CH130613A - Process for the manufacture of acetic acid. - Google Patents

Process for the manufacture of acetic acid.

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Description

  

  Procédé pour la fabrication de l'acide acétique.    Dans le brevet principal     w     129300 on  a décrit un procédé pour produire l'acide  acétique par l'action d'oxyde de carbone sur  l'alcool méthylique en présence de cataly  seurs d'une nature acide. Le susdit brevet  constate d'ailleurs qu'on peut utiliser l'al  cool méthylique dans un mélange gazeux  obtenu en soumettant un mélange d'oxyde  de carbone et d'hydrogène à l'action de la  chaleur et de la pression en présence d'un  catalyseur convenable. Par exemple, le gaz  à l'eau peut être converti en alcool méthy  lique par l'action de la chaleur et de la  pression en présence d'oxyde de zinc ou  d'un autre catalyseur convenable.

   Les pro  duits résultants sont conduits directement  sans être refroidis à une chambre contenant  un catalyseur acide, en vue de la conversion  en acide acétique. De préférence, l'oxyde de  carbone nécessaire pour la conversion de  l'alcool méthylique en acide acétique est  présent dans le mélange initial d'oxyde de       carbone    et d'hydrogène, la quantité d'oxyde    de carbone étant dans ce cas supérieure à  celle nécessaire pour la formation d'alcool  méthylique. La proportion nécessaire d'oxyde  de carbone peut toutefois être incorporée au  mélange gazeux immédiatement avant son  passage sur le catalyseur acide.

   La réaction  a lieu en deux phases représentées par les  équations suivantes  CO     +        2H2        =        CH3    OH  CH' 0H     -f-   <B>00</B> =     CHIC00H     La présente invention est basée sur la  découverte que le traitement préliminaire du  mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène  effectué en vue de la production d'alcool  méthylique sous forme d'un produit séparé,  peut être supprimé. On peut ainsi obtenir  de l'acide acétique en faisant passer un  mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène  dans les proportions requises sur un cataly  seur acide.

   Dans ce cas, la réaction peut  être considérée comme ayant lieu en deux  phases comprenant la production d'alcool  méthylique et la transformation simultanée      de l'alcool méthylique en acide acétique,  ou bien elle peut être représentée plus sim  plement comme ayant lieu en une seule  phase suivant l'équation suivante  2C0     -'-        2Hz    =     CH3COOH     On peut faire usage de tous les cataly  seurs d'une nature acide qu'on a indiqués dans  le brevet principal. De préférence, on fait  usage d'un catalyseur non volatil ou qui  n'est que très légèrement volatil dans les  conditions de la réaction.

   Il est désirable  que le catalyseur ne soit pas réduit ou  transformé chimiquement de quelque autre  manière pendant la réaction en un corps non  acide ou en un corps volatil. Des résultats  particulièrement bons sont obtenus avec les  acides dérivés du phosphore, et spécialement  les acides phosphoriques, par exemple les  acides     ortho-,        pyro-    ou métaphosphorique ou  des mélanges de ces acides. L'acide borique,  l'acide arsénique et l'acide     phosphomolyb-          dique    conviennent aussi comme cataly  seurs. Des mélanges contenant deux ou plus  de deux des susdits catalyseurs peuvent  aussi être employés.  



  Quand des acides sont employés comme  catalyseurs, on peut les neutraliser partielle  ment pour former, si on le désire, des sels  acides, mais de préférence seulement à un  degré tel que le corps résultant contienne  encore, à la température de la réaction, des  groupes hydroxyle libres suivant les for  mules usuelles. Une neutralisation partielle  de l'acide est particulièrement avantageuse  dans les cas     oii    l'on désire diminuer la vo  latilité de l'acide ou convertir l'acide en  l'état solide.

   Par exemple, on peut employer  un composé qui peut être considéré comme  composé d'une molécule d'une base mono  valente, ou de l'équivalent d'une- base poly  valente, en combinaison avec plusieurs mo  lécules d'acide     orthophosphorique,    de sorte  que le dérivé de phosphore complexe résul  tant est encore acide entre 300 et 400   C  ou autre température employée dans la  réaction. Ainsi, par exemple, suivant la  présente invention, le phosphate d'aluminium    de la composition     A1 03.        12H3p04    peut  être employé comme catalyseur.  



  Le catalyseur employé peut être à l'état  liquide, comme dans le cas de l'acide phos  phorique, ou à l'état solide, comme dans le  cas de l'acide borique ou du phosphate  acide d'aluminium à la température de la  réaction, et être distribué sur, ou supporté  par une matière solide inerte, telle par  exemple que le coke, le graphite, etc. On  peut introduire les catalyseurs dans la  chambre de réaction avant le commence  ment de l'opération ; les ajouter au cours  de l'opération, par exemple sous forme d'un  jet pulvérisé d'un catalyseur liquide ou.  dans certains cas, sous forme de la vapeur  d'un ester volatil, -par exemple d'un ester  méthylique, qui se décompose dans les con  ditions de. la réaction pour donner un cata  lyseur acide; ou les introduire ou les engen  drer de toute autre manière dans la chambre  de réaction.  



  Il est préférable qu'on opère sous les  pressions plus élevées, par exemple de<B>150</B>  à 300 atmosphères ou davantage.  



  Dans certaines conditions qui inter  viennent, l'acide acétique formé peut être  obtenu sous forme d'un mélange contenant  de l'acétate méthylique. Cependant, la pré  sence d'eau dans le mélange gazeux utilisé  pour la réaction favorise la formation d'a  cide acétique libre.  



  Si l'opération est conduite de façon à  produire des quantités importantes d'acétate  de méthyle, l'acétate de méthyle ainsi ob  tenu peut être facilement saponifié et trans  formé en acide acétique et en alcool méthy  lique ou en éther     diméthylique.     



  Le procédé peut être réalisé de nom  breuses façons différentes et l'invention n'est  pas limitée aux exemples qui suivent d'ap  pareils et de modes opératoires, ces exem  ples n'ayant pour but que de faire com  prendre l'invention et ne limitant celle-ci  en aucune façon.  



  Suivant une forme d'exécution on fait  usage d'un circuit fermé d'appareils compre  nant une pompe servant à faire circuler le           ;raz,    laquelle pompe fait passer le mélange  gazeux contenant de l'oxyde de carbone et  de l'hydrogène à travers un échangeur de  chaleur dans la chambre de réaction,     d'oi1     les produits se rendent, en passant à tra  vers l'échangeur de chaleur, à un conden  seur muni d'un récipient dans lequel les  gaz non condensables se séparent des pro  duits liquides. On enlève les produits li  quides et l'on renvoie les gaz à la pompe  de circulation. Le circuit peut être muni  de manomètres, de séparateurs d'acide, de       réchauffeurs,    d'indicateurs de débit, de ré  gulateurs de température, etc.  



  La chambre de réaction peut contenir  tout dispositif propre à assurer un bon con  tact du gaz avec le catalyseur. Par exem  ple, dans le cas d'un liquide, on peut faire  barboter les gaz à travers le liquide, ou dis  poser la chambre de réaction sous forme  d'une     eolonne    de lavage, la munir d'agita  teurs ou la disposer de façon rotative en la  munissant, si on le désire, d'une matière  propre à supporter le liquide. Si le cataly  seur est un solide ou un liquide étalé sur  un support solide, il est avantageux d'em  ployer le solide sous une forme granulaire.  II est préférable d'employer une grande  masse d'un catalyseur liquide.  



  I1 convient que le catalyseur et les  gaz soient raisonnablement débarrassés d'im  puretés susceptibles de neutraliser l'acide.  



  Les différentes parties de l'appareil sont  préférablement protégées contre la corrosion  par les acides et l'oxyde de carbone. Ainsi  par exemple, il est préférable d'éviter l'ex  position des gaz à l'action du fer dans l'ins  tallation, quoiqu'on puisse employer avan  tageusement des alliages spéciaux ne for  mant pas du fer carbonylé. Les récipients  qui contiennent des acides ou qui- sont en  contact avec des acides seront de préférence  convenablement protégés suivant le genre  d'acide présent. Par exemple les parties en  contact avec l'acide acétique peuvent être  faites ou garnies de cuivre, tandis que celles  contenant de l'acide phosphorique peuvent  comporter une garniture de graphite ou    d'or ou peuvent être faites ou garnies de  cuivre.

   Si l'on emploie le cuivre en contact  avec l'acide phosphorique, il est préférable  d'empêcher l'accès d'oxygène à l'appareil.  



  L'exemple suivant fait comprendre une  application industrielle du procédé, mais il  est bien entendu que l'invention n'est limi  tée en aucune façon à cet exemple.  



       Exemple     On comprime du gaz à l'eau purifié à  250-300 atmosphères et, après l'avoir fait  barboter à travers de l'eau à environ 100 à  150   C, on le fait passer à travers une  chambre maintenue à environ 280  -400   C  et remplie soit de coke, de graphite, ou  d'autre matière poreuse inerte, imprégné  d'acide phosphorique, soit de phosphate  acide d'aluminium. La chambre de réaction  peut être constituée par une chambre tour  nant lentement et remplie au tiers environ  de sa contenance d'acide phosphorique, le  reste étant rempli de fragments de graphite  ou autre matière présentant une grande  surface.

   On condense les produits, on remet  en circulation les gaz non condensés à l'aide  d'une pompe de circulation, on recueille le       condensat    et on le soumet à une nouvelle  distillation pour obtenir l'acide acétique.  L'azote et les autres gaz inertes s'accumu  lant dans l'installation sont enlevés, soit  d'une façon intermittente, soit d'une façon  continue, et remplacés par de nouvelles  quantités de gaz à l'eau. .  



  On peut saponifier tout acétate de mé  thyle qui peut être présent dans le produit  de réaction de manière à le transformer en  acide acétique libre à l'état anhydre. A cet       effet,    on     effectue    de préférence la     sâponifi-          cation    avec substantiellement la quantité  théorique d'eau requise pour la réaction, un  acide minéral énergique, par exemple l'acide  phosphorique ou l'acide sulfurique, étant  préférablement employé comme saponifiant.  



  La réaction s'accomplit suivant l'équa  tion     suivante          2CH3COC        CH.3        -r-        1120    -     2CH3COOH          (CHg)20         Il est préférable d'employer l'acide phos  phorique comme saponifiant parce que cet  acide n'agit pas à la façon d'un oxydant  aux températures appliquées. La réaction a  lieu à des températures comprises entre  150   C environ et 300   C environ, des tem  pératures comprises entre 180 et 220   C  étant spécialement avantageuses. Par exem  ple, à 200o C, la réaction a lieu rapidement  et donne un rendement sensiblement     quan-          iïitatif.     



  Les acides phosphoriques les plus     hydra-          ëés,    par exemple l'acide     orthophosphorique     et l'acide pyrophosphorique, sont capables  de fournir l'eau requise :pour la saponifica  tion, étant eux-mêmes en même temps dés  hydratés pour donner de l'acide     métaphos-          phorique.    Il est par conséquent possible de  réaliser la réaction d'une manière continue  en introduisant continuellement dans l'acide  phosphorique     les    quantités et proportions re  quises d'ester et d'eau, l'acide phosphorique  servant en réalité de véhicule pour l'eau.  



  La saponification peut être réalisée dans  tous appareils établis pour l'action mutuelle  de gaz et de liquides, par exemple dans des  tours de lavage, des mélangeurs, des     barbo-          teurs,    etc.



  Process for the manufacture of acetic acid. In main patent w 129300 a process has been described for producing acetic acid by the action of carbon monoxide on methyl alcohol in the presence of catalysts of an acidic nature. The aforesaid patent also notes that methyl alcohol can be used in a gas mixture obtained by subjecting a mixture of carbon monoxide and hydrogen to the action of heat and pressure in the presence of a suitable catalyst. For example, the water gas can be converted to methyl alcohol by the action of heat and pressure in the presence of zinc oxide or other suitable catalyst.

   The resulting products are taken directly without being cooled to a chamber containing an acid catalyst for conversion to acetic acid. Preferably, the carbon monoxide necessary for the conversion of methyl alcohol into acetic acid is present in the initial mixture of carbon monoxide and hydrogen, the amount of carbon monoxide being in this case greater than that necessary for the formation of methyl alcohol. The necessary proportion of carbon monoxide can however be incorporated into the gas mixture immediately before it passes over the acid catalyst.

   The reaction takes place in two phases represented by the following equations CO + 2H2 = CH3 OH CH '0H -f- <B> 00 </B> = CHIC00H The present invention is based on the discovery that the preliminary treatment of the mixture of Carbon monoxide and hydrogen made for the production of methyl alcohol as a separate product, can be omitted. Acetic acid can thus be obtained by passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen in the required proportions over an acid catalyst.

   In this case, the reaction can be regarded as taking place in two phases comprising the production of methyl alcohol and the simultaneous transformation of methyl alcohol into acetic acid, or it can be represented more simply as taking place in one. phase according to the following equation 2CO -'- 2Hz = CH3COOH All the catalysts of an acidic nature which have been indicated in the main patent can be used. Preferably, use is made of a catalyst which is non-volatile or which is only very slightly volatile under the reaction conditions.

   It is desirable that the catalyst not be reduced or chemically transformed in any other way during the reaction to a non-acidic body or to a volatile body. Particularly good results are obtained with acids derived from phosphorus, and especially phosphoric acids, for example ortho-, pyro- or metaphosphoric acids or mixtures of these acids. Boric acid, arsenic acid and phosphomolybdenum acid are also suitable as catalysts. Mixtures containing two or more of the above catalysts can also be employed.



  When acids are employed as catalysts, they may be partially neutralized to form, if desired, acidic salts, but preferably only to such an extent that the resulting body still contains, at the temperature of the reaction, groups. free hydroxyl according to the usual formulas. Partial neutralization of the acid is particularly advantageous in cases where it is desired to decrease the volatility of the acid or to convert the acid to the solid state.

   For example, one can employ a compound which can be regarded as composed of a molecule of a mono-valent base, or the equivalent of a poly-valent base, in combination with several molecules of orthophosphoric acid, of so that the resultant complex phosphorus derivative is still acidic between 300 and 400 C or other temperature employed in the reaction. Thus, for example, according to the present invention, the aluminum phosphate of the composition A1 03. 12H3p04 can be used as a catalyst.



  The catalyst employed can be in the liquid state, as in the case of phos phoric acid, or in the solid state, as in the case of boric acid or acidic aluminum phosphate at room temperature. reaction, and be distributed over, or supported by, an inert solid material, such as for example coke, graphite, etc. The catalysts can be introduced into the reaction chamber before the start of the operation; add them during the operation, for example in the form of a spray jet of a liquid catalyst or. in some cases, in the form of the vapor of a volatile ester, -for example of a methyl ester, which decomposes under the conditions of. reacting to give an acid cat lyser; or introduce them or generate them in any other way in the reaction chamber.



  It is preferable to operate at the higher pressures, for example <B> 150 </B> to 300 atmospheres or more.



  Under certain conditions which intervene, the acetic acid formed can be obtained in the form of a mixture containing methyl acetate. However, the presence of water in the gas mixture used for the reaction promotes the formation of free acetic acid.



  If the operation is carried out so as to produce large quantities of methyl acetate, the methyl acetate thus obtained can be easily saponified and converted into acetic acid and methyl alcohol or dimethyl ether.



  The process can be carried out in many different ways and the invention is not limited to the examples which follow of apparatus and of procedures, these examples being intended only to make the invention understood and not to be understood. limiting it in any way.



  According to one embodiment, use is made of a closed circuit of apparatus comprising a pump serving to circulate the gas, which pump passes the gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen through a heat exchanger in the reaction chamber, from which the products pass, passing through the heat exchanger, to a condenser fitted with a receptacle in which the non-condensable gases separate from the liquid products . The liquid products are removed and the gases are returned to the circulation pump. The circuit can be fitted with manometers, acid separators, heaters, flow indicators, temperature regulators, etc.



  The reaction chamber may contain any device suitable for ensuring good gas contact with the catalyst. For example, in the case of a liquid, the gases can be bubbled through the liquid, or the reaction chamber can be arranged in the form of a washing column, provided with stirrers or arranged in such a manner. rotating by providing it, if desired, with a material suitable for supporting the liquid. If the catalyst is a solid or a liquid spread on a solid support, it is advantageous to use the solid in granular form. It is preferable to employ a large mass of a liquid catalyst.



  The catalyst and the gases should be reasonably free of purities capable of neutralizing the acid.



  The various parts of the apparatus are preferably protected against corrosion by acids and carbon monoxide. Thus, for example, it is preferable to avoid the exposure of gases to the action of iron in the installation, although special alloys which do not form carbonyl iron can be used advantageously. Containers which contain acids or which come into contact with acids will preferably be suitably protected depending on the kind of acid present. For example the parts in contact with acetic acid may be made or lined with copper, while those containing phosphoric acid may have a lining of graphite or gold or may be made or lined with copper.

   If copper is used in contact with phosphoric acid, it is preferable to prevent the access of oxygen to the apparatus.



  The following example illustrates an industrial application of the process, but it is understood that the invention is not limited in any way to this example.



       Example Purified water gas is compressed to 250-300 atmospheres and, after bubbling it through water at about 100-150 C, is passed through a chamber maintained at about 280 -400. C and filled with either coke, graphite, or other inert porous material, impregnated with phosphoric acid, or acidic aluminum phosphate. The reaction chamber may be a slowly rotating chamber filled to about a third of its capacity with phosphoric acid, the remainder being filled with fragments of graphite or other material having a large surface area.

   The products are condensed, the uncondensed gases are recirculated using a circulation pump, the condensate is collected and it is subjected to further distillation to obtain acetic acid. Nitrogen and other inert gases accumulating in the installation are removed, either intermittently or continuously, and replaced by new quantities of water gas. .



  Any methyl acetate which may be present in the reaction product can be saponified so as to convert it to free acetic acid in the anhydrous state. To this end, the saponification is preferably carried out with substantially the theoretical amount of water required for the reaction, a strong mineral acid, for example phosphoric acid or sulfuric acid, being preferably employed as a saponifier.



  The reaction proceeds according to the following equation 2CH3COC CH.3 -r- 1120 - 2CH3COOH (CHg) 20 It is preferable to use phos phoric acid as a saponifier because this acid does not act as it does. an oxidizer at the temperatures applied. The reaction takes place at temperatures between approximately 150 ° C. and approximately 300 ° C., temperatures between 180 and 220 ° C. being especially advantageous. For example, at 200 ° C the reaction proceeds rapidly and gives substantially quantitative yield.



  The most hydrated phosphoric acids, for example orthophosphoric acid and pyrophosphoric acid, are capable of supplying the water required: for saponification, themselves at the same time being hydrated to give acid. metaphorical. It is therefore possible to carry out the reaction in a continuous manner by continuously introducing into the phosphoric acid the required quantities and proportions of ester and water, the phosphoric acid actually serving as the vehicle for the water.



  Saponification can be carried out in any apparatus established for the mutual action of gases and liquids, for example in washing towers, mixers, bubblers, etc.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé pour la<B>-</B>fabrication de l'acide acétique, caractérisé par le fait qu'on sou met un mélange gazeux contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène à l'action d'un catalyseur d'une nature acide. SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on soumet le produit de réaction à-une';saponification pour trans former en acide acétique de l'ester mé thylique formé avec l'acide acétique dans la réaction. 2 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce qu'on effectue la réaction sous pression et à une température entre 250<B>0</B> C et 450 o C. 3 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que le catalyseur comprend un acide dérivé d'un oxyde de phosphore. CLAIM Process for the <B> - </B> manufacture of acetic acid, characterized in that a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen is subjected to the action of a catalyst of an acidic nature. SUB-CLAIMS 1. A process according to claim, characterized in that the reaction product is subjected to saponification to convert methyl ester formed with acetic acid in the reaction to acetic acid. 2 Process according to claim, characterized in that the reaction is carried out under pressure and at a temperature between 250 <B> 0 </B> C and 450 o C. 3 Process according to claim, characterized in that the catalyst comprises an acid derived from an oxide of phosphorus. 4 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce qu'on fait usage d'un cataly seur comprenant un acide phosphorique. 5 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce qu'on fait usage d'un cataly seur comprenant un mélange de divers acides phosphoriques. 4 A method according to claim, characterized in that use is made of a catalyst comprising a phosphoric acid. 5. Process according to claim, characterized in that use is made of a catalyst comprising a mixture of various phosphoric acids.
CH130613D 1926-07-20 1927-07-16 Process for the manufacture of acetic acid. CH130613A (en)

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