produits de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition se formant constamment dans la masse liquide qui contient aussi un catalyseur soluble au rhodium, complexé par l'oxyde de carbone et une triarylphosphine. La quantité de triarylphosphine présente dans la masse liquide correspond au moins à 10 moles par mole de rhodium métallique présente dans cette masse liquide.

   Cette dernière reçoit un courant gazeux recyclé contenant de l'hydrogène et l'oléfine, et des quantités d'appoint d'oxyde de carbone, d'hydrogène et d'oléfine sont ajoutées à la masse liquide. La température de celle-ci est maintenue à une valeur comprise entre environ 50 et 140[deg.]C, et la pression totale est maintenue à moins de 28 bars absolus environ. La pression partielle de l'oxyde de carbone utilisé dans la réaction est inférieure à 3,5 bars absolus, et la pression partielle absolue de l'hydrogène est inférieure à 14 bars.

   Un mélange à l'état gazeux, contenant des vapeurs d'oléfine, d'hydrogène et d'aldéhydes produits ainsi qu'une certaine quantité de produits de condensation d'aldéhydes vaporisés, en quantité pratiquement égale au débit de formation dans la masse liquide, est retiré de cette dernière si bien que celle-ci conserve une valeur prédéterminée. Les aldéhydes produits et leurs produits de condensation sont retirés du mélange en phase vapeur, et il se forme un courant gazeux recyclé qui est transmis à la masse liquide comme indiqué précédemment.

  
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 527 809 décrit un perfectionnement important de l'hydroformylation des oléfines alpha, avec formation d'aldéhydes, à des rendements élevés pour des températures et des pressions faibles, les catalyseurs ayant une excellente stabilité, l'oléfine alpha contenant au moins 3 atomes de carbone,

  
ce procédé permettant la formation de mélanges d'aldéhydes dans'lesquels le rapport des isomères normaux aux isomères

  
 <EMI ID=8.1> 

  
posés complexes du rhodium pour la catalyse efficace, dans un jeu déterminé de conditions et en présence de ligands choisis de triorganophosphore, de l'hydroformylation d'oléfines à l'aide d'hydrogène et d'oxyde de carbone. Les divers paramètres sont (1) le catalyseur complexe du rhodium, (2) la charge d'oléfine, (3) le ligand de triorganophosphore et sa concentration,(4) une plage de températures relativement basses,(5) une pression totale d'hydrogène et d'oxyde de carbone relativement faible, et (6) une restriction de la pression partielle de l'oxyde de carbone. Le procédé selon l'invention met en oeuvre les paramètres décrits dans ce brevet précité n[deg.] 3 527 809, et des expériences réalisées

  
à partir d'opérations décrites dans ce brevet montrent le progrès considérable que représente l'invention dans le domaine des procédés oxo.

  
Parmi les catalyseurs décrits dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique, on peut citer des composés contenant du rhodium en combinaison complexe avec de l'oxyde de carbone et des ligands/triarylphosphore, en particulier, les ligands de triarylphosphines, par exemple de triphénylphosphine (TPP). Un exemple d'espèce catalytique active est l'hydridocarbonyltris-(triphénylphosphine) de rhodium qui

  
 <EMI ID=9.1> 

  
un excès de ligand de triorganophosphore.

  
Le catalyseur actif du rhodium, comme indiqué dans la littérature récente, peut .être formé préalablement puis introduit dans le mélange réactionnel, ou l'espèce catalytique active peut être préparée in situ au cours de la réaction d'hydroformylation. Dans un exemple de ce dernier cas, du (2,4-pentanedionato)dicarbonylrhodium(l) peut être introduit dans le mélange réactionnel dans lequel, dans des conditions convenables, il réagit avec le ligand de triorganophosphore, par exemple la triphénylphosphine,

  
et forme ainsi un catalyseur actif tel que l'hydridocarbonyl-tris(triphénylphosphine) de rhodium.

  
Lorsque le procédé décrit dans le brevet précité

  
 <EMI ID=10.1> 

  
des solvants organiques inertes normalement liquides qui ne sont pas des produits de la réaction ou des réactifs utilisés au cours du procédé, le mélange des produits devient finalement, à température ambiante ou à la température choisie d'utilisation de 80[deg.]C par exemple, légèrement trouble ou présente une précipitation notable. Les analyses élémentaires indiquent que les matières solides (du précipité ou formant le trouble) contiennent du rhodium. Dans certains cas, il apparaît que des complexes solides "polymères" du rhodium se sont formés et, dans d'autres cas, les matières solides sont analogues à une forme active de l'espèce du complexe de rhodium. De telles matières solides peuvent être perdues dans le système, par exemple elles peuvent se déposer dans des petites crevasses ou fissures ou dans les robinets à boisseau.

   Comme indiqué précédemment, une opération industrielle oxo véritablement efficace ne peut pas tolérer la perte même de quantités faibles de rhodium. Un autre inconvénient de l'introduction de l'espèce rhodium sous forme d'une solution dans un liquide organique externe est la nécessité évidente de la séparation des produits oxygénés formés dans la réaction à partir du liquide organique. Comme les réactions oxo forment des aldéhydes et des produits de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition qui sont retirés afin que la concentration du solvant soit maintenue comme indiqué précédemment, le retrait des produits de condensation par distillation affecte le solvant, une partie étant distillée (sinon en totalité), et les composés du rhodium qui sont contenus.

   L'introduction initiale dans la réaction oxo, d'une solution catalytique dans des liquides organiques externes est efficace. Cependant, une telle opération industrielle oxo nécessite une introduction continue ou intermittente de catalyseur qui peut être du catalyseur neuf, régénéré ou contenu dans un courant recyclé. Les pertes de catalyseur sont le résultat de ces opérations.

  
Les demandes de brevet des Etats-Unis d'Amérique

  
n[deg.] 556 270 et 887 370, le brevet britannique n[deg.] 1 338 237 correspondant à cette dernière demande de brevet, décrivent l'utilisation de produits liquides de condensation d'aldéhydes, à température élevée d'ébullition, comme solvant principal pour le catalyseur. En conséquence, aucun retrait du catalyseur ntest nécessaire, mis à part un petit courant de purge nécessaire à la réduction.de la concentration des produits de condensation et des poisons qui ralentissent la réaction.

   En conséquence, l'hydroformylation des oléfines ayant au moins 3 atomes de carbone assure le maintien d'une répartition donnant un rapport élevé entre les isomères normaux et ramifiés, dans les produits aldéhydiques, sur de longues périodes, et le recyclage continu de l'espèce du rhodium en quantité importante de tels produits de condensation ne provoque pas une précipitation importante du rhodium sous une forme ou sous une autre. On ne détecte pas de réduction notable de la durée de vie du catalyseur pendant de longues périodes. L'utilisation de ces produits de condensation sous forme d'une matière de dissolution du catalyseur contenant le rhodium est avantageuse car les liquides organiques externes doivent être totalement exclus de la zone d'hydroformylation le cas échéant.

   L'utilisation d'un excès de ligand libre de triorganophosphore dans le mélange réactionnel contenant les produits de condensation

  
à températures élevées d'ébullition dissemblables, donnant les avantages décrits dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 527 809, ne s'oppose pas à l'activité ou à la dissolution du catalyseur complexe du rhodium, même après de longues périodes de fonctionnement continu. Comme ces produits de condensation se forment in situ, la rentabilité du procédé précité est extrêmement favorable.

  
On constate que, après utilisation répétée importante, le recyclage continuel de l'espèce du rhodium dissoute dans les produits de condensation liquides à température élevée d'ébullition, présente des inconvénients.

  
Le mouvement constant du catalyseur provoque certaines pertes de catalyseur, le volume de catalyseur doit être considérable étant donné qu'une partie du catalyseur, contenue dans le liquide recyclé, se trouve en dehors du réacteur,

  
le débit de formation de résidus reste importante et ces matières doivent être retirées si bien que la stabilité

  
du catalyseur peut être parfois perturbée, le réglage de la pression de l'oxyde de carbone gazeux est délicat, la na-ture du courant recyclé provoque des pertes de chaleur  étant donné le mouvement constant de liquide chaud dans

  
le système, et de petites fuites d'oxygène ont tendance

  
à se manifester et se révèlent nuisibles au procédé.

  
On détermine selon l'invention qu'une réaction d'hydrofbrmylation mettant en oeuvre un catalyseur non volatil, par exemple de l'hydridocarbonyltris(triphénylphosphine) de rhodium(I), dans la phase liquide, peut être mise en oeuvre de manière très commode et avec un appareillage très simple par distillation naturelle des aldéhydes produits par la réaction et de leurs produits de condensation

  
à température élevée d'ébullition, à partir de la masse liquide contenant le catalyseur (qui peut être sous forme d'une solution) à la pression et à la température réactionnelles, par condensation des aldéhydes produits et des produits de condensation à partir du gaz retiré du réacteur, dans une zone de récupération de produits, et par recyclage des matières premières qui n'ont pas réagi (par exemple l'oxyde de carbone, l'hydrogène et/ou l'oléfine alpha) en phase vapeur à partir de la zone de récupération des produits et vers la zone réactionnelle. En outre, le recyclage du gaz provenant de la zone de récupération de produits, associé au renouvellement des matières premières transmises à la zone réactionnelle, en quantité suffisante, rend

  
 <EMI ID=11.1> 

  
comme matière première, l'obtention d'un équilibre massique, dans la masse liquide du réacteur, si bien que pratiquement tous les produits de condensation à température élevée d'ébullition, formés par auto-condensation des aldéhydes produits, sont retirés de la zone réactionnelle avec un débit au moins égal à leur débit de formation. Si le

  
gaz recyclé ne suffisait pas, de tels produits de condensation pourraient s'accumuler dans le réacteur.

  
L'invention concerne donc un procédé de préparation d'un aldéhyde aliphatique contenant 3 à 6 atomes de carbone, le procédé comprenant la circulation d'une oléfine alpha aliphatique ayant 2 à 5 atomes de carbone avec de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, à une pression et une température déterminées, dans une zone réactionnelle contenant le cataly-seur qui est dissous dans la masse liquide, le catalyseur n'étant pratiquement pas volatil et assurant une hydroformylation efficace de l'oléfine alpha, le retrait continu  d'une phase vapeur de la zone réactionnelle, la circulation de cette phase vers une zone de séparation des produits, la séparation dans celle-ci d'un produit liquide contenant des aldéhydes, par condensation assurant la séparation d'avec les matières premières gazeuses qui n'ont pas réagi,

   et le recyclage de ces matières gazeuses qui n'ont pas réagi de la zone de séparation des produits à la zone de réaction.

  
Les matières premières gazeuses qui n'ont pas réagi, avec des matières premières d'appoint, sont avantageusement recyclées avec un débit au moins égal à celui qui est nécessaire à l'entretien de l'équilibre massique dans la zone réactionnelle.

  
Le procédé selon l'invention concerne l'utilisation d'oléfines alpha ayant 2 à 5 atomes de carbone, et de préférence 2, 3 ou 4. De telles oléfines alpha se caractérisent par une liaison terminale éthylénique carbone-carbone qui peut être un groupe vinylidène, c'est-à-dire CH2 = C <, ou

  
 <EMI ID=12.1> 

  
de composés à chaîne droite ou à chaîne ramifiée, pouvant contenir des groupes ou substituants qui ne perturbent pas notablement la mise en oeuvre du procédé. Des exemples d'alpha-oléfines qui conviennent sont l'éthylène, le propylène, le 1-butène, l'iso-butylène, le 2-méthyl-1-butène, le 1-pentène et analogues.

  
La réaction est avantageusement mise en oeuvre à

  
 <EMI ID=13.1> 

  
comprise entre environ 60 et 120[deg.]C est avantageuse, surtout entre 90 et 11 5[deg.]Ç environ. 

  
Une caractéristique de l'invention est la faible pression totale nécessaire à la mise -en oeuvre d'un procédé industriel. Une pression absolue totale inférieure à 28 bars

  
 <EMI ID=14.1>  

  
La pression partielle de l'oxyde de carbone est

  
un paramètre important pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On observe que, lors de l'utilisation des catalyseurs complexes du rhodium, il apparaît une réduction notable du rapport des isomères produits sous forme d'aldéhydes, c'est-à-dire des isomères normaux et ramifiés, lorsque la pression partielle à attribuer à l'oxyde de carbone approche d'une valeur d'environ 75 % de la pression

  
 <EMI ID=15.1> 

  
attribuable à l'hydrogène de 25 à 95 % et plus, par rapport

  
 <EMI ID=16.1> 

  
général avantageux que la pression totale des gaz soit telle que la pression partielle de l'hydrogène est nettement supérieure à celle de l'oxyde de carbone, c'est-àdire que le rapport des pressions partielles de l'hydrogène

  
 <EMI ID=17.1> 

  
Lors d'opérations de routine, ce rapport peut être compris entre environ 62,5/1 et 12,5/1.

  
La pression partielle de l'oléfine alpha dans la zone réactionnelle peut atteindre 35 % de la pression totale et elle forme de préférence 10 à 20 % de cette pression totale.

  
Dans une opération avantageuse, la pression partielle de CO ne dépasse pas par exemple 3,5 bars absolus environ et de préférence 2,35 bars absolus environ. La pression partielle la plus avantageuse pour l'hydrogène

  
est inférieure à 14 bars absolus, et elle est par exemple de 8,75 bars absolus, celle de CO étant alors comprise entre

  
 <EMI ID=18.1> 

  
Le catalyseur peut être de tout type non volatil

  
 <EMI ID=19.1> 

  
mais, étant donné les avantages connus des catalyseurs  base de rhodium, comme indiqué dans le brevet précité des <EMI ID=20.1>  des aldéhydes normaux aux aldéhydes ramifiés dans le mélange -de produits. La catégorie générale de catalyseurs au rhodium décrite dans le brevet précité n[deg.] 3 527 809 convient pour la mise en oeuvre de l'invention.

  
Le catalyseur le plus avantageux selon l'invention comprend du rhodium complexé avec de l'oxyde de carbone et un ligand de triarylphosphine. Le catalyseur le plus avantageux ne contient pas d'halogène tel que le chlore et contient de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone et une triarylphosphine complexés avec du rhodium métallique, sous forme d'un catalyseur soluble dans la masse liquide précitée et stable dans les conditions réactionnelles. Des exemples de ligands de triarylphosphine sont la triphénylphosphine, la trinaphtylphosphine,la tritolylphosphine,

  
la tri(p-diphényl)phosphine, la tri(p-méthoxyphényl)phosphine, la tri(m-chlorophényl)phosphine, la p-N,N-diméthylaminophényl-bis-phénylphosphine et analogue. La triphénylphosphine constitue le ligand le plus avantageux. Comme indiqué précédemment, la réaction est réalisée dans une masse liquide contenant un excès de triarylphosphine libre.

  
Le rhodium est introduit avantageusement dans la masse liquide sous forme d'un catalyseur préalablement mis en forme, par exemple d'hydridocarbonyl-tris(triphénylphosphine) de rhodium RhH(CO)(PPh3)3 solide, cristalline

  
et stable. Le rhodium peut être introduit dans la masse liquide sous forme d'un précurseur transformé in situ 

  
en catalyseur. Des exemples de tels précurseurs sont l'acétylacétonate de rhodiumcarbonyle triphénylphosphine, Rh203,

  
 <EMI ID=21.1> 

  
bonyle. Les composés du catalyseur qui forment une espèce active dans le mélange réactionnel et leur préparation sont connus, comme décrit dans l'article de Brown et

  
 <EMI ID=22.1> 

  
 <EMI ID=23.1> 

  
peut être comprise entre environ 25 et 1200 ppm de rhodium, calculé sous forme du métal libre, et la triarylphosphine 

  
 <EMI ID=24.1> 

  
 <EMI ID=25.1> 

  
 <EMI ID=26.1>  présentes par mole de rhodium, ces plages correspondant à

  
des plages larges.

  
La signification du ligand libre est indiquée dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 527 809, dans le brevet britannique n[deg.] 1 338 225 et dans l'article

  
de Brown et collaborateurs, pages 2759 et 2761.

  
En général, la concentration optimale du catalyseur dépend de la concentration de l'oléfine alpha telle que le propylène. Par exemple, plus la concentration du propylène est élevée et plus la concentration du catalyseur qui peut être utilisée pour l'obtention d'une conversion donnée en aldéhydes produits, dans un réacteur de dimensions données, peut être faible. Etant donné que les pressions partielles

  
et la concentration sont reliées, l'utilisation d'une pression partielle élevée de propylène provoque la présence

  
d'une proportion accrue de propylène dans les gaz provenant de la masse liquide. Comme la purge d'une partie du courant gazeux provenant de la zone de récupération de produits

  
peut être nécessaire avant le recyclage dans la masse liquide, afin qu'une partie du propane qui peut être présent soit retirée, plus la teneur en propylène du gaz dégagé

  
est élevée et plus le propylène perdu dans le courant de purge de propane est important. Ainsi, on doit trouver un compromis entre la valeur du propylène perdu dans le courant de purge de propane et les économies obtenues par réduction de la concentration du catalyseur.

  
Un avantage imprévu de ce procédé mettant en

  
oeuvre un catalyseur modifié au rhodium est que l'hydroformylation de l'éthylène ne forme pas de diéthylcétone

  
en quantité mesurable, alors que tous les procédés mettant en oeuvre un catalyseur au cobalt provoquent la formation de quantités importantes de diéthylcétone.

  
Il est avantageux que le procédé de l'invention

  
soit mis en oeuvre avec une phase liquide dans la zone réactionnelle qui contient un des catalyseurs complexes précités du rhodium et, sous forme d'un solvant du catalyseur, des produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition (riches en composés hydroxyliques

  
 <EMI ID=27.1>  

  
L'expression "produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition" et les expressions analogues désignent dans le présent mémoire le mélange complexe de produits liquides à température élevée d'ébullition qui se forme lors de réactions de condensa-

  
 <EMI ID=28.1> 

  
tion, comme décrit dans la suite en référence à la série d'équations qui concernent le n-butyraldéhyde à titre d'exemple. De tels produits de condensation peuvent être formés préalablement ou formés in situ au cours du procédé oxo. L'espèce complexe du rhodium est soluble dans ces produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition et présente une activité catalytique élevée pendant longtemps, au cours de périodes d'hydroformylation continue.

  
Initialement, la réaction d'hydroformylation peut être réalisée en l'absence ou en présence de petites quantités de produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition formant un solvant du complexe du rhodium, ou la réaction peut être mise en oeuvre avec une quantité pouvant atteindre 70 % en poids environ et même 90 % en poids environ et plus de tels produits de condensation, suivant le poids de la masse de liquide. Une petite quantité de ces produits liquides de condensation peut être aussi faible que 5 % en poids et de préférence elle atteint au moins 15 % en poids, par rapport au poids de la masse liquide.

  
Au cours de l'hydroformylation du propylène par exemple, deux produits peuvent se former, le butyraldéhyde normal et l'isobutyraldéhyde. Comme le butyraldéhyde normal est le produit le plus intéressant au point de vue commercial, des rapports élevés de l'isomère normal à l'isomère ramifié sont avantageux. Cependant, les..produits aldéhydiques sont réactifs et ils réagissent sur eux-mêmes en donnant des réactions de condensation, même en l'absence de catalyseur, et à des températures relativement faibles, avec formation de produits liquides de condensation à température élevée d'ébullition. De tels produits aldéhydiques sont donc mis en oeuvre au cours de diverses réactions comme indiqué dans la suite dans le cas du n-butyraldéhyde pris à titre illustratif.

  

 <EMI ID=29.1> 


  
En outre, l'aldol I peut présenter la réaction suivante :

  

 <EMI ID=30.1> 


  
Les noms indiqués en parenthèses dans les équations qui précèdent, à savoir aldol I, acroléine substituée II, trimère III, trimère IV, dimère V, tétramère VI et tétramère VII sont utilisés purement par raison de commodité. L'aldol I est formé par une condensation d'aldol, les trimères III et VII par des réactions de Tischenko, le trimère

  
 <EMI ID=31.1> 

  
et le tétramère VI par une réaction de dismutation. Les principaux produits de condensation sont les trimères III et IV et le tétramère VII, avec de moindres quantités des autres produits. Ces produits de condensation contiennent donc des quantités importantes de composés hydroxyliques, comme l'indiquent par exemple les trimères III et IV et le tétra.mère VII.

  
Des produits analogues de condensation se forment par auto-condensation de ltisobutyraldéhyde et des composés d'une autre catégorie se forment par condensation d'une molécule de butyraldéhyde normal avec une molécule d'isobuty-  raldéhyde. Comme une molécule de butyraldéhyde normal peut s'aldoliser par réaction avec une molécule d'isobutyraldéhyde de deux manières différentes avec formation de deux aldols différents VIII et IX, 4 aldols au total peuvent être formés par des réactions de condensation d'un mélange de butyraldéhyde normal et d'isobutyraldéhyde .'

  

 <EMI ID=32.1> 


  
L'aldol I peut subir une condensation supplémentaire avec l'isobutyraldéhyde et former un isomère sous forme d'un trimère avec le trimère III et les aldols VIII et IX, et l'aldol correspondant X obtenu par auto-condensation de 2 molécules d'isobutyraldéhyde peut subir d'autres réactions avec le butyraldéhyde normal ou l'isobutyraldéhyde, avec formation de trimère et isomère correspondants. Ces trimères peuvent encore réagir, comme le trimère III, si bien qu'il se forme un mélange complexe de produits de condensation.

  
Il est très souhaitable que l'acroléine substituée II et ses isomères soient à de faibles concentrations, par exemple inférieures à 5 % en poids environ. L'acroléine substituée II, plus précisément, la 2-éthyl-3-propylacroléine ("EPA") se forme in situ avec d'autres produits de condensation et on constate qu'elle réduit l'activité catalytique. L'effet final de l'EPA ou des produits analogues est la réduction des vitesses d'hydroformylation

  
à un point tel que toute opération dans laquelle l'EPA

  
est présente en quantité dépassant 5 % en poids environ

  
et même supérieure à 1 % du poids de la masse de liquide, présente des inconvénients au point de vue de la rentabilité.

  
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les produits liquides de condensation à température

  
 <EMI ID=33.1> 

  
ment formés, avant introduction dans la zone de réaction

  
et mise en route du procédé. Dans une variante, on peut ajouter par exemple l'aldol I au début du procédé et permettre l'accumulation des autres produits lorsque la réaction progresse.

  
Dans certains cas, l'utilisation de petites quantités d'un solvant organique auxiliaire qui est normalement liquide et inerte au cours de l'hydroformylation, par exemple le toluène ou la cyclohexanone, peut être souhaitable, surtout à la mise en route du procédé. De tels produits peuvent être remplacés dans la phase liquide de la zone réactionnelle par les produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition lors de la progression de la réaction.

  
La masse liquide contient, en plus du catalyseur

  
et du diluant qui peut être ajouté, par exemple le ligand triphénylphosphine libre, un aldéhyde ou un mélange d'aldéhydes ainsi que les aldols, trimères, diesters, etc qui en sont dérivés.

  
La proportion relative de chacun des produits dans

  
la solution est réglée par la quantité de gaz qui circule

  
dans la solution. L'augmentation de cette quantité provoque une réduction de la concentration à l'équilibre de l'aldéhyde et une augmentation du débit de retrait des sousproduits de la solution. Les sous-produits comprennent les produits de condensation d'aldéhydes qui sont liquides et

  
ont une température élevée d'ébullition. La concentration réduite d'aldéhyde provoque. ,une réduction de la vitesse

  
de formation des sous-produits. 

  
L'effet double de l'augmentation du débit de retrait et de la réduction de la vitesse de formation indique que l'équilibre massique des sous-produits dans le réacteur

  
est très sensible à la quantité de gaz circulant dans la masse liquide. Le gaz utilisé comprend par exemple des quantités d'appoint d'hydrogène, d'oxyde de carbone et d'oléfines alpha. Cependant, le facteur le plus important est la quantité de gaz recyclé qui est renvoyée dans la masse du liquide car cette quantité détermine le degré de la réaction, la quantité de produits formés et la quantité de sous-produits retirés (en conséquence).

  
La mise en oeuvre de la réaction d'hydroformylation avec un débit donné d'oléfine et de gaz de synthèse

  
et avec une quantité totale faible de gaz recyclé, inférieure à un seuil critique, provoque l'obtention d'une concentration d'équilibre élevéed'aldéhydes dans la solution donc un débit élevé de formation de sous-produits.

  
Le débit de retrait des sous-produits dans l'effluent en phase vapeur de la zone réactionnelle (masse liquide) dans de telles conditions est faible étant donné que le débit d'effluent en phase vapeur provenant de la zone ré-

  
 <EMI ID=34.1> 

  
traînement relativement faible des sous-produits. L'effet résultant est une accumulation des sous-produits dans la solution de la masse liquide si bien que le volume de

  
celle-ci augmente et provoque en conséquence une réduction

  
de la productivité du catalyseur. Une purge de solution

  
doit donc être réalisée lors de l'hydroformylation dans de telles conditions à faible débit de gaz afin que les sousproduits soient retirés et cependant que la zone réactionnelle présente un équilibre massique. 

  
Lorsque cependant le débit de gaz dans la zone  réactionnelle augmente par augmentation du débit de recy&#65533;,&#65533;.&#65533;&#65533;&#65533;&#65533;&#65533;&#65533;&#65533;4i:&#65533;&#65533;t&#65533;&#65533;e;. la vitesse 'de formation des sous-produits diminue et la 

  
 <EMI ID=35.1>  tion des sous-produits retirés avec l'effluent de la phase vapeur provenant de la zone réactionnelle. L'augmentation

  
du débit de gaz dans la zone réactionnelle obtenue par une nouvelle augmentation du débit de recyclage de gaz conduit .. à une situation dans laquelle les sous-produits sont retirés dans l'effluent de la phase vapeur à partir de la zone réactionnelle avec le débit auquel ils sont formés si bien qu'il existe un équilibre massique dans la zone réactionnelle. Il existe un débit de seuil de recyclage de gaz

  
qui a une valeur critique et qui correspond au débit minimal de gaz recyclé utilisé selon le procédé de l'invention.

  
Lorsque le procédé est mis en oeuvre avec un débit de gaz recyclé supérieur à ce débit de seuil, le volume de la masse liquide dans la zone réactionnelle tend à diminuer et, pour des débits de gaz recyclé supérieurs à la valeur de seuil, une partie du mélange brut de sous-produits d'aldéhydes doit être renvoyée dans la zone réactionnelle, à partir de la zone de séparation de produits afin que le volume de la phase liquide de cette zone réactionnelle reste constant.

  
Le débit critique de seuil du gaz recyclé peut être déterminé empiriquement pour des débits donnés d'oléfine

  
et de gaz de synthèse (mélange de CO et d'hydrogène). L'utilisation de débits de gaz recyclé inférieurs au débit de seuil critique provoque l'augmentation du volume de la phase liquide au cours du temps. Une opération au débit de

  
seuil provoque un maintien constant du volume. Une opération réalisée au-dessus du débit de seuil.réduit le volume.

  
Le débit critique de seuil de gaz recyclé peut être calculé d'après les tensions de vapeur à la température réactionnelle de l'aldéhyde ou des aldéhydes et de chacun des sousproduits présents. ' 

  
 <EMI ID=36.1> 

  
bit de recyclage de gaz supérieur ou égal au débit.de seuil, des sous-produits sont retirés dans phase 

  
 <EMI ID=37.1> 

  
misse .liquide, avec un débit égal ou supérieur au* débit de formation, si bien que les produits -en  dans la phase- liquide de la zone réactionnelle. Dans ces circonstances., la purge de la masse liquide contenant le catalyseur, à partir de la zone réactionnelle, n'est pas nécessaire au retrait des sous-produits. Cette opération présente l'avantage de supprimer le retrait du catalyseur

  
de la zone réactionnelle, mis à part après des intervalles prolongés, lorsque la rénovation du catalyseur est nécessaire, si bien que les risques de perte de catalyseur coûteux par fuite ou gaspillage accidentel sont réduits. En outre, aucun traitement à température élevée de la solution de purge contenant le catalyseur n'est nécessaire au retrait des sous-produits et la durée du catalyseur est accrue. L'expérience suggère que la rénovation du catalyseur, d'un type ou d'un autre, n'est pas nécessaire avant une utilisation d'au moins un an.

  
Le temps de séjour d'un aldéhyde dans la zone réactionnelle peut varier entre 2 min et plusieurs heures et

  
il faut noter que ce paramètre dépend dans une certaine  mesure de la température réactionnelle, du choix de l'oléfine alpha, du catalyseur et du ligand, de la concentration du ligand, de la pression totale du gaz de synthèse et de

  
la pression partielle des divers constituants de ce gaz,

  
et d'autres paramètres. En pratique, la réaction est mise

  
en oeuvre pendant un temps qui suffit à l'hydroformylation

  
de la liaison éthylénique terminale ou en alpha de l'oléfine.

  
Un sous-produit de l'hydroformylation est l'alcane formé par hydrogénation de l'oléfine alpha. Par exemple,

  
lors de l'hydroformylation du propylène, le propane forme

  
un sous-produit. En conséquence, il est préférable qu'un courant de purge soit retiré du courant de gaz recyclé à partir de la zone de récupération de produits afin que le propane soit retiré et ne puisse pas s'accumuler dans le système réactionnel. Ce courant de purge contient, en plus du propane indésirable, du propylène qui n'a pas réagi, certains gaz inertes introduits dans la charge et un mé- 

  
 <EMI ID=38.1>  <EMI ID=39.1> 

  
 <EMI ID=40.1>  opération n'est pas rentable habituellement et le courant 

  
de purge est par exemple utilisé sous forme d'un combustible. Le gaz recyclé contient essentiellement de l'hydrogène et du propylène. Cependant, lorsque CO n'est pas consommé au cours de la réaction, l'excès de CO constitue aussi une partie du gaz recyclé. Habituellement, ce gaz contient un alcane même lors d'une purge réalisée avant le recyclage.

  
Il faut noter que le procédé selon l'invention

  
peut être mis en oeuvre de façon continue pendant de longues périodes sans retrait de la masse liquide contenant

  
le catalyseur de la zone réactionnelle. Cependant, de temps

  
à autre, la régénération du catalyseur au rhodium peut être nécessaire et dans ce cas, un courant de purge peut être retiré du réacteur, par une soupape normalement verrouillée, du catalyseur neuf étant ajouté afin que la concentration

  
du catalyseur soit maintenue dans la masse liquide, ou le catalyseur retiré peut être régénéré. Après la séparation 

  
de l'effluent en phase vapeur qui est retiré de la masse liquide présente dans le réacteur, cet effluent parvient à une zone de séparation de produits dans laquelle un mélange d'aldéhyde ou d'aldéhydes et des dimères, trimères et autres produits de condensation liquides à température élevée d'ébullition est traité par des procédés classiques tels

  
que la distillation, afin que l'aldéhyde ou les aldéhydes soient retirés et le cas échéant soient séparés les uns des autres, et que les produits liquides de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition soient récupérés.

  
L'oléfine alpha utilisée comme matière première

  
au cours du procédé doit être rigoureusement purifiée afin que les poisons potentiels de catalyseur du procédé oxo soient retirés, comme décrit dans l'article précité de Falbe,

  
 <EMI ID=41.1> 

  
peuvent être formés par oxydation partielle d'une charge hydrocarbonée convenable, par exemple du naphta, et ils doivent aussi être purifiés rigoureusement afin que toutes  les impuretés qui peuvent constituer des poisons du cataly-

  
 <EMI ID=42.1>  tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est un schéma d'une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

  
La figure représente un réacteur 1 d'acier inoxydable comprenant une ou plusieurs roues 6 d'agitateur en forme de disque, comprenant des palettes disposées perpendiculairement et entraînées en rotation par un arbre 7 et un moteur convenable non représenté. Un barboteur circu- <EMI ID=43.1> 

  
tiné à introduire l'oléfine alpha ainsi que le gaz de synthèse additionné du gaz recyclé. Le barboteur 5 comprend plusieurs trous de dimensions suffisante pour que le débit de gaz atteigne la valeur voulue dans la masse liquide, au niveau de la roue 6, si bien que les réactifs ont la concentration voulue dans la masse liquide. Le réacteur comporte aussi une double enveloppe de circulation de vapeur d'eau (non représentée) permettant la mise du contenu du réacteur à la température voulue lors de la mise en route, et des serpentins internes de refroidissement (non représentés).

  
L'effluent produit en phase vapeur provenant du réacteur 1 est retiré par une canalisation 10 et parvient

  
à un séparateur 11, les gaz passant alors dans un dispositif 11a destiné à retirer le brouillard et à envoyer une partie de l'aldéhyde et des produits de condensation et à empêcher l'entraînement éventuel de catalyseur. L'effluent du réacteur est transmis par la canalisation 13 à un condenseur 14 puis par une canalisation 15 à un séparateur 16 dans lequel les aldéhydes produits et le sous-produit éventuel peuvent être condensés et séparés ainsi des gaz retirés
(effluent). les sous-produits et l'aldéhyde concentré sont retirés du séparateur 16 par une canalisation 17. Les matières gazeuses passent à une canalisation 18 et à un séparateur 19 comprenant un dispositif de retrait de brouillard et une canalisation 20 de recyclage.

   Les gaz recyclés sont retirés par une canalisation 21 qui rejoint la canalisation 8, un courant de purge pouvant être retiré  par une canalisation 22 afin que la teneur en hydrocarbures saturés soit réglée. La plus grande partie restante des

  
gaz peut être recyclée par la canalisation 8 vers la canalisation 4 dans laquelle pénètrent les réactifs d'appoint, par exemple par les canalisations 2 et 3. L'ensemble combiné des réactifs pénètre dans le réacteur 1. Un compresseur 26 facilite le transport des gaz recyclés.

  
Une solution de catalyseur neuf peut être ajoutée au réacteur 1 par la canalisation 9. Le réacteur unique 1 peut évidemment être remplacé par plusieurs réacteurs en parallèle.

  
L'aldéhyde brut produit de la canalisation 17 peut être traité par distillation classique qui sépare les divers aldéhydes et les produits de condensation. Une partie de la matière brute peut être recyclée dans le réacteur 1 par la canalisation 23 et être transmise comme indiqué par le trait interrompu 25 en un point qui se trouve au-dessus de la roue 6 afin que le niveau du liquide soit maintenu dans le réacteur 1, le cas échéant.

  
L'exemple qui suit illustre la mise en.oeuvre de l'invention, à titre non limitatif.

  
Le réacteur utilisé est un réacteur cylindrique d'acier inoxydable du type représenté sur le dessin, ayant un diamètre interne de 3,95 m, une hauteur de 7,3 m et comprenant un barboteur tubulaire de 20,3 cm de diamètre interne et 1,2 m de diamètre, placé juste au-dessous de la roue. Le barboteur a des trous permettant l'introduction des réactifs.

  
Les conditions de la réaction, lors de la mise en oeuvre d'une installation du type représenté sur le dessin, sont indiquées dans les tableaux I et II.

  
 <EMI ID=44.1> 

  
Contenu du réacteur 1
 <EMI ID=45.1> 
 
 <EMI ID=46.1> 
 Les produits retirés par la canalisation 17 ont la composition suivante : 

  

 <EMI ID=47.1> 


  
Le même procédé pratiquement se révèle être le plus efficace pour la formation de propionaldéhyde à partir de l'éthylène. 

REVENDICATIONS

  
1. Procédé de préparation continue d'aldéhydes par hydroformylation d'oléfines alpha ayant 2 à 5 atomes de carbone environ, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une masse liquide d'un mélange homogène contenant une oléfine, des aldéhydes produits et des produits de condensation d'aldéhydes à température élevée d'ébullition qui se forment constamment dans la masse liquide, un catalyseur soluble au rhodium, complexé avec de l'oxyde de carbone et une triarylphosphine, avec au moins
10 moles de triarylphosphine libre par mole de rhodium métallique, la transmission à la masse liquide d'un courant gazeux recyclé contenant de l'hydrogène et l'oléfine, la transmission de quantités d'appoint d'oxyde de carbone, d'hydrogène et d'oléfine à la masse liquide,

   le maintien de la température de cette masse liquide à une valeur comprise entre environ 50 et 140[deg.]C, la pression totale absolue étant inférieure à 28 bars environ, la pression partielle

  
 <EMI ID=48.1> 

  
environ et la pression partielle absolue de l'hydrogène étant inférieure à 14 bars environ, le retrait, à partir de la masse liquide d'une certaine quantité d'un mélange en phase vapeur qui contient de l'oléfine, de l'hydrogène, un aldéhyde produit vaporisé et une certaine quantité de produits vaporisés de condensation d'aldéhyde, cette dernière quantité correspondant pratiquement au débit de formation dans la masse si bien que la quantité de masse liquide est maintenue à une valeur prédéterminée, et la récupération de l'aldéhyde produit et du produit de con-  densation d'aldéhyde à partir du mélange gazeux, avec formation du courant gazeux recyclé:..-



  Process for the continuous preparation of aldehydes by hydroformylation.

  
The present invention relates to the preparation of aldehydes by hydroformylation, that is to say by treating an alpha olefin with carbon monoxide and hydrogen in the presence of a rhodium catalyst.

  
The article by J. Falbe, "Carbon Monoxide in Organic Synthesis", Springer-Verlag, New-York (1970) on page 3, indicates that "hydroformylation is the reaction of an unsaturated (or saturated compound) compound. capable of forming an “unsaturated” compound with carbon monoxide and hydrogen, “yielding an aldehyde.” The process is also referred to as the “Oxo” process. Until recently, all industrial reactions of hydroformylations used a cobaltcarbonyl catalyst. According to the aforementioned article by Falbe (on page 70), with the sole exception of the process developed by Shell, "all the oxo processes used industrially follow more or less the technique "developed by Ruhrchemie AG in Oberhausen / Germany, in co-operation with BASF".

   This article indicates that the existing installations implementing the oxo process operate continuously and in general "they include

  
 <EMI ID = 1.1>

  
2. The catalyst removal part. 3. The catalyst regeneration and renewal part. 4. The distillation of the aldehydes. 5. The reactor for the hydrogenation of the aldehydes. 6. The distillation of alcohols ".

  
The Shell process differs in that it uses a modified cobalt catalyst, prepared by combining, in the hydroformylation reactor, a cobalt salt of an organic acid, trialkylphosphines (for example tributylphosphine), and a base such as KOH. The HCo (CO) 3PR3 catalyst, formed in situ "is thermally more

  
 <EMI ID = 2.1>

  
in the reactor may be about 100 "bar lower, while it should be 200 to 300 bar" in other processes "(Falbe, article cited, page 73).

  
Although the first installations implementing the oxo process were intended for a heterogeneous reaction modeled on the catalysis according to the Fischer Tropsch process, it was finally found that the catalysis was homogeneous (the aforementioned article by Falbe, page 14). The separation and recovery of the catalyst therefore constitute an essential step in the oxo process. This is especially the case when the catalyst contains rhodium, which is a precious metal. As noted in the article by Cornils et al., "HYDROCARBON PROCESSING", June 1975, page 86 "although" Rh compounds are more active than cobalt, they are "much more expensive. Cobalt costs roughly 40 francs per kilogram and rhodium 88,000 to 144,000 francs per kilogram (September 1974 and February 1975). This difference "indicates the speculative nature of the price of rhodium.

   The "cost would hardly matter if the rhodium could" be 100% recovered and used at low concentrations. The inability to profitably recycle rhodium "has precluded the use of unmodified compounds.

  
"rhodium until now, even when the aldehydes to be" formed had to have a chain with branches

  
"and when only rhodium salts could allow" the oxo reaction. In fact, the desired low concentrations of rhodium, ranging between several ppm and several hundred ppm, relative to the olefin feed (0.1 to 1% of cobalt, depending on the process used), still make "more difficult chemical, heat or" extraction of the products formed by the oxo process and containing a metalcarbonyl. Accordingly, there are "a number of special processes for removing" traces of rhodium from products formed by the oxo process "(eg adsorption to" high surface area solids, concentration by distillation "). heavy tails from the synthesis according to the oxo process,

  
"treatment with steam, halogens or carboxylic acids, or other methods). Often," these methods require an expensive recovery step "intended for concentration and outside operation. of "the oxo installation. A loss of rhodium of only one ppm per "kilogram of product of the oxo process causes losses" of material corresponding to approximately 0.08 to 0.14 f / kg (whereas "the corresponding value is 0.04 f / kg with “cobalt catalysts” (ppm = parts per million).

  
The aforementioned article by Cornils et al., Pages 87, 88 and 90, describes and shows in particular in FIG. 9 a proposed type of industrial installation implementing a modified oxo process, with a rhodium-based catalyst. The article indicates that the catalyst must be recycled to the reactor, from the distillation column. Given the heavy tails formation, this article, on page 88, states that "full recycle of" rhodium only through the "primary" recycle "9 circuit would cause enrichment in the" high boiling temperature "components.

   The same page of the same article indicates that "to overcome this drawback, a" part of the bottoms stream from column 3 is continuously withdrawn as a side stream and distilled in column 6 to give a product. head as “light aldols.” The article continues as follows:

  
"Provided the activity is sufficient, the bottoms which are heat treated twice at this time are recycled to the reactor as a" secondary "stream of rhodium. The distillation in column 6 does not cause the removal of the by-products to.

  
 <EMI ID = 3.1>

  
"synthesis according to the oxo method, since these cannot" be separated from the excess ligand. The separation of the rhodium complexes from the constituents at medium boiling temperature is carried out in a column 7 which receives "an auxiliary stream coming from the bottoms of the column" 6. The bottoms of column 7 are heat treated "so often that the rhodium contained is inactive in the framework of the oxo process and must be regenerated during an" external step implemented in a renewal circuit 8. This rhodium is recycled to the reactor under

  
 <EMI ID = 4.1>

  
"with loss, however, of the ligand bound to the complex and of

  
 <EMI ID = 5.1>

  
"circulating per year in the tertiary recycling circuit" corresponds to approximately double the initial quantity "of rhodium used in the whole of the system implementing" the oxo process ".

  
The same article by Cornils et al. Contains the following considerations, on page 89:

  
"Concentrations of rhodium of 0.1%, take account of the quantities of rhodium present during the various

  
 <EMI ID = 6.1>

  
"arbitrary, require high expenditure in the form of" the first investments in catalyst. The relationship "between the initial investment price required" for the catalyst in cobalt oxo plants

  
"and modified with rhodium corresponds to a ratio of 1/5 (1/3," depending on the price of rhodium). However, leakage and "accidental loss of rhodium is greater than" the initial cost of the catalyst. Compared to other industrial processes using precious metal catalysts, a loss of rhodium of 1 mg / kg of "oxo" product is considered to be considered in practice. The cost "of the material then corresponds to a value. from 0.08 to

  
"0.14 f / kg, depending on the price of rhodium. The losses of rho" dium must decrease to a value less than 0.3 ppm "so that the cost of the material is equal to that of a" catalyst of a conventional oxo process ".

  
British Patent No. 1,228,201 describes a process analogous to that of the aforementioned article. According to the processes described in this patent, the catalyst recycle stream is a primary characteristic, except when the catalyst is on. a solid support, in

  
a fixed bed system. However, as indicated in the aforementioned article by J. Falbe, the reaction is in reality of a homogeneous type and one could suppose that placing rhodium on an inert support could cause significant losses of catalyst.

  
British Patent No. 1,312,076 describes the use of a different technique for separating the catalyst.

  
 <EMI ID = 7.1>

  
removing a stream of product vapors, at the top, and the product aldehydes are separated from this stream by fractional distillation, a liquid stream being constantly withdrawn from the reactor and containing the complex catalyst, aldehydes and residues at elevated temperature of 'boiling, the flow_liquid passing at the pressure of

  
reaction at the surface of a membrane so that part of the high boiling temperature residues and aldehydes infiltrate through the membrane and be removed,

  
the remainder of the liquid stream containing the catalyst being recycled to the reactor.

  
British patent application n [deg.] 23 678/69 indicates that, during a homogeneous catalysis of the type described, the removal of the catalyst contained in the reaction products, with a view to recycling, is an operation difficult. This application indicates that the catalyst can be recycled in the residue obtained after distillation of the main products of the reaction, but at the cost of a loss.

  
catalyst.

  
US Pat. No. 3,539,634 further indicates the difficulties of recovery.

  
of the catalyst in an oxo reaction, and indicates that the heavy part and / or the bottoms of the separated products formed by the reaction, containing the catalyst, can circulate in an inert bed allowing the extraction of the catalyst by a reaction solvent. Such a process requires the use of a solvent capable of ensuring the extraction and simultaneously requires infinite possibilities of extraction in order

  
that the loss of catalyst is zero.

  
The invention relates to a process for the preparation of products of the oxo process by hydroformylation of alpha olefins, using a catalyst modified with rhodium,

  
this process not exhibiting in practice any loss of the rhodium catalyst during long periods of use.

  
The process according to the invention is of the continuous type and it is used for the preparation of aldehydes, by hydroformylation of alpha olefins containing from 2 to 5 carbon atoms approximately. This process comprises forming a liquid mass of a homogeneous mixture containing the olefin, carbon monoxide and hydrogen being constantly transmitted to the liquid mass, the aldehydes produced and the condensation products of aldehydes at temperature. high boiling constantly forming in the liquid mass which also contains a soluble rhodium catalyst complexed with carbon monoxide and a triarylphosphine. The quantity of triarylphosphine present in the liquid mass corresponds to at least 10 moles per mole of metallic rhodium present in this liquid mass.

   The latter receives a recycled gas stream containing hydrogen and olefin, and additional amounts of carbon monoxide, hydrogen and olefin are added to the liquid mass. The temperature thereof is maintained at a value between approximately 50 and 140 [deg.] C, and the total pressure is maintained at less than approximately 28 bars absolute. The partial pressure of carbon monoxide used in the reaction is less than 3.5 bars absolute, and the absolute partial pressure of hydrogen is less than 14 bars.

   A mixture in the gaseous state, containing vapors of olefin, hydrogen and aldehydes produced as well as a certain quantity of vaporized aldehyde condensation products, in an amount practically equal to the rate of formation in the liquid mass , is removed from the latter so that it retains a predetermined value. The aldehydes produced and their condensation products are removed from the mixture in the vapor phase, and a recycled gas stream is formed which is transmitted to the liquid mass as indicated above.

  
United States Patent No. 3,527,809 describes a significant improvement in the hydroformylation of alpha olefins, with the formation of aldehydes, at high yields for low temperatures and pressures, the catalysts having excellent stability, the alpha olefin containing at least 3 carbon atoms,

  
this process allowing the formation of mixtures of aldehydes in which the ratio of normal isomers to isomers

  
 <EMI ID = 8.1>

  
posed rhodium complexes for the efficient catalysis, under a determined set of conditions and in the presence of selected ligands of triorganophosphorus, of the hydroformylation of olefins using hydrogen and carbon monoxide. The various parameters are (1) the rhodium complex catalyst, (2) the olefin feed, (3) the triorganophosphorus ligand and its concentration, (4) a relatively low temperature range, (5) a total pressure of relatively low hydrogen and carbon monoxide, and (6) restriction of the partial pressure of carbon monoxide. The method according to the invention uses the parameters described in this aforementioned patent n [deg.] 3 527 809, and experiments carried out

  
from operations described in this patent show the considerable progress represented by the invention in the field of oxo processes.

  
Among the catalysts described in the aforementioned patent of the United States of America, mention may be made of compounds containing rhodium in complex combination with carbon monoxide and ligands / triarylphosphorus, in particular, triarylphosphine ligands, for example. triphenylphosphine (TPP). An example of an active catalytic species is rhodium hydridocarbonyltris- (triphenylphosphine) which

  
 <EMI ID = 9.1>

  
an excess of triorganophosphorus ligand.

  
The active rhodium catalyst, as indicated in recent literature, can be formed beforehand and then introduced into the reaction mixture, or the active catalytic species can be prepared in situ during the hydroformylation reaction. In an example of the latter case, (2,4-pentanedionato) dicarbonylrhodium (l) can be introduced into the reaction mixture in which, under suitable conditions, it reacts with the triorganophosphorus ligand, for example triphenylphosphine,

  
and thus forms an active catalyst such as rhodium hydridocarbonyl-tris (triphenylphosphine).

  
When the process described in the aforementioned patent

  
 <EMI ID = 10.1>

  
normally liquid inert organic solvents which are not reaction products or reagents used during the process, the mixture of products finally becomes, at room temperature or at the chosen temperature of use of 80 [deg.] C per example, slightly cloudy or shows noticeable precipitation. Elemental analyzes indicate that the solids (of the precipitate or cloud forming) contain rhodium. In some cases solid "polymer" complexes of rhodium appear to have formed, and in other cases the solids are analogous to an active form of the rhodium complex species. Such solids can be lost in the system, for example they can settle in small crevices or cracks or in plug valves.

   As previously stated, a truly efficient industrial oxo operation cannot tolerate the loss of even small amounts of rhodium. Another disadvantage of introducing the rhodium species in the form of a solution in an external organic liquid is the obvious necessity of the separation of the oxygenates formed in the reaction from the organic liquid. As the oxo reactions form aldehydes and high boiling temperature aldehyde condensation products which are removed so that the concentration of the solvent is maintained as previously stated, the removal of the condensation products by distillation affects the solvent, a part being distilled (if not all), and the rhodium compounds that are contained.

   The initial introduction into the oxo reaction of a catalytic solution in external organic liquids is effective. However, such an industrial oxo operation requires a continuous or intermittent introduction of catalyst which can be new catalyst, regenerated or contained in a recycled stream. Catalyst losses are the result of these operations.

  
Patent applications of the United States of America

  
n [deg.] 556,270 and 887,370, British patent n [deg.] 1 338 237 corresponding to the latter patent application, describe the use of liquid aldehyde condensation products at high boiling temperature, as the main solvent for the catalyst. Accordingly, no removal of the catalyst is necessary other than a small purge stream necessary to reduce the concentration of condensation products and poisons which slow down the reaction.

   Accordingly, hydroformylation of olefins having at least 3 carbon atoms ensures the maintenance of a high ratio distribution between normal and branched isomers, in aldehyde products, over long periods, and continuous recycling of the A large amount of rhodium species of such condensation products does not cause significant precipitation of rhodium in one form or another. No significant reduction in catalyst life was detected for long periods. The use of these condensation products as a rhodium-containing catalyst dissolving material is advantageous because external organic liquids should be completely excluded from the hydroformylation zone if present.

   The use of an excess of free triorganophosphorus ligand in the reaction mixture containing the condensation products

  
at dissimilar high boiling temperatures, giving the advantages described in the aforementioned US Pat. No. 3,527,809, does not interfere with the activity or dissolution of the rhodium complex catalyst even after long periods of continuous operation. As these condensation products are formed in situ, the profitability of the above process is extremely favorable.

  
It is found that, after extensive repeated use, the continual recycling of the rhodium species dissolved in the liquid condensation products at high boiling temperature presents drawbacks.

  
The constant movement of the catalyst causes certain losses of catalyst, the volume of catalyst must be considerable given that part of the catalyst, contained in the recycled liquid, is outside the reactor,

  
the rate of residue formation remains high and these materials must be removed so that the stability

  
of the catalyst can sometimes be disturbed, the adjustment of the pressure of the gaseous carbon monoxide is delicate, the nature of the recycled stream causes heat losses given the constant movement of hot liquid in

  
system, and small oxygen leaks tend to

  
to occur and prove to be detrimental to the process.

  
It is determined according to the invention that a hydrofbrmylation reaction using a non-volatile catalyst, for example rhodium (I) hydridocarbonyltris (triphenylphosphine), in the liquid phase, can be carried out very conveniently. and with a very simple apparatus by natural distillation of the aldehydes produced by the reaction and their condensation products

  
at high boiling temperature, from the liquid mass containing the catalyst (which may be in the form of a solution) at the reaction pressure and temperature, by condensation of the aldehydes produced and of the condensation products from the gas removed from the reactor, into a product recovery zone, and by recycling unreacted raw materials (e.g. carbon monoxide, hydrogen and / or alpha olefin) in vapor phase from the product recovery zone and towards the reaction zone. In addition, the recycling of the gas coming from the product recovery zone, associated with the renewal of the raw materials transmitted to the reaction zone, in sufficient quantity, makes

  
 <EMI ID = 11.1>

  
as raw material, obtaining a mass equilibrium, in the liquid mass of the reactor, so that practically all the condensation products at high boiling temperature, formed by self-condensation of the aldehydes produced, are removed from the zone reaction with a rate at least equal to their formation rate. If the

  
recycled gas was not sufficient, such condensation products could accumulate in the reactor.

  
The invention therefore relates to a process for preparing an aliphatic aldehyde containing 3 to 6 carbon atoms, the process comprising circulating an alpha aliphatic olefin having 2 to 5 carbon atoms with hydrogen and oxide. of carbon, at a determined pressure and temperature, in a reaction zone containing the catalyst which is dissolved in the liquid mass, the catalyst being practically non-volatile and ensuring efficient hydroformylation of the alpha olefin, the continuous withdrawal a vapor phase of the reaction zone, the circulation of this phase towards a product separation zone, the separation therein of a liquid product containing aldehydes, by condensation ensuring the separation from the gaseous raw materials who did not react,

   and recycling those unreacted gaseous materials from the product separation zone to the reaction zone.

  
The gaseous raw materials which have not reacted, with additional raw materials, are advantageously recycled with a flow rate at least equal to that which is necessary for maintaining the mass balance in the reaction zone.

  
The process according to the invention relates to the use of alpha olefins having 2 to 5 carbon atoms, and preferably 2, 3 or 4. Such alpha olefins are characterized by a carbon-carbon ethylenic terminal bond which may be a group vinylidene, i.e. CH2 = C <, or

  
 <EMI ID = 12.1>

  
straight chain or branched chain compounds which may contain groups or substituents which do not significantly disturb the implementation of the process. Examples of suitable alpha-olefins are ethylene, propylene, 1-butene, iso-butylene, 2-methyl-1-butene, 1-pentene and the like.

  
The reaction is advantageously carried out at

  
 <EMI ID = 13.1>

  
between about 60 and 120 [deg.] C is preferred, especially between 90 and 11 5 [deg.] Ç approximately.

  
A characteristic of the invention is the low total pressure necessary for the implementation of an industrial process. Total absolute pressure less than 28 bars

  
 <EMI ID = 14.1>

  
The partial pressure of carbon monoxide is

  
an important parameter for the implementation of the method according to the invention. It is observed that, when using complex rhodium catalysts, there appears a noticeable reduction in the ratio of isomers produced in the form of aldehydes, i.e. normal and branched isomers, when the partial pressure to be assigned to carbon monoxide approaches a value of about 75% of the pressure

  
 <EMI ID = 15.1>

  
attributable to hydrogen from 25 to 95% and more, compared

  
 <EMI ID = 16.1>

  
general advantageous that the total pressure of the gases is such that the partial pressure of hydrogen is markedly greater than that of carbon monoxide, that is to say that the ratio of the partial pressures of hydrogen

  
 <EMI ID = 17.1>

  
During routine operations, this ratio can be between about 62.5 / 1 and 12.5 / 1.

  
The partial pressure of the alpha olefin in the reaction zone can reach 35% of the total pressure and preferably forms 10 to 20% of this total pressure.

  
In an advantageous operation, the partial pressure of CO does not, for example, exceed approximately 3.5 bars absolute and preferably approximately 2.35 bars absolute. The most advantageous partial pressure for hydrogen

  
is less than 14 bars absolute, and it is for example 8.75 bars absolute, that of CO then being between

  
 <EMI ID = 18.1>

  
The catalyst can be of any non-volatile type

  
 <EMI ID = 19.1>

  
but, given the known advantages of rhodium-based catalysts, as indicated in the aforementioned patent of <EMI ID = 20.1> normal aldehydes to branched aldehydes in the product mixture. The general category of rhodium catalysts described in the aforementioned patent no. [Deg.] 3,527,809 is suitable for carrying out the invention.

  
The most advantageous catalyst according to the invention comprises rhodium complexed with carbon monoxide and a triarylphosphine ligand. The most advantageous catalyst does not contain halogen such as chlorine and contains hydrogen, carbon monoxide and a triarylphosphine complexed with metallic rhodium, in the form of a catalyst soluble in the aforementioned liquid mass and stable under reaction conditions. Examples of triarylphosphine ligands are triphenylphosphine, trinaphthylphosphine, tritolylphosphine,

  
tri (p-diphenyl) phosphine, tri (p-methoxyphenyl) phosphine, tri (m-chlorophenyl) phosphine, p-N, N-dimethylaminophenyl-bis-phenylphosphine and the like. The most advantageous ligand is triphenylphosphine. As indicated above, the reaction is carried out in a liquid mass containing an excess of free triarylphosphine.

  
The rhodium is advantageously introduced into the liquid mass in the form of a catalyst previously shaped, for example hydridocarbonyl-tris (triphenylphosphine) of rhodium RhH (CO) (PPh3) 3 solid, crystalline

  
and stable. Rhodium can be introduced into the liquid mass in the form of a precursor transformed in situ

  
as a catalyst. Examples of such precursors are rhodiumcarbonyl triphenylphosphine acetylacetonate, Rh203,

  
 <EMI ID = 21.1>

  
bonyle. The compounds of the catalyst which form an active species in the reaction mixture and their preparation are known, as described in the article by Brown et al.

  
 <EMI ID = 22.1>

  
 <EMI ID = 23.1>

  
may range from about 25 to 1200 ppm rhodium, calculated as the free metal, and triarylphosphine

  
 <EMI ID = 24.1>

  
 <EMI ID = 25.1>

  
 <EMI ID = 26.1> present per mole of rhodium, these ranges corresponding to

  
wide beaches.

  
The meaning of the free ligand is set forth in the aforementioned US Patent No. [deg.] 3,527,809, in British Patent No. [deg.] 1,338,225 and in the article

  
by Brown et al., pages 2759 and 2761.

  
In general, the optimum concentration of the catalyst depends on the concentration of the alpha olefin such as propylene. For example, the higher the concentration of propylene, the lower the concentration of the catalyst that can be used to obtain a given conversion into aldehydes produced, in a reactor of given dimensions. Since the partial pressures

  
and the concentration are related, the use of a high partial pressure of propylene causes the presence

  
an increased proportion of propylene in the gases coming from the liquid mass. Such as the purging of part of the gas stream from the product recovery zone

  
may be necessary before recycling to the liquid mass, so that part of the propane that may be present is removed, plus the propylene content of the evolved gas

  
is high and the more propylene lost in the propane purge stream. Thus, a compromise must be found between the value of propylene lost in the propane purge stream and the savings obtained by reducing the concentration of the catalyst.

  
An unforeseen advantage of this process, highlighting

  
a rhodium modified catalyst is that hydroformylation of ethylene does not form diethyl ketone

  
in a measurable amount, whereas all the processes using a cobalt catalyst cause the formation of large amounts of diethyl ketone.

  
It is advantageous that the method of the invention

  
either carried out with a liquid phase in the reaction zone which contains one of the aforementioned complex catalysts of rhodium and, in the form of a catalyst solvent, liquid products of condensation of aldehydes at high boiling temperature (rich in compounds hydroxylic

  
 <EMI ID = 27.1>

  
The term "high boiling temperature liquid aldehyde condensation products" and analogous expressions herein refer to the complex mixture of high boiling temperature liquid products which forms in condensate reactions.

  
 <EMI ID = 28.1>

  
tion, as described below with reference to the series of equations which relate to n-butyraldehyde by way of example. Such condensation products can be formed beforehand or formed in situ during the oxo process. The complex species of rhodium is soluble in these high boiling temperature liquid aldehyde condensation products and exhibits high catalytic activity for a long time, during periods of continuous hydroformylation.

  
Initially, the hydroformylation reaction can be carried out in the absence or presence of small amounts of liquid high boiling temperature aldehyde condensation products forming a solvent for the rhodium complex, or the reaction can be carried out. with an amount of up to about 70% by weight and even about 90% by weight and more of such condensation products, depending on the weight of the liquid mass. A small amount of such liquid condensation products can be as low as 5% by weight and preferably up to at least 15% by weight, based on the weight of the liquid mass.

  
During the hydroformylation of propylene, for example, two products can be formed, normal butyraldehyde and isobutyraldehyde. Since normal butyraldehyde is the most commercially valuable product, high ratios of normal to branched isomer are advantageous. However, the aldehyde products are reactive and react on themselves giving condensation reactions, even in the absence of catalyst, and at relatively low temperatures, with the formation of liquid condensation products at elevated temperature. boiling. Such aldehyde products are therefore used during various reactions as indicated below in the case of n-butyraldehyde taken by way of illustration.

  

 <EMI ID = 29.1>


  
In addition, aldol I can exhibit the following reaction:

  

 <EMI ID = 30.1>


  
The names given in parentheses in the foregoing equations, namely aldol I, substituted acrolein II, trimer III, trimer IV, dimer V, tetramer VI and tetramer VII are used purely for convenience. Aldol I is formed by a condensation of aldol, trimers III and VII by reactions of Tischenko, the trimer

  
 <EMI ID = 31.1>

  
and tetramer VI by a disproportionation reaction. The main condensation products are trimers III and IV and tetramer VII, with smaller amounts of the other products. These condensation products therefore contain significant amounts of hydroxylic compounds, as indicated for example by trimers III and IV and tetramer VII.

  
Analogous condensation products are formed by self-condensation of isobutyraldehyde, and compounds of another category are formed by condensation of one molecule of normal butyraldehyde with one molecule of isobutyraldehyde. As a normal butyraldehyde molecule can aldolize by reaction with an isobutyraldehyde molecule in two different ways with the formation of two different aldols VIII and IX, 4 aldols in total can be formed by condensation reactions of a mixture of butyraldehyde normal and isobutyraldehyde. '

  

 <EMI ID = 32.1>


  
Aldol I can undergo further condensation with isobutyraldehyde and form an isomer in the form of a trimer with trimer III and aldols VIII and IX, and the corresponding aldol X obtained by self-condensation of 2 molecules of isobutyraldehyde can undergo further reactions with normal butyraldehyde or isobutyraldehyde, with formation of corresponding trimer and isomer. These trimers can still react, like trimer III, so that a complex mixture of condensation products is formed.

  
It is very desirable that the substituted acrolein II and its isomers are at low concentrations, for example less than about 5% by weight. Substituted acrolein II, more specifically, 2-ethyl-3-propylacolein ("EPA") forms in situ with other condensation products and is found to reduce catalytic activity. The final effect of EPA or analogues is the reduction of hydroformylation rates.

  
to such an extent that any transaction in which the EPA

  
is present in an amount exceeding about 5% by weight

  
and even greater than 1% by weight of the mass of liquid, has drawbacks from the point of view of profitability.

  
In an advantageous embodiment of the invention, the liquid condensation products at temperature

  
 <EMI ID = 33.1>

  
formed, before introduction into the reaction zone

  
and starting the process. In a variant, for example, aldol I can be added at the start of the process and allow the accumulation of the other products as the reaction progresses.

  
In some cases the use of small amounts of an auxiliary organic solvent which is normally liquid and inert during hydroformylation, for example toluene or cyclohexanone, may be desirable, especially at the start of the process. Such products can be replaced in the liquid phase of the reaction zone by the liquid products of condensation of aldehydes at a high boiling temperature as the reaction progresses.

  
The liquid mass contains, in addition to the catalyst

  
and diluent which can be added, for example the free triphenylphosphine ligand, an aldehyde or a mixture of aldehydes as well as aldols, trimers, diesters, etc. which are derived therefrom.

  
The relative proportion of each product in

  
the solution is regulated by the quantity of gas which circulates

  
in the solution. Increasing this amount causes a reduction in the equilibrium concentration of the aldehyde and an increase in the rate of withdrawal of byproducts from the solution. By-products include the condensation products of aldehydes which are liquid and

  
have a high boiling temperature. The reduced concentration of aldehyde causes. , a reduction in speed

  
of by-product formation.

  
The double effect of increasing the withdrawal rate and reducing the formation rate indicates that the mass balance of the by-products in the reactor

  
is very sensitive to the quantity of gas circulating in the liquid mass. The gas used comprises, for example, make-up amounts of hydrogen, carbon monoxide and alpha olefins. However, the most important factor is the amount of recycled gas that is returned to the bulk of the liquid because this amount determines the degree of the reaction, the amount of products formed and the amount of by-products removed (accordingly).

  
The implementation of the hydroformylation reaction with a given flow rate of olefin and synthesis gas

  
and with a small total amount of recycled gas, less than a critical threshold, causes obtaining a high equilibrium concentration of aldehydes in the solution and therefore a high rate of by-product formation.

  
The rate of removal of by-products in the vapor phase effluent from the reaction zone (liquid mass) under such conditions is low since the rate of vapor phase effluent from the reaction zone is low.

  
 <EMI ID = 34.1>

  
relatively low drag of by-products. The resulting effect is an accumulation of the by-products in the solution of the liquid mass so that the volume of

  
this increases and consequently causes a reduction

  
the productivity of the catalyst. A solution purge

  
must therefore be carried out during the hydroformylation under such conditions at a low gas flow rate so that the by-products are removed and yet the reaction zone has a mass balance.

  
When however the gas flow rate in the reaction zone increases by increasing the recy flow rate, &#65533; &#65533; &#65533; &#65533; &#65533; &#65533; &#65533; &#65533; 4i: &#65533; &#65533; t &#65533; &#65533;e;. the rate of by-product formation decreases and the

  
 <EMI ID = 35.1> tion of by-products removed with the vapor phase effluent from the reaction zone. The increase

  
of the gas flow rate in the reaction zone obtained by a further increase in the gas recycle flow rate results in a situation in which the by-products are withdrawn into the vapor phase effluent from the reaction zone with the flow rate to which they are formed so that there is a mass balance in the reaction zone. There is a gas recycling threshold flow

  
which has a critical value and which corresponds to the minimum flow rate of recycled gas used according to the process of the invention.

  
When the process is implemented with a recycled gas flow rate greater than this threshold flow rate, the volume of the liquid mass in the reaction zone tends to decrease and, for recycled gas flow rates greater than the threshold value, a part of the crude mixture of aldehyde by-products must be returned to the reaction zone, from the product separation zone so that the volume of the liquid phase of this reaction zone remains constant.

  
The critical threshold recycle gas flow rate can be determined empirically for given olefin flow rates.

  
and synthesis gas (mixture of CO and hydrogen). The use of recycled gas flow rates below the critical threshold flow rate causes the volume of the liquid phase to increase over time. A debit transaction

  
threshold causes constant volume maintenance. Operation above the threshold flow rate reduces the volume.

  
The critical recycle gas flow rate can be calculated from the vapor pressures at the reaction temperature of the aldehyde or aldehydes and each of the by-products present. '

  
 <EMI ID = 36.1>

  
gas recycle bit greater than or equal to the threshold flow rate, by-products are removed in phase

  
 <EMI ID = 37.1>

  
liquid, at a rate equal to or greater than the rate of formation, so that the products are in the liquid phase of the reaction zone. Under these circumstances, purging of the liquid mass containing the catalyst from the reaction zone is not necessary to remove the by-products. This operation has the advantage of eliminating the withdrawal of the catalyst.

  
of the reaction zone, except after prolonged intervals, when catalyst renovation is necessary, so that the risks of loss of costly catalyst through accidental leakage or wastage are reduced. Further, no elevated temperature treatment of the catalyst-containing purge solution is required to remove by-products and the catalyst life is increased. Experience suggests that catalyst renovation of one type or another is not necessary until at least one year of use.

  
The residence time of an aldehyde in the reaction zone can vary between 2 min and several hours and

  
it should be noted that this parameter depends to some extent on the reaction temperature, the choice of alpha olefin, catalyst and ligand, ligand concentration, total synthesis gas pressure and

  
the partial pressure of the various constituents of this gas,

  
and other parameters. In practice, the reaction is set

  
carried out for a time sufficient for hydroformylation

  
of the terminal ethylenic or alpha bond of the olefin.

  
A by-product of hydroformylation is the alkane formed by hydrogenation of the alpha olefin. For example,

  
during the hydroformylation of propylene, propane forms

  
a by-product. Accordingly, it is preferable that a purge stream is withdrawn from the recycle gas stream from the product recovery zone so that propane is removed and cannot accumulate in the reaction system. This purge stream contains, in addition to the unwanted propane, unreacted propylene, certain inert gases introduced into the feed and a medium.

  
 <EMI ID = 38.1> <EMI ID = 39.1>

  
 <EMI ID = 40.1> operation is not usually profitable and the current

  
purge is for example used in the form of a fuel. The recycled gas essentially contains hydrogen and propylene. However, when CO is not consumed during the reaction, the excess CO also constitutes a part of the recycled gas. Usually, this gas contains an alkane even during a purge carried out before recycling.

  
It should be noted that the method according to the invention

  
can be operated continuously for long periods without shrinking the liquid mass containing

  
the catalyst of the reaction zone. However, from time

  
Alternatively, regeneration of the rhodium catalyst may be necessary and in this case a purge stream may be withdrawn from the reactor, through a normally locked valve, with fresh catalyst being added so that the concentration

  
of the catalyst is maintained in the liquid mass, or the removed catalyst can be regenerated. After separation

  
of the vapor phase effluent which is withdrawn from the liquid mass present in the reactor, this effluent reaches a product separation zone in which a mixture of aldehyde or aldehydes and dimers, trimers and other condensation products liquids at high boiling temperature is treated by conventional methods such

  
that the distillation, so that the aldehyde or aldehydes are removed and optionally separated from each other, and that the liquid products of aldehyde condensation at high boiling temperature are recovered.

  
Alpha olefin used as a raw material

  
during the process must be rigorously purified so that potential catalyst poisons from the oxo process are removed, as described in the aforementioned article by Falbe,

  
 <EMI ID = 41.1>

  
can be formed by partial oxidation of a suitable hydrocarbon feed, for example naphtha, and they must also be purified thoroughly so that any impurities which may constitute catalyst poisons.

  
 <EMI ID = 42.1> tion will emerge better from the description which follows, given with reference to the appended drawing in which the single figure is a diagram of an installation intended for implementing the method according to the invention.

  
The figure shows a stainless steel reactor 1 comprising one or more disc-shaped agitator wheels 6, comprising paddles arranged perpendicularly and driven in rotation by a shaft 7 and a suitable motor not shown. A circulating bubbler <EMI ID = 43.1>

  
tiné to introduce the alpha olefin as well as the synthesis gas added to the recycled gas. The bubbler 5 comprises several holes of sufficient size for the gas flow to reach the desired value in the liquid mass, at the level of the wheel 6, so that the reactants have the desired concentration in the liquid mass. The reactor also comprises a double jacket for circulating water vapor (not shown) allowing the contents of the reactor to be brought to the desired temperature during start-up, and internal cooling coils (not shown).

  
The effluent produced in the vapor phase from the reactor 1 is withdrawn through a pipe 10 and reaches

  
to a separator 11, the gases then passing through a device 11a intended to remove the mist and to send part of the aldehyde and of the condensation products and to prevent the possible entrainment of catalyst. The effluent from the reactor is transmitted through line 13 to a condenser 14 then through line 15 to a separator 16 in which the aldehydes produced and any by-product can be condensed and thus separated from the gases removed.
(effluent). the by-products and the concentrated aldehyde are withdrawn from the separator 16 through a line 17. The gaseous materials pass to a line 18 and to a separator 19 comprising a mist removal device and a recycling line 20.

   The recycled gases are withdrawn through a line 21 which joins the line 8, a purge stream being able to be withdrawn through a line 22 so that the saturated hydrocarbon content is regulated. Most of the remaining

  
gas can be recycled through line 8 to line 4 into which the make-up reagents enter, for example through lines 2 and 3. The combined set of reagents enters reactor 1. A compressor 26 facilitates the transport of gases recycled.

  
A new catalyst solution can be added to reactor 1 via line 9. The single reactor 1 can obviously be replaced by several reactors in parallel.

  
The crude aldehyde produced from line 17 can be treated by conventional distillation which separates the various aldehydes and the condensation products. Part of the raw material can be recycled to reactor 1 through line 23 and be transmitted as indicated by dotted line 25 to a point above impeller 6 so that the liquid level is maintained in the reactor. reactor 1, if applicable.

  
The following example illustrates the en.oeuvre of the invention, without limitation.

  
The reactor used is a cylindrical stainless steel reactor of the type shown in the drawing, having an internal diameter of 3.95 m, a height of 7.3 m and comprising a tubular bubbler with an internal diameter of 20.3 cm and 1. , 2 m in diameter, placed just below the wheel. The bubbler has holes allowing the introduction of reagents.

  
The reaction conditions, when using an installation of the type shown in the drawing, are shown in Tables I and II.

  
 <EMI ID = 44.1>

  
Contents of reactor 1
 <EMI ID = 45.1>
 
 <EMI ID = 46.1>
 The products withdrawn through line 17 have the following composition:

  

 <EMI ID = 47.1>


  
Almost the same process is found to be the most efficient for the formation of propionaldehyde from ethylene.

CLAIMS

  
1. Process for the continuous preparation of aldehydes by hydroformylation of alpha olefins having approximately 2 to 5 carbon atoms, said process being characterized in that it comprises the formation of a liquid mass of a homogeneous mixture containing an olefin, aldehydes produced and condensation products of aldehydes at high boiling temperature which constantly form in the liquid mass, a soluble rhodium catalyst, complexed with carbon monoxide and a triarylphosphine, with at least
10 moles of free triarylphosphine per mole of metallic rhodium, the transmission to the liquid mass of a recycled gas stream containing hydrogen and the olefin, the transmission of make-up quantities of carbon monoxide, hydrogen and olefin to liquid mass,

   maintaining the temperature of this liquid mass at a value between approximately 50 and 140 [deg.] C, the absolute total pressure being less than approximately 28 bars, the partial pressure

  
 <EMI ID = 48.1>

  
approximately and the absolute partial pressure of hydrogen being less than approximately 14 bars, the withdrawal from the liquid mass of a certain quantity of a mixture in the vapor phase which contains olefin, hydrogen, a vaporized aldehyde product and a certain amount of vaporized aldehyde condensation products, the latter amount substantially corresponding to the rate of formation in the mass so that the amount of liquid mass is maintained at a predetermined value, and the recovery of the aldehyde produced and aldehyde condensation product from the gas mixture, with formation of the recycled gas stream: ..-


    

Claims (1)

2.. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oléfine alpha est le propylène. 2 .. The method of claim 1, characterized in that the alpha olefin is propylene. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant gazeux recyclé contient de l'hydrogène, 1* oléfine alpha et de l'oxyde de carbone, <EMI ID=49.1> 3. Method according to claim 1, characterized in that the recycled gas stream contains hydrogen, 1 * alpha olefin and carbon monoxide, <EMI ID = 49.1> <EMI ID=50.1> l'oléfine alpha et de l'oxyde de carbone. <EMI ID = 50.1> alpha olefin and carbon monoxide. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la triarylphosphine est la triphénylphosphinè. 5. Method according to claim 2, characterized in that the triarylphosphine is triphenylphosphine. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression absolue totale est inférieure à 24,5 bars. 6. Method according to claim 1, characterized in that the total absolute pressure is less than 24.5 bars. 7. '-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport molaire de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone est compris entre 3/2 et 20/1. 7. '-Procédé claimed in claim 2, characterized in that the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide is between 3/2 and 20/1. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température est comprise entre environ 60 et 120[deg.]C. 8. Method according to claim 2, characterized in that the temperature is between about 60 and 120 [deg.] C. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oléfine alpha est l'éthylène. 9. The method of claim 1, characterized in that the alpha olefin is ethylene. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oléfine alpha est le 1-butène. 10. The method of claim 1, characterized in that the alpha olefin is 1-butene.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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