Vynález sa týká spósobu katalyzovanejoxidácie cyklohexánu v kvapalnej fáze nacyklohexanol a cyklohexanon.The present invention relates to a process for the catalyzed oxidation of cyclohexane in the liquid phase of nacyclohexanol and cyclohexanone.
Cyklohexanon ako medziprodukt výrobykaprolaktámu sa vo vefkokapacitných prie'myselných procesoch připravuje buď z fe-nolu, alebo cyklohexánu. V procesoch vy-chádzajúcich z cyklohexánu sa oxiduje cy-klohexán v kvapalnej fáze so vzduchom ale-bo kyslíkom pri teplotách vyšších ako 130 °Ca tlakoch minimálně tak vysokých ako jetlak pár cyklohexánu pri príslušnej teplote.Reakcia sa uskutečňuje v nepřítomnosti roz-púšťadla. Ako hlavný medziprodukt oxidá-cie vzniká cyklohexánhydroperoxid, ktorýsa tepelne alebo v přítomnosti kovovýchkatalyzátoroch rozkládá na cyklohexanol acyklohexanon. Tým, že oxidácia prebiehapri vyšších teplotách, 150 až 160 °C, dížkakinetického reťazca je krátká a tak značnémnožstvo cyklohexanolu a cyklohexanonuvzniká aj termináciou cyklohexylperoxy ra-dikálov. Na rýchlosť a směr rozkladu cyklo-hexánhydroperoxidu majú velký vplyv kys-líkaté reakčné produkty, hlavně cyklohexa-non a karboxylové kyseliny. Karboxylové ky-seliny urýchlujú radikálový rozklad hydro-peroxidov. Závažný vplyv na kinetilku roz-kladu peroxidov majú soli a komplexy pře-chodných kovov, ktoré podstatné zvyšujúrýchlosti rozkladu. To vedie k značnémuzníženiu maximálnej koncentrácie hydro-peroxidov v procese oxidácie cyklohexánu.Okrem cyklohexanolu a cyklohexanonu sapri rozklade cyklohexánhydroperoxidu tvo-ria aj iné zlúčeniny, například kyselina adi-pová, kaprónová, valerová a pod. Hoci me-chanizmus rozkladu cyklohexánhydropero-xidu je komplikovaný a závisí od reakčnýchpodmienok i od konštrukčného materiálureaktora, sú cyklohexanol a cyklohexanonhlavnými produktami. Avšak tieto látky saďalej velmi 1'ahko oxidujú a preto pri oxi-dácii cyklohexánu v priemyselných pod-mienkach sa obmedzuje konverzia na 4 až10 %. Pri kontinuálnej oxidácii sa používákaskádové zapojenie reaktorov, čím sa po-tláčajú následné reakcie. Oxidácia cyklohe-xanolu molekulovým kyslíkom prebieha pod-statné rýchlejšie ako oxidácia cyklohexánu,pričom sa napadá C—Ή vazba v geminálnejpolohe k -OH skupině. Z kinetických úda-jov vyplývá, že je obtiažne viesť oxidáciucyklohexánu len po stupeň oxidačně žiada-ných medziproduktov cyklohexanolu a cy-klohexanonu, ktoré sú v praxi žiadané cie-l'ové produkty oxidácie. Získat vyššie výtaž-ky týchto· produktov pri vyššej selektivitěpřipadne aj konverzii je možné dosiahnuťpoužitím vhodných katalyzátorov, připadnekyseliny boritej alebo jej esterov. V paten-tovej a časopiseelkej literatuře je popísanépoužitie rozličných katalyzátorov a kataly-tických sústav, ktoré sú aktivně a selektiv-ně pre oxidáciu cyklohexánu. Tak používá-me katalyzátorov obsahujúcich nikel, mo-lybdén, chróm, vanad popisujú Jap. patent 57 169 438, ZSSR patenty 1 005 888 a 929 213,ďalej sa popisuje používáme komplexov ko-baltu s fosfínovými ligandami (Eur. pat.appl. 63 931 j; v ZSSR patente č. 978 912 sapopisuje používáme cyklohexanonoxim hyd-rochloridu, v US patente 4 341 907 kataly-zátory Co(BuCHetCO2)2 v kombinácli s py-ridínom alebo 4-kyanopyridínom, připadnespracovanie oxidačnej zmesi s CoSOi a NaOH(Eur. pat. appl. 92 867). Katalyzátormi saovplyvňuje jednak rozklad cyklohexánhyd-roperoxidu a v přítomnosti zlúčenín bórusa tiež konvertuje vytvořený cyklohexanolna trícyklohexylborát, čím sa zabraňuje ďal-šej oxidácii alkoholu. Napriek nízkej kon-verzii cyklohexánu, udržiavaniu optimálnychpodmienok reakcie, selektivita oxidácie nieje uspokojivá, pričom v procese vzniká oko-lo 15 až 23 % vedlejších produktov.Cyclohexanone as an intermediate in the production of caprolactam is prepared in either bulk or cyclohexane in bulk industrial processes. In cyclohexane processes, cyclohexane is oxidized in the liquid phase with air or oxygen at temperatures above 130 ° C and pressures at least as high as the cyclohexane vapor pressure at the appropriate temperature. The reaction is carried out in the absence of solvent. As the main oxidation intermediate, cyclohexane hydroperoxide is formed, which decomposes into cyclohexanol and cyclohexanone in the presence of metal catalysts. In that the oxidation takes place at higher temperatures, from 150 to 160 [deg.] C., the short-chain sequence is short, and so is the amount of cyclohexanol and cyclohexanone formed by the termination of the cyclohexyl peroxy radicals. The rate and direction of decomposition of the cyclohexane hydroperoxide are greatly influenced by the oxygenated reaction products, especially cyclohexanone and carboxylic acids. The carboxylic acids accelerate the radical decomposition of the hydro-peroxides. The major influence on the kinetics of peroxide resolution has salts and complexes of transition metals which significantly increase the rate of decomposition. This leads to a considerable reduction in the maximum concentration of hydro-peroxides in the cyclohexane oxidation process. In addition to cyclohexanol and cyclohexanone, for the decomposition of cyclohexane hydroperoxide, they also form other compounds, e.g. Although the mechanism of decomposition of cyclohexanhydroperoxide is complicated and depends on both the reaction conditions and the structural material of the reactor, they are cyclohexanol and cyclohexanone major products. However, these substances are still very easily oxidized and therefore, when oxidizing cyclohexane in industrial conditions, the conversion is limited to 4 to 10%. In continuous oxidation, the cascade coupling of the reactors is used, thereby suppressing subsequent reactions. Oxidation of cyclohexanol with molecular oxygen proceeds substantially faster than cyclohexane oxidation, whereby the C-bond in the geminal position of the -OH group is attacked. Kinetic data suggest that it is difficult to conduct cyclohexane oxidation only to the degree of oxidation-desirable intermediates of cyclohexanol and cyclohexanone, which are in practice desirable oxidation target products. Obtaining higher yields of these products at higher selectivity or conversion can be achieved by using suitable catalysts, optionally boronic acid or esters thereof. The use of various catalysts and catalytic systems, which are actively and selectively for the oxidation of cyclohexane, is described in the patent and literature literature. Thus, we use catalysts containing nickel, molybdenum, chromium and vanadium to describe Jap. U.S. Pat. No. 5,771,438, U.S. Pat. Nos. 1,005,888 and 929,213, further disclose the use of co-complexes with phosphine ligands (Eur. Pat. No. 63,931; U.S. Pat. in U.S. Pat. No. 4,341,907, Co (BuCHetCO2) 2 catalysts combined with pyridine or 4-cyanopyridine, or treatment of an oxidation mixture with CoSO4 and NaOH (Eur. Pat. Appl. 92 867). and, in the presence of boron compounds, also converts the formed cyclohexanol tricyclohexylborate to prevent further oxidation of the alcohol.
Uvedené nedostatky možno odstrániť spó-sobom výroby cyklohexanolu a cyklohexa-nonu oxidáciou cyklohexánu v kvapalnej fá-ze molekulovým ikyslíkom pri teplote 140až 170 "C a takom, aby sa zachovala kvapal-ná fáza za přítomnosti katalyzátora, ktorý-mi sú soli kobaltu alebo kobaltu a chrómu,ktorého podstatou je, že do reakčného sy-stému sa přidá kokatalyzátor obsahujúci lí-tium vo formě katiónu Li1', pričom mólovýpoměr kovov Li: Co je 1 : 25 až 0,3. Reakciasa uskutečňuje v nepřítomnosti rozpúšťad-la, a to buď diskontinuálne alebo kontinuál-ně. Kedže najvyššie selektivity tvorby žia-daných produktov cyklohexanolu a cyklo-hexanóuu sa dosahujú pri nízkých konver-ziách cyklohexánu, menej ako· 10 °/o, výhod-nejšie je viesť proces kontinuálně v reakto-roch zapojených v kaskádě. Dóležité je za-bezpečit intenzívny styk reagujúcej plynneja kvapalnej fázy. Zdrojom molekulovéhokyslíka je najčastejšie vzduch, neobsahujú-ci látiky pósobiace ako inhibitory radikálo-vých reakch, například zlúčeniny síry, fos-foru, niektoré dusíkaté látky a pod. Kovovékatalyzátory sa do reaktora dávkujú vo for-mě rozpustnej v reakčnom prostředí. Najčas-tejšie sú to soli alifatických a naftenovýchkyselin alebo acetylacetonáty. Koncentráciakobaltového katalyzátora sa volí podlá re-akčných podmienok, avšak obvykle býváveTmi nízká, okolo 2 až 5 ppm Co. Účinkomlítnych solí sa ovplyvňuje katalytická akti-vita kobaltového· katalyzátora ako aj kata-lyzátorov, připravených zo zmesi kobalto-vých a chrómových solí. Jednak sa znižujekoncentrácia peroxidických zlúčenín a tiežsa zvyšuje poměr množstva vznikajúcehocyklohexanonu k cyklohexanolu. Pri urči-tých molových pomeroch katalyzátora a lít-neho kokatalyzátora sa pri nezmenenej kon-verzii cyklohexánu a rýchlosti spotřeby kys-líka potláča aj tvorba plynných produktova vznik vedlajších kvapalných produktov.Výhody používania lítnych kokatalyzátorovpre oxidáciu cyklohexánu na cyklohexanola cyklohexanon vidieť z nasledujúcich prí-kladov.The above drawbacks can be avoided by the production of cyclohexanol and cyclohexanone by oxidation of cyclohexane in a liquid phase with a molecular oxygen at 140-170 ° C and such that a liquid phase is maintained in the presence of a cobalt or cobalt salt and a chromium-based addition of a lithium-containing cocatalyst in the form of a cation of Li 1 ', wherein the molar ratio of Li: Co is 1: 25 to 0.3 is added to the reaction system. Since either the highest selectivities of the formation of the desired products of cyclohexanol and cyclohexanone are achieved at low cyclohexane conversions, less than 10%, it is more preferable to conduct the process continuously in the reactors involved. It is important to ensure intensive contact of the reacting gaseous liquid phase. substances acting as inhibitors of radical reactions, for example sulfur compounds, phosphorus compounds, some nitrogenous compounds and the like. The metal catalysts are fed into the reactor in a reaction medium soluble form. Most commonly, these are salts of aliphatic and naphthenic acids or acetylacetonates. The concentration of the cobalt catalyst is selected according to the reaction conditions, but is usually low, about 2 to 5 ppm. The inactivating salts are influenced by the catalytic activity of the cobalt catalyst as well as by catalysts prepared from a mixture of cobalt and chromium salts. First, the concentration of peroxide compounds is reduced and the ratio of cyclohexanone formed to cyclohexanol is increased. With certain molar ratios of catalyst and lithium cocatalyst, the formation of secondary liquid products is also suppressed with unchanged cyclohexane and oxygen consumption rates. .