CH459168A - Process for the electrolysis of acrylonitrile for the production of adiponitrile - Google Patents

Process for the electrolysis of acrylonitrile for the production of adiponitrile

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CH459168A
CH459168A CH115764A CH115764A CH459168A CH 459168 A CH459168 A CH 459168A CH 115764 A CH115764 A CH 115764A CH 115764 A CH115764 A CH 115764A CH 459168 A CH459168 A CH 459168A
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Description

  

  Verfahren zur Elektrolyse von Acrylnitril für die Herstellung von Adipinsäurenitril    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur  Elektrolyse von Acrylnitril für die Herstellung von     Adi-          pinsäurenitril,    wobei eine Hydrodimerisierung eintritt,  das dadurch gekennzeichnet ist, dass man elektrischen  Strom durch einen in Berührung mit einer Kathode be  findlichen Katholyten leitet, welcher aus einer     Acryl-          nitril    enthaltenden Salzlösung besteht und durch eine  Ionenaustauschmembran von dem Anolyten aus einer  Säurelösung getrennt ist, und aus dem Katholyten     Adi-          pinsäurenitril    gewinnt.  



  In der Zeichnung ist ein     Acrylnitril-Elektrolyse-          system,    in welchem der Anolyt und der Katholyt ge  trennt durch die im Querschnitt dargestellte Elektro  lysezelle im Umlauf gehalten werden, erläutert.  



  Durch die Anwendung einer unterteilten Zelle bei  der elektrolytischen Hydrodimerisation von Acrylnitril  werden bestimmte Vorteile erhalten. Es ist u. a. er  wünscht, das Acrylnitril von der Anode entfernt zu  halten, wo es einer Oxydation unterworfen wäre. In  ähnlicher Weise sind viele der geeignetsten Salzelektro  lyte für die Hydrodimerisation von Acrylnitril, beispiels  weise aromatische quarternäre Ammoniumsulfonate, ei  ner Zersetzung an der Anode unterworfen. Derartige  Salze sind besonders geeignet, da sie sehr negative Ka  thodenentladungspotentiale aufweisen und infolgedessen  kaum die Hydrodimerisierung von Acrylnitril an der  Kathode stören, welche bei etwa -1,75 bis etwa -1,9  Volt (gegen eine gesättigte Kalomel-Elektrode) statt  findet.

   Jedoch kann die Anwesenheit derartiger Salze  oder der anodischen Oxydationsprodukte dieser Salze  und von Acrylnitril im Anolyten eine ernstliche Anoden  korrosion herbeiführen. Eine     Salzlösung    wird für die  Elektrolyse aufgrund der Neigung von Acrylnitril zur  Polymerisation bei Elektrolyse unter sauren Bedingun  gen     verwendet.    Es ist im allgemeinen erwünscht, bei  einem pH-Wert des Katholyten im Bereich von etwa 7  bis 9,5 oder 10 zu arbeiten.  



  Bei Anwendung eines sauren Anolyten in der     Hy-          drodimerisation    von Acrylnitril werden viele Vorteile er-    halten. Vergleichsweise kann eine wässrige Lösung,  welche ein quarternäres Ammoniumsalz und Acrylnitril  enthält, einen hohen elektrischen Widerstand aufwei  sen. Der Gesamtwiderstand der Zelle kann daher be  trächtlich erniedrigt werden, wenn anstelle einer     quarter-          nären    Ammoniumsalzlösung eine Mineralsäure als     Ano-          lyt    verwendet wird. Mineralsäuren, z. B. Schwefelsäure,  besitzen den zusätzlichen Vorteil, dass sie billig und  leicht erhältlich sind. Phosphorsäure und andere Mi  neralsäuren, sowie organische Sulfonsäuren, z. B.

   Ben  zol- oder Toluolsulfonsäure, können zur Anwendung  gelangen. Schwefelsäure wird insbesondere bevorzugt,  da ihre Verwendung Korrosionsprobleme auf ein Mi  nimum herabsetzt und der an der Anode in einer der  artigen Säure     erzeugte    Sauerstoff zu keinen besonderen  Schwierigkeiten führt. Während der Elektrolyse in ei  ner unterteilten Zelle nimmt die Alkalinität gewöhn  lich in dem Katholyten zu.

   Obgleich die     Hydrodimeri-          sation    von Acrylnitril für eine gewisse Zeitdauer ohne  Vorkehrungen, um der Alkalinität entgegenzusteuern,  erfolgreich ausgeführt werden kann, ist es ersichtlich,  dass gegebenenfalls die Entstehung oder die Bildung  von Hydroxylionen in dem Katholyten derartig sein  würde, dass sie ein überwiegen oder Vorherrschen von  unerwünschten Nebenreaktionen veranlassen könnten.  Die Regelung der Alkalinität wird besonders erforder  lich, wenn die elektrolytische Hydrodimerisation in kon  tinuierlicher Weise unter kontinuierlicher oder unter  brochener Zugabe von Nitril und Entfernung von Pro  dukt durchgeführt wird, wobei der Elektrolyt selbst in  der Zelle bleibt oder im Umlauf zu der Zelle gehalten  wird.

   Bei Anwendung eines kationischen Diaphragmas  in einer unterteilten Zelle und bei Verwendung einer  Säure als Anolyt hängt die Alkalinität des Katholyten  von der Geschwindigkeit ab, mit welcher Ionen oder  Moleküle sich durch das     Diaphragma    mit Bezug auf  die Geschwindigkeit der Bildung von     Hydroxylionen     durch die Elektrolyse bewegen. Während der Elektro  lyse werden Wasserstoffionen durch das     Diaphragma              in    einer Menge übergeführt, welche etwa der Erzeu  gung von Hydroxylionen an der Kathode entspricht.  Dies     wird    von einer     bestimmten    Diffusion von Ionen  und Molekülen durch das Diaphragma infolge der  Konzentrationsunterschiede begleitet.  



  Es wurde nun festgestellt, dass bei der Elektro  lyse von Acrylnitril die Regelung der Alkalinität des  Katholyten sehr zweckmässig oder geeignet ausgeführt  werden kann, indem man einen Mineralsäure-Anolyten  in Verbindung mit einer Kationenaustauschmembran,  welche den Anolyten von dem Katholyten trennt, ver  wendet.  



  Es sind bisher verschiedene elektrolytische Reak  tionen zur Reduktion oder für anderweitige     Änderun-          gen    von organischen Verbindungen bekannt geworden.       Im    allgemeinen jedoch zeigten derartige Reaktionen  den Nachteil, dass sie von     geringem    Ausmass waren,  eine niedrige Geschwindigkeit besassen und eine sorg  fältige Regelung von vielen     Bedingungen    erforderten.

    Sehr häufig konnten derartige Reaktionen nicht auf ei  nen grösseren Massstab gebracht werden, indem man  hohe Stromdichten zur Erzielung von praktischen Er  zeugungsgeschwindigkeiten oder -ausmassen anwendete  und blieben daher laboratoriumsmässige Neuartigkei  ten.     Im    Gegensatz     dazu    wird das Verfahren gemäss  der Erfindung sehr wirksam bei Stromdichten von ober  halb 10 Ampere/dm2 Kathodenoberfläche durchgeführt,  wobei die am meisten geeigneten oder zweckmässigen  Dichten im Bereich von 15 bis 20 bis 40 oder 50  Ampere/dm2 und darüber, selbst bis zu 100 oder mehr  Ampere/dm2 sein können und es ist ausserdem mög  lich, Zellen     mit    einer grossen wirksamen Elektroden  fläche,

   sowohl bei     Einzelelektroden    als auch bei     hin-          tereinandergeschalteten    Elektroden, zu verwenden. Bei  der technischen     Durchführung    dieses Verfahrens ist es       wahrscheinlich,    dass     Einzelzellen    wenigstens 20 bis 30  Ampere aufnehmen und     höchstwahrscheinlich    mehr als  100 Ampere, und Zellen     mit        einer        Aufnahme    von mehr       als    1000 Ampere sind in Betracht gezogen.

   Aus tech  nischen und     wirtschaftlichen        Gründen    und um prakti  schen Gebrauch von derartig hohen Stromdichten ohne  der Notwendigkeit von übermässig hohen     Zellspannun-          gen    zu machen, ist es wesentlich, in der Zelle einen       ziemlich    niedrigen Widerstand zu haben, wie er durch  die Verwendung von     ziemlich    hohen Konzentrationen  an Elektrolytsalz und eines ziemlich schmalen Abstan  des oder Zwischenraums zwischen den Elektroden, bei  spielsweise von nicht mehr als etwa 1,27 cm und vor  zugsweise in der Grössenordnung von 0,58 cm oder       darunter        erhältlich    ist.

   Spannungen von 5 bis 20 Volt  für Stromdichten von 15 bis 40 Ampere/dm2 sind ge  eignet und vorzugsweise besitzt die angelegte Spannung  in diesem Bereich ebenso wie bei höheren Dichten ei  nen numerischen Wert, welcher nicht mehr als die Hälf  te des numerischen Werts der Stromdichte (in Am  pere/dm2) beträgt. Verschiedene     Kraftenergiequellen     sind zur Verwendung bei dem Verfahren gemäss der  Erfindung brauchbar und insbesondere Gleichstrom  quellen, und gegebenenfalls können verschiedene be  kannte Mittel oder Methoden zur     Änderung    des ange  legten Potentials, um die Stromdichte und das Katho  denpotential zu regeln, angewendet werden, welche bei  spielsweise in. der US-Patentschrift 2835631 (Metcalf  u. a.) beschrieben sind und auf welche hier Bezug ge  nommen wird.

   Erwünschtenfalls kann Wechselstrom    dem der Zelle     zugeführten    Gleichstrom überlagert wer  den.  



  Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der  Erfindung besitzt die als Anolyt verwendete Säure eine  solche     Normalität,    dass genügend     Wasserstoffionen    zu  dem Katholyten wandern, um den bei der gewählten  Stromdichte erzeugten Hydroxylionen entgegenzuwir  ken.  



  <I>Beispiel</I>  In einer unterteilten Zelle mit einem Säureanolyten  wurde Acrylnitril in einer Anzahl von Versuchen un  ter vergleichbaren Bedingungen mit der Abänderung,  dass die Stromdichte geändert wurde und die Normali  tät des Anolyten entsprechend zur Regelung des     pH-          Wertes    des Katholyten eingestellt wurde,     hydrodimeri-          siert,    wobei die nachstehenden Ergebnisse erhalten  wurden.

    
EMI0002.0039     
  
    Versuch <SEP> Stromdichte <SEP> Anolyt- <SEP> Katholyt  Ampere/dm2 <SEP> Normalität <SEP> pH-Wert
<tb>  1 <SEP> 15 <SEP> 0,58 <SEP> 9,0
<tb>  2 <SEP> 20 <SEP> <B>0,61</B> <SEP> 8,7
<tb>  3 <SEP> 25 <SEP> 0,80 <SEP> 8,9
<tb>  4 <SEP> 30 <SEP> 0,98 <SEP> 8,7
<tb>  5 <SEP> 40 <SEP> 1,08 <SEP> 8,7       Es ist daraus ersichtlich, dass, wenn die Strom  dichte erhöht wird, die Normalität des Anolyten zur  Regelung des pH-Wertes des Katholyten und zur Bei  behaltung desselben innerhalb eines gewählten Bereichs,  z.

   B. von 7 bis 9,5, gesteigert werden     kann.        Sämtliche     Versuche wurden erfolgreich während einer Anzahl von  Stunden     durchgeführt,    wobei die Ausbeuten an     Acryl-          nitril    mehr als 900/o Produkt darstellten. Es war     nicht          notwendig,    irgendeine Säure oder     ein    anderes Material  dem Katholyten während der Versuche zur Regelung  des     pH-Wertes    zuzusetzen.  



  Die vorstehenden Versuche wurden mit Schwefel  säure als Anolyten durchgeführt, wobei eine     kationi-          sche    Membran als Zellenunterteiler verwendet wurde;  die besondere Membran bestand aus einer kationischen  Membran aus einem auf einem Glasfaserträgermaterial  oder einer Glasfasergrundlage getragenen sulfonierten  Stylroldivinylbenzolpolymerisat. Die lineare Strömungs  geschwindigkeit des     Katholyten    entlang der Kathoden  oberfläche betrug etwa 0,457     m/sek.     



  Die     Elektrolysenarbeitsgänge    wurden in dem in  der Figur der     Zeichnung    erläuterten System ausgeführt.  Die Elektrolyse fand in einer     Elektrolysezelle    1  statt,     in    welcher eine Kathodenplatte 2 und ein Dia  phragma 3 mit den anderen Wänden der vollständig  eingeschlossenen Zellenkammer einen Kathodenraum  bilden und das genannte     Diaphragma    3 und eine Ano  denplatte 4     einen    getrennten Anodenraum bilden.

   Die  Kathode 2 ist     mit    dem negativen     Anschluss    einer Gleich  stromquelle verbunden, während die Anode 4 mit der  positiven     Zuführung    dieses Stroms verbunden ist; die       Kathode    und die Anode sind in einer Nebeneinander  stellung, jedoch durch ein isolierendes, abdichtendes  Material getrennt,

       eingeklemmt.    Im Betrieb wird     Acryl-          nitril    durch eine Pumpe 5 und die     Salzlösung    durch  eine Pumpe 6 zu der den     Katholyt        im    Kreislauf füh  renden Pumpe 7 und dann durch eine     Öffnung    in der      Kathodenplatte 2 durch den Kathodenraum und durch  eine weitere Öffnung in der Kathodenplatte zu einem  Katholytvorratsbehälter 8 geführt. Der     Katholytvor-          ratsbehälter    ist mit Einrichtungen (nicht gezeigt) wie  z.

   B. einen Überlaufsystem unter Schwerkraft, für die  Abgabe eines Teils des Katholyten, ausgestattet, wobei  auch Einrichtungen oder Mittel vorhanden oder ver  fügbar sind, um den Katholyten in dem Vorratsbehäl  ter erforderlichenfalls zu erhitzen. Ein pH-Messer 9 ist  in eine Leitung 10 für die Kreislaufführung des     Katho-          lyten    eingesetzt und ein mit einem Wassermantel aus  gestatteter Wärmeaustauscher 11 ist über die den Kreis  lauf aufrechterhaltende Pumpe 7 eingesetzt, um erfor  derlichenfalls ein Kühlen des Katholyten zu erlauben.

    Der Anolyt wird mittels Zuführen von Wasser und  Säure in einen Anolytvorratsbehälter 12 hergestellt, aus  welchem er durch einen mit einem Wassermantel     ver-          sehenen    Wärmeaustauscher 13 zu einer den Anolyten  im Kreislauf führende Pumpe 14, dann durch eine Öff  nung in der Anodenplatte 4 und durch die Anoden  kammer oder den Anodenraum unter     Rückführung    zu  dem Anolytvorratsbehälter 12 geleitet wird. Der     Anolyt-          vorratsbehälter    ist mit einem mit einem Wassermantel  versehenen Kühler 15 ausgestattet, um ein Entweichen  von Sauerstoff oder anderen Gasen aus dem Anolyten  zu erlauben.

   Ein     Differentialmanometer    16 ist über die  Katholyt- und Anolyteintrittsöffnungen von der Zelle 1  verbunden, um einen     Druckausgleich    auf beiden Seiten  des Diaphragmas 3 zu ermöglichen. Die Kathode be  stand aus Blei und die Anode aus Platin auf Titan;  andere Elektrodenmaterialien sind geeignet, z. B.  Quecksilber oder verschiedene Bleilegierungen als Ka  thode und Blei oder Bleilegierungen als Anode. Es ist  ersichtlich, dass die Elektroden in direktem Kontakt,  d. h. Feststoff-Flüssigkeitskontakt, mit dem Katholyten  und dem Anolyten vorliegen und nicht davon durch  einen Luftspalt oder in anderer Weise getrennt sind.  



  Der in den Versuchen verwendete Katholyt bestand  aus einer Lösung von     Tetramethylammoniumtoluolsul-          fonat    in Wasser mit einer Konzentration von 60 Gew.-%  und das Acrylnitril wurde in einer Menge zugeführt,  um 33 Gew.-% des Katholyten darzustellen. Obgleich  die verwendeten Ionenaustauschmembranen und andere  Elektrolysebedingungen etwas geändert werden können,  ist es im allgemeinen erwünscht, einen Normalitäts  wert des Säureanolyten im Bereich von etwa dem 0,02  bis 0,06fachen der Stromdichte (in Ampere/dm2), bei  spielsweise von etwa dem 0,03fachen der Stromdichte,  zu haben, um den pH-Wert des Katholyten     verhältnis-          mässig    konstant beizubehalten.

   Beispielsweise sind Nor  malitätswerte von etwa 0,4 bis 1,2 für Stromdichten von  15 bis 40 Ampere/dm2 Kathodenfläche geeignet. Im all  gemeinen ist die als Anolyt verwendete Säure ziemlich  verdünnt, insbesondere, wenn eine starke Mineralsäure  verwendet wird, z. B. 0,05 bis 5 oder 10 Gew.-% Säure,  bezogen auf das Gewicht von Säure und Wasser, und  selten mehr als 20 Gew.-%, auf gleicher Basis. Zu Ver  wendung bei dem Verfahren gemäss der Erfindung ist  Schwefelsäure sehr geeignet und zweckmässig können  solche Konzentrationen von Schwefelsäure verwendet  werden und sind praktisch und brauchbar hinsichtlich  der Leitfähigkeit und der niedrigen anodischen Korro  sion sowie der pH-Wertsregelung. Andere starke Säuren,  z.

   B. solche, welche verhältnismässig hohe Ionisierungs  konstanten aufweisen, beispielsweise oberhalb 10-3 bei    <B>25'</B> C, können zweckmässig in solchen Konzentrationen       verwendet    werden.  



  Es sind zahlreiche Elektrolytsalze bereits bekannt  und geeignete Elektrolytsalze können im Sinn der Er  findung zur Verwendung im Katholyten gemäss der Er  findung ausgewählt werden. Im allgemeinen ist es er  wünscht, übermässig saure oder übermässig basische  Salze im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen  pH-Wertsüberlegungen zu vermeiden, und gewöhnlich  gelangen Salze von starken Basen, insbesondere von  starken Basen und starken Säuren     zur    Anwendung.  



  Unter den anwendbaren     Salzen    sind z. B. die     Amin-          und    quarternären Ammoniumsalze allgemein geeignet,  insbesondere solche von Sulfon- und Alkylschwefelsäu  ren. Derartige Salze können gesättigte aliphatische  Aminsalze oder heterocyclische Aminsalze, z. B. die  Mono-, Di- oder Trialkylaminsalze oder die Mono-,  Di- oder Trialkanolaminsalze, Piperidin-,     Pyrrolidin-          oder    Morpholinsalze, wie die Äthylamin-,     Dimethylamin-          oder    Triisopropylaminsalze von verschiedenen Säuren,  insbesondere verschiedenen Sulfonsäuren, sein.

   Beson  ders bevorzugt werden aliphatische und heterocyclische  quarternäre Ammoniumsalze, d. h. die Tetraalkylammo  nium- oder die Tetraalkanolammoniumsalze oder ge  mischten Alkyl-alkanolammoniumsalze, z. B. die     Alkyl-          trialkanolammonium-,    die Dialkyldialkanolammonium-,  die Alkanoltrialkylammonium- oder die     N-heterocycli-          schen-N-Alkylammoniumsalze    von Sulfonsäuren oder an  deren geeigneten Säuren.

   Die gesättigten aliphatischen  oder heterocyclischen quarternären Ammoniumkationen  besitzen im allgemeinen brauchbare oder geeignet hohe  Kathodenentladungspotentiale für die Verwendung bei  dem Verfahren gemäss der Erfindung und bilden leicht  Salze mit einer geeignet hohen Wasserlöslichkeit mit  Anionen, welche zur Verwendung in den gemäss der  Erfindung zur Anwendung gelangenden Elektrolyten  brauchbar sind.

   Die gesättigten, aliphatischen oder     he-          terocyclischen    quarternären Ammoniumsalze von der  artigen Säuren sind daher im allgemeinen gut geeignet,  hohe Mengen von olefinischen Verbindungen in ihren  wässrigen Lösungen zu lösen - d. h. sie sind hydrotrope       Salze    - und die reduktive Kupplung oder Vereinigung  derartiger olefinischer Verbindungen zu bewirken. Es  ist ersichtlich, dass es natürlich nicht     erwünscht    ist, dass  die Ammoniumgruppen irgendwelche reaktionsfähige  Gruppen, welche in gewissem Ausmass die reduktive  Kupplungsreaktion stören könnten, enthalten. In die  sem Zusammenhang ist zu bemerken, dass aromatische  Unsättigung als solche keine Störung oder Hemmung  ausübt, da z. B.

   Benzyl-substituierte Ammoniumkatio  nen (wie auch Arylsulfonatanionen) verwendet werden  können.  



  Unter den in den Elektrolyten brauchbaren Anio  nen sind die Aryl- und Alkarylsulfonsäuren insbeson  dere geeignet, z. B. die Salze der nachstehenden Säuren:  Benzolsulfonsäure, o-, m- oder p-Toluolsulfonsäure, o-,  m- oder p-Äthylbenzolsulfonsäure, o-, m- oder     p-Cu-          molsulfonsäure,    o-, m- oder     ptert.-Amylbenzolsulfon-          säure,    o-, m- oder p-Hexylbenzolsulfonsäure,     o-Xylol-          4-sulfonsäure,    p-Xylol-2-sulfonsäure, m-Xylol-4- oder  5-sulfonsäure, Mesitylen-2-sulfonsäure,     Durol-3-sul-          fonsäure,    Pentamethylbenzolsulfonsäure,

       o-Dipropyl-          benzol-4-sulfonsäure,    &alpha;- oder B-Naphthalinsulfonsäure,  o-, m- oder     p-Biphenylsulfonsäure    und     a-Methyl-ss-          naphthalinsulfonsäure.        Alkalisalze    sind mit gewissen      Einschränkungen brauchbar und die Alkalisalze von  solchen Sulfonsäuren können verwendet werden. Z. B.

    die Natrium-, Kalium-, Lithium-, Cäsium- oder     Rubi-          diümsalze,    wie Natriumbenzolsulfonat,     Kalium-p-toluol-          sulfonat,    Lithium-o-biphenylsulfonat,     Rubidium-B-          naphthalinsulfonat,    Cäsium-p-äthylbenzolsulfonat,     Na-          trium-o-xylol-3-sulfonat    oder     Kaliumpentamethylbenzol-          sulfonat.    Die Salze derartiger Sulfonsäuren können auch  aus den gesättigten aliphatischen Amin- oder     hetero-          cyclischen    Aminsalzen bestehen, z.

   B. die Mono-,     Di-          oder    Trialkylaminsalze oder die Mono-, Di- oder     Trial-          kanolaminsalze    oder die Piperidin-, Pyrrolidin- oder  Morpholinsalze, z. B. das Äthylamin-,     Dimethylamin-          oder    Triisopropylaminsalz von Benzolsulfonsäure oder  von o-, p- oder m-Toluolsulfonsäure, das     Isopropan-          olamin-,    Dibutanolamin oder Triäthynolaminsalz von  o-, p- oder m-Toluolsulfonsäure oder von o-, p- oder  m-Biphenyl-sulfonsäure, das Piperidinsalz von &alpha;

  - oder  B-Naphthalinsulfonsäure oder der Cumolsulfonsäure,  das Pyrrolidinsalz von o-, m- oder     p-Amylbenzolsul-          fonsäure,    das Morpholinsalz von Benzolsulfonsäure, o-,  m- oder p-Tuluolsulfonsäure oder von &alpha;- oder     B-Naph-          thalinsulfonsäure    od. dgl. Im allgemeinen können die  Sulfonate von irgendeinem der hier allgemein oder im  besonderen aufgeführten Ammoniumkationen bei dem  Verfahren gemäss der Erfindung zur Anwendung ge  langen. Die aliphatischen Sulfonate werden durch Um  setzung des entsprechend substitutierten Ammonium  hydroxyds mit der Sulfonsäure oder mit einem Säure  halogenid davon hergestellt.

   Beispielsweise wird durch  Umsetzung einer Sulfonsäure, wie p-Toluolsulfonsäure,  mit einem Tetraalkylammoniumhydroxyd, wie     Tetra-          äthylammoniumhydroxyd,        Tetraäthylammonium-p-tolu-          olsulfonat    erhalten, bei dessen Verwendung in dem       Verfahren    gemäss der     Erfindung    sehr gute Ergebnisse  gefunden wurden. Andere bei dem Verfahren gemäss  der Erfindung brauchbare quarternäre     Ammoniumsul-          fonate    sind z. B.

   Tetraäthylammonium-o- oder     -m-to-          luolsulfonat    oder -benzolsulfonat,     Tetraäthylammoni-          um-o-,    -m- oder -p-cumolsulfonat oder -o-, -m- oder  -p-äthylbenzolsulfonat,     Tetramethylammoniumbenzol-          sulfonat    oder -o-, -m- oder -p-toluolsulfonat,     N,N-Di-          methylpiperidinium-o-,    -m- oder -p-toluolsulfonat oder  -o-, -m- oder -p-biphenylsulfonat,     Tetrabutylammo-          nium-&alpha;-    oder -B-naphthalinsulfonat oder -o-, -m- oder  -p- toluolsulfonat, Tetrapropylammonium-o-, -m- oder  -p-amylbenzolsulfonat oder     -&alpha;

  -äthyl-B-naphthalinsulfo-          nat,    Tetraäthanolammonium-o-, -m- oder     -p-cumolsul-          fonat    oder -o-, -m- oder -p-toluolsulfonat,     Tetrabutanol-          ammoniumbenzolsulfonat    oder -p-xylol-3-sulfonat,     Te-          trapentylammonium-o-,    -m- oder -p-toluolsulfonat oder  -o-, -m- oder -p-hexylbenzolsulfonat,     Tetrapentanolam-          monium-p-cymol-3-sulfonat    oder -benzolsulfonat,     Me-          thyltriäthylammonium-o-,    -m- oder -p-toluolsulfonat  oder -mesitylen-2-sulfonat,

       Trimethyläthylammonium-          o-xylol-4-sulfonat    oder -o-, -m- oder -p-toluolsulfonat,  Triäthylpentylammomum-&alpha;- oder -B-naphthalinsulfonat  oder -o-, -m- oder -p-butylbenzolsulfonat,     Trimethyl-          äthanolammoniumbenzolsulfonat    oder -o-, -m- oder  -p-toluolsulfonat, N,N-Diäthylpiperidinium- oder     N-          Methylpyrrolidinium-o-,    -m- oder     -p-hexylbenzolsulfo-          nat    oder -o-, -m- oder -p-toluolsulfonat,     N,N-Diisopro-          pyl-    oder N,N-Dibutylmorpholinium-o-,

   -m- oder     -p-          toluolsulfonat    oder -o-, -m- oder -p-biphenylsulfonat  od. dgl.    Die Tetraalkylammoniumsalze der Aryl- oder     Alka-          rylsulfonsäuren    werden im allgemeinen zur Verwen  dung als Salzbestandteil der Elektrolyselösung bevor  zugt, da die Elektrolysenarbeitsweise in den     Tetraalkyl-          ammoniumsulfonaten    ausschliesslich elektrochemische  Verfahren sind.  



  Unter den Ammonium- und Aminsulfonaten sind  bei dem Verfahren gemäss der Erfindung als Elektro  lyte die Alkyl-, Aralkyl- und Heterocyclischen     Amin-          und    Ammoniumsulfonate brauchbar, in welchen ge  wöhnlich die einzelnen Substituenten am Stickstoff  atom nicht mehr als 10 Kohlenstoffatome enthalten  und gewöhnlich der Amin- oder Ammoniumrest 3 bis  20 Kohlenstoffatome aufweist. Es ist ersichtlich, dass  auch Di- und Polyamine und Di- und Polyammonium  reste bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der  Erfindung anwendbar sind und von der Bezeichnung   Amin  und  Ammonium  erfasst werden.

   Der     Sul-          fonatrest    kann von Aryl-, Alkyl-, Alkaryl- oder     Aral-          kylsulfonsäure    von verschiedenem Molekulargewicht,  beispielsweise bis zu 20 Kohlenstoffatomen, vorzugs  weise etwa 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, abgeleitet sein  und kann 1, 2 oder mehrere Sulfonatgruppen enthalten.  



  Verschiedene andere Kationen sind bei dem Ver  fahren gemäss der Erfindung brauchbar, z. B.     Tetra-          alkylphosphonium-    und Trialkylsulfoniumkationen, ins  besondere die aus Sulfonatsalzen, welche aus     Sulfon-          säuren    gebildet sind, wie vorstehend angegeben. In glei  cher Weise können andere Anionen aus Alkylsulfa  ten und Anionen anderer Säuren ausgewählt werden.  



  Bei der Ausführung des Verfahrens gemäss der Er  findung wird vorzugsweise eine permselektive Membran  als Zellenunterteilungsmittel, insbesondere eine Mem  bran verwendet, welche permselektiv gegenüber Teil  chen ist, welche eine positive elektrische Ladung tra  gen und daher den Durchgang von Kationen erlaubt,  während sie den Durchgang von unerwünschten Men  gen von Anionen verhindert. Ununterbrochene, nicht  poröse, permselektive kationische Membranen, welche  unlösliche Kationenaustauschharze umfassen, sind ge  eignet.  



  Bevorzugte Kationenaustauschharze für die Ver  wendung in derartigen Membranen sind solche der     Sul-          fon-    und Carbonsäurearten, von welchen viele im Han  del erhältlich sind, z. B. sulfonierte     Phenol-Aldehyd-          Harzprodukte,    sulfonierte vernetzte Polymerisate von  Styrol und Carbonsäureharze, z. B. die in den     US-          Patentschriften    2340110 und 2340111     aufgeführten          Materialien    oder irgendeines der als geeignet für solche  Membranen in der US-Reissue-Patentschrift 24865  (Juda u. a.) aufgeführten Harze.

   Beispielsweise kann  eine kationische Membran aus einem sulfonierten     Sty-          roldivinylbenzol-Polymerisat,    das von einem     Glasfaser-          oder    Gewebematerial getragen     wird,    verwendet werden.  Im allgemeinen umfassen die verwendeten     permselekti-          ven    Kationenmembranen eine feste polymere Matrix  oder Grundlage mit wenigstens einem Miniäquivalent  je     Trockengewicht    der Membran,     lösliche    ionische  Gruppen, z. B.

   Säuregruppen, wie     Carboxylatgruppen,     welche in dieser Matrix fest gebunden sind, wobei die  Membran durch eingebettetes, nicht     korrodierbares    Ma  terial verstärkt ist. Ein geeignetes     Polymerisat    der be  zeichneten Art ist das unter dem Namen      Dowex    50   in Journal of     the        American        Chemical        Society,    Band 69,  Seite 2830 (1947), beschriebene     sulfonierte    Styrol-Di-      vinylbenzol-Mischpolymerisat. Verschiedene andere Ar  ten von     Austauschmaterialien    können zur Anwendung  gelangen, z.

   B. poröse     Filme,    gegossen aus einer homo  genen Mischung aus 70 bis 90 Gew.-% Vinyl-chlorid  Acrylnitril-Mischpolymerisat und 30 bis 10 Gew.-% ei  nes wasserlöslichen     Poly-(vinylbenzyl/trialkylammo-          niumsalzes),    Membranen von sulfonierten     Vinylchlorid-          polymerisaten    und Mischpolymerisaten, Membranen auf  Polyacrylsäurebasis und Membranen von anderen     ole-          finischen    Säurepolymerisaten und andere Additions  polymerisate von Carbonsäuren,     Carbonsäureanhydri-          den,    Carbonsäureestern, Carbonsäureamiden,

       Carbon-          säurechloriden,    Carbonsäurenitrilen und anderen Ver  bindungen, welche Carboxylgruppen enthalten oder  dazu hydrolysiert werden können, Membranen von  Kondensationspolymerisaten von Methylol bildenden  sulfonierten Alkylaryläthern mit Aldehyden oder von  verschiedenen sulfonierten Phenol-Aldehyd-Harzen. Die  verwendeten Membranen können im wesentlichen ho  mogene gleichförmige Filme des Ionenaustauschmate  rials sein oder können gleichförmige innige Dispersio  nen dieses Ionenaustauschmaterials in einem Film oder  einer Matrix von z.

   B. einem Polymerisat eines Per  halogenäthylens, wie Trifluorchloräthylen oder Tetra  fluoräthylen, sein oder die Membranen können aus  Teilchen des Ionenaustauschmaterials, welche aus der  gleichen oder einer verschiedenen Harzart, oder einem  wasserunlöslichen gelartigen Material, wie Petrolatum,  amorphes Wachs, Kohlenwasserstoffgelen od. dgl. be  stehen, gebildet sein. Vorzugsweise ist die Membran im  wesentlichen nichtporös, damit sie ausreichend     perm-          selektiv    ist und keine zu rasche Bewegung von Ionen  erlaubt.

   Es ist ersichtlich, dass die Membranen     zweck-          mässig    beständig gegenüber sowohl der Anolyt- als  auch der Katholytlösung unter den Arbeitsbedingungen  ist, wobei auch gute mechanische Festigkeit für die  Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung er  forderlich ist, in welchem ein stark turbulenter Flüs  sigkeitsstrom über die Membranoberfläche auftritt.



  Method for the electrolysis of acrylonitrile for the production of adipic acid nitrile The invention relates to a method for the electrolysis of acrylonitrile for the production of adipic acid nitrile, wherein hydrodimerization occurs, which is characterized in that an electric current is in contact with a cathode be sensitive catholyte, which consists of an acrylonitrile-containing salt solution and is separated from the anolyte from an acid solution by an ion exchange membrane, and extracts adipic acid nitrile from the catholyte.



  In the drawing, an acrylonitrile electrolysis system in which the anolyte and the catholyte are kept circulating separately by the electrolysis cell shown in cross section is explained.



  The use of a compartmentalized cell in the electrolytic hydrodimerization of acrylonitrile provides certain advantages. It is u. a. he wishes to keep the acrylonitrile away from the anode where it would be subject to oxidation. Similarly, many of the most suitable salt electrolytes for the hydrodimerization of acrylonitrile, such as aromatic quaternary ammonium sulfonates, are subject to decomposition at the anode. Such salts are particularly suitable because they have very negative cathode discharge potentials and consequently hardly interfere with the hydrodimerization of acrylonitrile at the cathode, which takes place at about -1.75 to about -1.9 volts (against a saturated calomel electrode).

   However, the presence of such salts or the anodic oxidation products of these salts and of acrylonitrile in the anolyte can cause severe anode corrosion. A salt solution is used for electrolysis due to the tendency of acrylonitrile to polymerize when electrolysis occurs under acidic conditions. It is generally desirable to operate at a catholyte pH in the range of about 7 to 9.5 or 10.



  When using an acidic anolyte in the hydrodimerization of acrylonitrile, many advantages are obtained. In comparison, an aqueous solution containing a quaternary ammonium salt and acrylonitrile can have a high electrical resistance. The total resistance of the cell can therefore be reduced considerably if a mineral acid is used as the anolyte instead of a quarterly ammonium salt solution. Mineral acids, e.g. B. sulfuric acid have the added advantage that they are cheap and easily available. Phosphoric acid and other mineral acids, and organic sulfonic acids such. B.

   Benzene or toluenesulfonic acid can be used. Sulfuric acid is particularly preferred because its use reduces corrosion problems to a minimum and the oxygen generated at the anode in such an acid does not lead to any particular difficulties. During electrolysis in a compartmentalized cell, the alkalinity usually increases in the catholyte.

   Although the hydrodimerization of acrylonitrile can be carried out successfully for a period of time without precautions to counter the alkalinity, it can be seen that the formation or formation of hydroxyl ions in the catholyte would be such that they predominate or predominate of unwanted side reactions. The regulation of the alkalinity is particularly required if the electrolytic hydrodimerization is carried out in a continuous manner with continuous or interrupted addition of nitrile and removal of product, the electrolyte itself remaining in the cell or being kept in circulation to the cell.

   When using a cationic diaphragm in a compartmentalized cell and when using an acid as the anolyte, the alkalinity of the catholyte depends on the rate at which ions or molecules move through the diaphragm with respect to the rate at which hydroxyl ions are formed by electrolysis. During the electrolysis, hydrogen ions are transferred through the diaphragm in an amount which corresponds approximately to the generation of hydroxyl ions at the cathode. This is accompanied by a certain diffusion of ions and molecules through the diaphragm as a result of the differences in concentration.



  It has now been found that in the electrolysis of acrylonitrile, the regulation of the alkalinity of the catholyte can be carried out very expediently or suitably by using a mineral acid anolyte in conjunction with a cation exchange membrane which separates the anolyte from the catholyte.



  So far, various electrolytic reactions for the reduction or other changes in organic compounds have become known. In general, however, such reactions have had the disadvantage that they are small in magnitude, have a slow speed, and require careful control of many conditions.

    Very often such reactions could not be brought to a larger scale by using high current densities to achieve practical generation speeds or dimensions and therefore remained laboratory-like novelties. In contrast, the method according to the invention is very effective at current densities of above half 10 amps / dm2 cathode surface, the most suitable or expedient densities in the range of 15 to 20 to 40 or 50 amps / dm2 and above, even up to 100 or more amps / dm2 and it is also possible, please include Cells with a large effective electrode area,

   to be used with single electrodes as well as with electrodes connected in series. In engineering this method, single cells are likely to draw at least 20 to 30 amps, and most likely more than 100 amps, and cells with a draw in excess of 1000 amps are contemplated.

   For technical and economic reasons, and in order to make practical use of such high current densities without the need for excessively high cell voltages, it is essential to have a fairly low resistance in the cell, such as that obtained by using fairly high concentrations of electrolyte salt and a fairly narrow spacing or space between the electrodes, for example no more than about 1.27 cm and preferably on the order of 0.58 cm or less.

   Voltages of 5 to 20 volts for current densities of 15 to 40 amperes / dm2 are suitable and the applied voltage in this range, as with higher densities, preferably has a numerical value which is no more than half the numerical value of the current density ( in Am pere / dm2). Various power sources are useful for use in the method according to the invention and in particular direct current sources, and if necessary, various known means or methods for changing the applied potential in order to regulate the current density and the cathode potential can be used, which in example in US Pat. No. 2,835,631 (Metcalf et al.) and to which reference is made herein.

   If desired, alternating current can be superimposed on the direct current supplied to the cell.



  When carrying out the method according to the invention, the acid used as anolyte has such a normality that enough hydrogen ions migrate to the catholyte to counteract the hydroxyl ions generated at the selected current density.



  <I> Example </I> In a subdivided cell with an acid anolyte, acrylonitrile was used in a number of experiments under comparable conditions with the modification that the current density was changed and the normality of the anolyte was correspondingly adjusted to regulate the pH of the catholyte was adjusted, hydrodimerized, whereby the following results were obtained.

    
EMI0002.0039
  
    Experiment <SEP> current density <SEP> anolyte <SEP> catholyte ampere / dm2 <SEP> normality <SEP> pH value
<tb> 1 <SEP> 15 <SEP> 0.58 <SEP> 9.0
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> <B> 0.61 </B> <SEP> 8.7
<tb> 3 <SEP> 25 <SEP> 0.80 <SEP> 8.9
<tb> 4 <SEP> 30 <SEP> 0.98 <SEP> 8.7
<tb> 5 <SEP> 40 <SEP> 1.08 <SEP> 8.7 From this it can be seen that if the current density is increased, the normality of the anolyte to regulate and maintain the pH value of the catholyte the same within a selected range, e.g.

   B. from 7 to 9.5, can be increased. All experiments were carried out successfully for a number of hours, with the yields of acrylonitrile being more than 900% of product. It was not necessary to add any acid or other material to the catholyte during the attempts to control the pH.



  The above experiments were carried out with sulfuric acid as the anolyte, a cationic membrane being used as the cell divider; the particular membrane consisted of a cationic membrane made from a sulfonated stylroldivinylbenzene polymer supported on a glass fiber carrier material or a glass fiber base. The linear flow rate of the catholyte along the cathode surface was about 0.457 m / sec.



  The electrolysis operations were carried out in the system illustrated in the figure of the drawing. The electrolysis took place in an electrolytic cell 1, in which a cathode plate 2 and a diaphragm 3 form a cathode compartment with the other walls of the completely enclosed cell chamber and the said diaphragm 3 and an anode plate 4 form a separate anode compartment.

   The cathode 2 is connected to the negative terminal of a direct current source, while the anode 4 is connected to the positive supply of this current; the cathode and the anode are positioned side by side, but separated by an insulating, sealing material,

       trapped. In operation, acrylonitrile is fed by a pump 5 and the saline solution by a pump 6 to the pump 7 which circulates the catholyte and then through an opening in the cathode plate 2 through the cathode compartment and through a further opening in the cathode plate to a catholyte storage container 8 led. The catholyte storage container is equipped with devices (not shown) such as

   B. an overflow system under gravity, for the delivery of part of the catholyte, equipped, with facilities or means are present or ver available to heat the catholyte in the Vorratsbehäl ter if necessary. A pH meter 9 is inserted into a line 10 for the circulation of the catholyte and a heat exchanger 11 with a water jacket is used via the pump 7 which maintains the circuit, in order to allow the catholyte to be cooled if necessary.

    The anolyte is produced by supplying water and acid into an anolyte storage container 12, from which it passes through a heat exchanger 13 provided with a water jacket to a pump 14 circulating the anolyte, then through an opening in the anode plate 4 and through the Anode chamber or the anode space is passed with return to the anolyte reservoir 12. The anolyte storage container is equipped with a cooler 15 provided with a water jacket to allow oxygen or other gases to escape from the anolyte.

   A differential manometer 16 is connected to the cell 1 via the catholyte and anolyte inlet openings in order to enable pressure equalization on both sides of the diaphragm 3. The cathode was made of lead and the anode of platinum on titanium; other electrode materials are suitable, e.g. B. mercury or various lead alloys as a Ka method and lead or lead alloys as the anode. It can be seen that the electrodes are in direct contact, i.e. H. Solid-liquid contact with which the catholyte and the anolyte are present and are not separated therefrom by an air gap or in any other way.



  The catholyte used in the experiments consisted of a solution of tetramethylammonium toluene sulphonate in water at a concentration of 60% by weight and the acrylonitrile was supplied in an amount in order to represent 33% by weight of the catholyte. Although the ion exchange membranes used and other electrolysis conditions can be changed somewhat, it is generally desirable to have a normality value of the acid anolyte in the range from about 0.02 to 0.06 times the current density (in amperes / dm2), for example from about 0 , 03 times the current density, in order to keep the pH value of the catholyte relatively constant.

   For example, normality values of approximately 0.4 to 1.2 are suitable for current densities of 15 to 40 amperes / dm2 cathode area. In general, the acid used as the anolyte is quite dilute, especially when a strong mineral acid is used, e.g. B. 0.05 to 5 or 10 wt .-% acid, based on the weight of acid and water, and rarely more than 20 wt .-%, on an equal basis. Sulfuric acid is very suitable for use in the method according to the invention, and such concentrations of sulfuric acid can expediently be used and are practical and useful in terms of conductivity and low anodic corrosion and pH value control. Other strong acids, e.g.

   B. those which have relatively high ionization constants, for example above 10-3 at <B> 25 '</B> C, can expediently be used in such concentrations.



  Numerous electrolyte salts are already known and suitable electrolyte salts can be selected according to the invention for use in the catholyte according to the invention. In general, it is desirable to avoid overly acidic or overly basic salts in view of the pH considerations described above, and salts of strong bases, particularly strong bases and strong acids, are commonly used.



  Among the applicable salts are e.g. B. the amine and quaternary ammonium salts are generally suitable, especially those of sulfonic and Alkylschwefelsäu ren. Such salts can be saturated aliphatic amine salts or heterocyclic amine salts, eg. B. the mono-, di- or trialkylamine salts or the mono-, di- or trialkanolamine salts, piperidine, pyrrolidine or morpholine salts, such as the ethylamine, dimethylamine or triisopropylamine salts of various acids, in particular various sulfonic acids.

   Particularly preferred are aliphatic and heterocyclic quaternary ammonium salts, d. H. the tetraalkylammonium or the tetraalkanolammonium salts or mixed alkyl-alkanolammonium salts, e.g. B. the alkyl trialkanolammonium, the dialkyldialkanolammonium, the alkanoltrialkylammonium or the N-heterocyclic-N-alkylammonium salts of sulfonic acids or other suitable acids.

   The saturated aliphatic or heterocyclic quaternary ammonium cations generally have useful or suitably high cathode discharge potentials for use in the method of the invention and readily form salts of suitably high water solubility with anions which are useful in the electrolytes used in accordance with the invention .

   The saturated, aliphatic or heterocyclic quaternary ammonium salts of these types of acids are therefore generally well suited to dissolving large amounts of olefinic compounds in their aqueous solutions - i. H. they are hydrotropic salts - and bring about the reductive coupling or union of such olefinic compounds. It will be appreciated that it is of course undesirable for the ammonium groups to contain any reactive groups which to some extent might interfere with the reductive coupling reaction. In this context it should be noted that aromatic unsaturation as such does not cause any disturbance or inhibition, since z. B.

   Benzyl substituted ammonium cation (as well as aryl sulfonate anions) can be used.



  Among the usable anions in the electrolytes, the aryl and alkarylsulfonic acids are particularly suitable, e.g. B. the salts of the following acids: benzenesulfonic acid, o-, m- or p-toluenesulfonic acid, o-, m- or p-ethylbenzenesulfonic acid, o-, m- or p-cu- molsulfonic acid, o-, m- or ptert. -Amylbenzenesulfonic acid, o-, m- or p-hexylbenzenesulfonic acid, o-xylene-4-sulfonic acid, p-xylene-2-sulfonic acid, m-xylene-4- or 5-sulfonic acid, mesitylene-2-sulfonic acid, durol 3-sulphonic acid, pentamethylbenzenesulphonic acid,

       o-Dipropyl-benzene-4-sulfonic acid, α- or B-naphthalenesulfonic acid, o-, m- or p-biphenylsulfonic acid and α-methyl-s-naphthalenesulfonic acid. Alkali salts are useful with certain restrictions, and the alkali salts of such sulfonic acids can be used. E.g.

    the sodium, potassium, lithium, cesium or rubidium salts, such as sodium benzene sulfonate, potassium p-toluene sulfonate, lithium o-biphenyl sulfonate, rubidium B-naphthalene sulfonate, cesium p-ethylbenzenesulfonate, sodium o-xylene-3-sulfonate or potassium pentamethylbenzenesulfonate. The salts of such sulfonic acids can also consist of the saturated aliphatic amine or heterocyclic amine salts, eg.

   B. the mono-, di- or trialkylamine salts or the mono-, di- or trialkanolamine salts or the piperidine, pyrrolidine or morpholine salts, eg. B. the ethylamine, dimethylamine or triisopropylamine salt of benzenesulfonic acid or of o-, p- or m-toluenesulfonic acid, the isopropanolamine, dibutanolamine or triethynolamine salt of o-, p- or m-toluenesulfonic acid or of o-, p- or m-biphenyl-sulfonic acid, the piperidine salt of?

  - or B-naphthalenesulphonic acid or cumene sulphonic acid, the pyrrolidine salt of o-, m- or p-amylbenzenesulphonic acid, the morpholine salt of benzenesulphonic acid, o-, m- or p-tuluenesulphonic acid or of α- or B-naphthalenesulphonic acid or the like In general, the sulfonates of any of the ammonium cations listed here generally or in particular can be used in the process according to the invention. The aliphatic sulfonates are produced by reacting the correspondingly substituted ammonium hydroxide with the sulfonic acid or with an acid halide thereof.

   For example, by reacting a sulfonic acid such as p-toluenesulfonic acid with a tetraalkylammonium hydroxide such as tetraethylammonium hydroxide or tetraethylammonium p-toluenesulfonate, very good results have been found when used in the process according to the invention. Other quaternary ammonium sulfonates which can be used in the process according to the invention are z. B.

   Tetraethylammonium-o- or -m-toluenesulfonate or -benzenesulfonate, tetraethylammonium-o-, -m- or -p-cumene-sulfonate or -o-, -m- or -p-ethylbenzenesulfonate, tetramethylammoniumbenzenesulfonate or -o -, -m- or -p-toluenesulfonate, N, N-dimethylpiperidinium-o-, -m- or -p-toluenesulfonate or -o-, -m- or -p-biphenylsulfonate, tetrabutylammonium-? - or -B-naphthalenesulfonate or -o-, -m- or -p-toluenesulfonate, tetrapropylammonium-o-, -m- or -p-amylbenzenesulfonate or -α;

  -ethyl-B-naphthalenesulfonate, tetraethanolammonium-o-, -m- or -p-cumolsulfonat or -o-, -m- or -p-toluenesulfonate, tetrabutanol- ammoniumbenzenesulfonat or -p-xylene-3-sulfonate , Tetrapentylammonium-o-, -m- or -p-toluenesulfonate or -o-, -m- or -p-hexylbenzenesulfonate, tetrapentanolammonium-p-cymene-3-sulfonate or -benzenesulfonate, methyltriethylammonium-o -, -m- or -p-toluenesulfonate or -mesitylene-2-sulfonate,

       Trimethylethylammonium o-xylene-4-sulfonate or -o-, -m- or -p-toluenesulfonate, triethylpentylammonium-α- or -B-naphthalene sulfonate or -o-, -m- or -p-butylbenzenesulfonate, trimethyl-ethanolammoniumbenzenesulfonate or -o-, -m- or -p-toluenesulfonate, N, N-diethylpiperidinium or N-methylpyrrolidinium-o-, -m- or -p-hexylbenzenesulfonate or -o-, -m- or -p- toluenesulfonate, N, N-diisopropyl- or N, N-dibutylmorpholinium-o-,

   -m- or -p- toluenesulfonate or -o-, -m- or -p-biphenylsulfonate or the like. The tetraalkylammonium salts of aryl or alkali sulfonic acids are generally used as a salt constituent of the electrolysis solution before given, since the electrolysis mode of operation in the tetraalkylammonium sulfonates are exclusively electrochemical processes.



  Among the ammonium and amine sulfonates, the alkyl, aralkyl and heterocyclic amine and ammonium sulfonates are useful as electrolytes in the process according to the invention, in which the individual substituents on the nitrogen atom usually contain no more than 10 carbon atoms and usually the amine - or ammonium radical has 3 to 20 carbon atoms. It can be seen that di- and polyamines and di- and polyammonium residues can also be used when carrying out the method according to the invention and are covered by the designation amine and ammonium.

   The sulfonate radical can be derived from aryl, alkyl, alkaryl or aralkylsulfonic acid of various molecular weights, for example up to 20 carbon atoms, preferably about 6 to 20 carbon atoms, and can contain 1, 2 or more sulfonate groups.



  Various other cations are useful in the process of the invention, e.g. B. tetraalkylphosphonium and trialkylsulfonium cations, in particular those from sulfonate salts, which are formed from sulfonic acids, as indicated above. In the same way, other anions can be selected from alkyl sulfates and anions of other acids.



  In carrying out the method according to the invention, a permselective membrane is preferably used as the cell subdivision means, in particular a membrane which is permselective to particles which carry a positive electrical charge and therefore allows the passage of cations while they allow the passage of prevents unwanted amounts of anions. Continuous, non-porous, permselective cationic membranes comprising insoluble cation exchange resins are suitable.



  Preferred cation exchange resins for use in such membranes are those of the sulfonic and carboxylic acid types, many of which are commercially available, e.g. B. sulfonated phenol-aldehyde resin products, sulfonated crosslinked polymers of styrene and carboxylic acid resins, eg. The materials listed in U.S. Patents 2,340,110 and 2,340,111, or any of the resins listed as suitable for such membranes in U.S. Reissue Patent No. 24865 (Juda et al.).

   For example, a cationic membrane made from a sulfonated styrene divinylbenzene polymer supported by a glass fiber or fabric material can be used. In general, the permselective cation membranes used comprise a solid polymeric matrix or base with at least one mini equivalent per dry weight of the membrane, soluble ionic groups, e.g. B.

   Acid groups, such as carboxylate groups, which are firmly bound in this matrix, the membrane being reinforced by embedded, non-corrodible material. A suitable polymer of the type indicated is the sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer described under the name Dowex 50 in Journal of the American Chemical Society, Volume 69, page 2830 (1947). Various other types of replacement materials can be used, e.g.

   B. porous films, cast from a homogeneous mixture of 70 to 90 wt .-% vinyl chloride acrylonitrile copolymer and 30 to 10 wt .-% egg nes water-soluble poly (vinylbenzyl / trialkylammonium salt), membranes of sulfonated vinyl chloride - polymers and copolymers, membranes based on polyacrylic acid and membranes from other olefinic acid polymers and other addition polymers of carboxylic acids, carboxylic anhydrides, carboxylic acid esters, carboxylic acid amides,

       Carboxylic acid chlorides, carboxylic acid nitriles and other compounds which contain carboxyl groups or can be hydrolyzed to them, membranes of condensation polymers of sulfonated alkylaryl ethers which form methylol with aldehydes or of various sulfonated phenol-aldehyde resins. The membranes used can be substantially homogeneous uniform films of the ion exchange material or can be uniform intimate dispersions of this ion exchange material in a film or matrix of e.g.

   B. a polymer of a Per halogenethylene, such as trifluorochloroethylene or tetra fluoroethylene, or the membranes can be made of particles of the ion exchange material, which are made of the same or a different type of resin, or a water-insoluble gel-like material such as petrolatum, amorphous wax, hydrocarbon gels or the like. stand, be educated. Preferably, the membrane is essentially non-porous so that it is sufficiently permselective and does not allow ions to move too quickly.

   It can be seen that the membrane is expediently resistant to both the anolyte and the catholyte solution under the working conditions, with good mechanical strength also being required for carrying out the method according to the invention, in which a highly turbulent liquid flow over the membrane surface occurs.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Elektrolyse von Acrylnitril für die Herstellung von Adipinsäurenitril, dadurch gekenn zeichnet, dass man elektrischen Strom durch einen in Berührung mit einer Kathode befindlichen Katholyten leitet, welcher aus einer Acrylnitril enthaltenden Salz lösung besteht und durch eine Ionenaustauschmembran von dem Anolyten aus einer Säurelösung getrennt ist, und aus dem Katholyten Adipinsäurenitril gewinnt. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Säurelösung von geeigne ter Stärke zur Gegensteuerung der in dem Katholyten während der Elektrolyse entwickelten Alkalinität ver wendet. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man als Anolyten eine wässrige Lö sung einer anorganischen Säure verwendet. 3. PATENT CLAIM A process for the electrolysis of acrylonitrile for the production of adipic acid nitrile, characterized in that an electric current is passed through a catholyte in contact with a cathode, which consists of an acrylonitrile-containing salt solution and is separated from the anolyte from an acid solution by an ion exchange membrane and adiponitrile is obtained from the catholyte. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that an acid solution of suitable strength is used to counteract the alkalinity developed in the catholyte during the electrolysis. 2. The method according to claim, characterized in that an aqueous solution of an inorganic acid is used as anolyte. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass man die Normalität des verwende ten Säureanolyts ins Gleichgewicht mit der Stromdichte bringt, um eine ausreichende Wasserstoffionenbewe gung durch die Ionenaustauschmembran zur Gegen steuerung der an der Kathode erzeugten Hydroxylio- nen zu erzeugen. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Normalität der Säure im Be reich von 0,4 bis 1,2 und die Stromdichte im Bereich von 15 bis 40 Ampere je dm' liegen. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man einen Anolyten einer solchen Acidität verwendet, dass der pH-Wert des Katholyen im Bereich von 7 bis 9,5 aufrechterhalten wird. 6. Method according to dependent claim 2, characterized in that the normality of the acid anolyte used is brought into equilibrium with the current density in order to generate sufficient hydrogen ion movement through the ion exchange membrane to counteract the hydroxyl ions generated at the cathode. 4. The method according to dependent claim 2, characterized in that the normality of the acid in the range from 0.4 to 1.2 and the current density in the range of 15 to 40 amperes per dm '. 5. The method according to claim, characterized in that one uses an anolyte of such an acidity that the pH of the catholyene is maintained in the range from 7 to 9.5. 6th Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Anolyt eine solche Acidität auf weist, dass der pH-Wert des Katholyten 9,5 nicht über steigt und das Kathodenpotential im Bereich von -1,75 bis -1,9 Volt liegt. 7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Anolyt aus einer wässrigen Lö sung einer anorganischen Säure besteht, welcher durch eine permselektive kationische Membran von dem Ka- tholyten getrennt ist, und die Elektrolyse auf kontinuier liche Basis durchgeführt wird, indem man während der Elektrolyse Acrylnitril dem Katholyten zusetzt und Adipinsäurenitril aus dem Katholyten entfernt, Method according to patent claim, characterized in that the anolyte has such an acidity that the pH value of the catholyte does not exceed 9.5 and the cathode potential is in the range from -1.75 to -1.9 volts. 7. The method according to claim, characterized in that the anolyte consists of an aqueous solution of an inorganic acid, which is separated by a permselective cationic membrane from the catholyte, and the electrolysis is carried out on a continuous basis by during the electrolysis adds acrylonitrile to the catholyte and removes adiponitrile from the catholyte, ohne dass Materialien dem Katholyten zur Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration zugesetzt werden müs sen. B. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Anolyt aus einer wässrigen Schwefelsäurelösung besteht. 9. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass das Salz ein hydrotropes quaternä- res Ammoniumsalz ist. 10. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Säure aus Schwefelsäure besteht. 11. without materials having to be added to the catholyte to adjust the hydrogen ion concentration. B. The method according to dependent claim 7, characterized in that the anolyte consists of an aqueous sulfuric acid solution. 9. The method according to dependent claim 8, characterized in that the salt is a hydrotropic quaternary ammonium salt. 10. The method according to claim, characterized in that the acid consists of sulfuric acid. 11. Verfahren nach Patentanspruch oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeich net, dass ein wässriger Katholyt verwendet wird. Method according to claim or one of the preceding dependent claims, characterized in that an aqueous catholyte is used.
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