CH633267A5 - Verfahren zur herstellung von 3-methylpyridin. - Google Patents
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Description
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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von 3-Methylpyridin durch katalytische Umsetzung von Acrolein und Propionaldehyd mit Ammoniak in der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator hochdisperses Aluminiumsilikat verwendet, das 3 bis 30 Gew.% Aluminiumoxid enthält, eine BET-Oberfläche von 200 bis 800 m2/g, ein Porenvolumen von 0,4 bis 1,0 cm3/g und einen Porendurchmesser von 20 bis lOOx 10~8 cm aufweist und dass der Katalysator im Wirbelbett eingesetzt wird und Acrolein und Propionaldehyd getrennt vom Ammoniak in das Wirbelbett eingespeist werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Methylpyridin durch katalytische Umsetzung von Acrolein und Propionaldehyd mit Ammoniak in der Gasphase.
Es ist bekannt, dass bei der Umsetzung von Acrolein mit Ammoniak in der Gasphase in Gegenwart von Katalysatoren 3-Methylpyridin entsteht. Als Katalysatoren dienen insbesondere bei Temperaturen von 550 bis 1200°C mit Sauerstoff vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, F und O, die zusätzlich mindestens ein Element der zweiten, dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems (DE-OS 2' 151 ' 417) oder mindestens zwei Elemente der zweiten, vierten, fünften oder sechsten Gruppe des Periodensystems (DE-OS 2'224' 160) oder mindestens ein Element der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems (DE-OS 2'239'801) enthalten. Es ist auch bekannt, bei Ausführung der Umsetzung im Wirbelbett das Acrolein getrennt vom Ammoniak in die Wirbelschicht einzuspeisen (DE-OS 2'449'340). Nachteilig ist bei diesen Verfahren, dass neben 3-Methylpyridin in erheblichem Umfang Pyridin entsteht und die Ausbeute an 3-Methylpyridin unter 50% liegt.
Es ist ausserdem bekannt, zur Herstellung von 3-Methylpyridin Gemische von Acrolein und Propionaldehyd mit Ammoniak umzusetzen. Als Katalysatoren werden Aluminiumoxid, Siliciumoxid oder Siliciumoxid in Mischung mit 5 bis 50% Aluminiumoxid, gegebenenfalls mit Zusätzen von Oxiden weiterer Elemente, verwendet (FR-PS 1273 826). Bei diesem Verfahren beträgt die Ausbeute an 3-Methylpyridin im besten Fall 53%.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das eine erheblich höhere Ausbeute an 3-Methylpyridin ergibt, als die bekannten Verfahren.
Gegenstand der Erfindung ist das im Patentanspruch definierte Verfahren.
Die erfindungsgemäss anzuwendenden Aluminiumsilikate haben vorzugsweise einen Aluminiumoxid-Gehalt von 5 bis 20 und insbesondere von 10 bis 15 Gewichtsprozent. Sie weisen vorzugsweise eine BET-Oberfläche von 300 bis 600 m2/g, ein Porenvolumen von 0,6 bis 0,8 cm3/g und einen Porendurchmesser von 40 bis 80 x 10~8 cm auf.
Die Aluminiumsilikate können in bekannter Weise, zum Beispiel durch Behandeln einer wässrigen Natriumsilikat-Lösung mit Schwefelsäure und Vermischen des erzeugten Kieselsäuregels mit Aluminiumsulfat und Ammoniak, Abscheiden und Befreien des gebildeten Aluminiumsilikats von Fremdionen, sowie Trocknen und Tempern, hergestellt werden (Paul H. Emmett, Catalysis, Volume VII, Reinhold Publishing Corporation, insbesondere Seite 5 bis 9).
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens. werden Acrolein, Propionaldehyd und Ammoniak gasförmig eingesetzt. Die Mengenverhältnisse können weitgehend beliebig gewählt werden. Im allgemeinen ist es jedoch zweckmässig, je Mol Acrolein 0,1 bis 1,0 Mol, vorzugsweise 0,2 bis
0,8 Mol, insbesondere 0,4 bis 0,6 Mol, Propionaldehyd anzuwenden. Ausserdem ist es im allgemeinen zweckmässig, je Mol Aldehyd (Acrolein und Propionaldehyd) mindestens etwa 1 Mol Ammoniak einzusetzen. Vorteilhaft ist es, je Mol s Aldehyd etwa 1,0 bis 3,0 Mol, insbesondere 1,3 bis 2,5 Mol, Ammoniak zu nehmen. Zweckmässigerweise wird zusätzlich ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, zugeführt, und zwar werden mit Vorteil je Mol Aldehyd 0,5 bis 3,0 Mol, insbesondere 1,0 bis 2,5 Mol, des Inertgases angewendet.
j« Der Katalysator wird im Wirbelbett, im allgemeinen in einer Korngrösse von 0,1 bis 3,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 2,0 mm, angewendet. Für die vom Ammoniak getrennte Einspeisung der Aldehyde in den Reaktionsraum wird mit Vorteil eine Arbeitsweise gemäss der DE-OS 2'449'340 ls gewählt, jedoch mit dem Unterschied, dass statt Acrolein jeweils eine Mischung von Acrolein und Propionaldehyd eingesetzt wird.
Die Umsetzung erfolgt zweckmässig bei Temperaturen zwischen 300 und 500°C, insbesondere zwischen 380 und 20 480°C. Der Druck kann weitgehend beliebig gewählt werden, jedoch empfiehlt es sich, damit einfache Apparate verwendet werden können, bei Normaldruck oder nur mässig erniedrigtem oder erhöhtem Druck bis zu etwa 3 bar zu arbeiten. Ein geringer Unterdruck oder Überdruck ergibt sich gegebe-25 nenfalls dadurch, dass die Gase durch die Anlage gesaugt oder gedrückt werden.
Beispiel 1
Es wurde ein Wirbelschichtreaktor verwendet. Dieser bestand aus einem Rohr von 70 mm Weite, das unten einen freien Raum von 200 mm Höhe hatte, darüber in Abständen von je 50 mm mit 40 Drahtnetzen von 5 mm Maschenweite versehen war und oben einen freien Raum von 600 mm Höhe und bis zu 160 mm Weite hatte.
In den Reaktor wurde gasförmig in gleichmässigem Strom stündlich von unten ein Gasgemisch von 1875 Normalliter Stickstoff und 2690 Normalliter Ammoniak und von der Seite in die Wirbelschicht, und zwar 130 mm über dem Boden des Reaktors, ein Gasgemisch von 2244 g Acrolein, 1162 g 40 Propionaldehyd und 260 Normalliter Stickstoff eingeleitet.
Der Reaktor enthielt 2,0 kg Katalysator. Der Katalysator bestand aus Aluminiumsilikat mit 13 Gew.% Ah03-Gehalt, hatte eine BET-Oberfläche von 500 mVg, ein Porenvolumen von 0,75 cmVg, einen Porendurchmesser von 60x 10-8 cm 4s und eine Korngrösse von 0,4 bis 1,0 mm.
Die Temperatur im Reaktor wurde auf440°C gehalten. Das Umsetzungsgemisch, das aus dem Reaktor austrat, war frei von Acrolein und Propionaldehyd. Es wurde mit einer Temperatur von 250°C in einen Gaswäscher geleitet, in dem so mittels Wasser das gebildete 3-Methylpyridin und Pyridin ausgewaschen wurde. Das verbliebene Restgas aus Ammoniak und Stickstoff wurde nach Zugabe von stündlich 940 Normalliter Ammoniak im Kreislauf in den Reaktor zurückgeführt.
55 Der Umsatz an Acrolein und Propionaldehyd war 100%. Es wurden stündlich 1693 g 3-Methylpyridin, entsprechend einer Ausbeute von 60,6%, bezogen auf eingesetzte Aldehyde, gewonnen. Daneben fielen 147 g Pyridin, entsprechend einer Ausbeute von 6,2%, an. Je kg Katalysator und Stunde betrug 60 die Ausbeute an 3-Methylpyridin 846 g.
Beispiel 2
Es wurde wie nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wurden stündlich 2690 g Acrolein und 700 g Propionaldehyd einge-65 speist. Die Ausbeute an 3-Methylpyridin betrug 1643 g, entsprechend 58,8%, die Ausbeute an Pyridin 240 g, entsprechend 10,1%. Je kg Katalysator und Stunde betrug die Ausbeute an 3-Methylpyridin 822 g.
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Beispiel 3
Es wurde wie nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wurden stündlich 1685 g Acrolein und 1160 g Propionaldehyd eingespeist, und die Umsetzung wurde bei 460°C ausgeführt. Die
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Ausbeute an 3-Methylpyridin betrug 1679 g, entsprechend 60,1%, die Ausbeute an Pyridin 171 g, entsprechend 7,2%. Je kg Katalysator und Stunde betrug die Ausbeute an 3-Methylpyridin 840 g.
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