DE1088044B - Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus Benzoldi- und -monocarbonsaeuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus Benzoldi- und -monocarbonsaeuren

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DE1088044B
DE1088044B DEB52897A DEB0052897A DE1088044B DE 1088044 B DE1088044 B DE 1088044B DE B52897 A DEB52897 A DE B52897A DE B0052897 A DEB0052897 A DE B0052897A DE 1088044 B DE1088044 B DE 1088044B
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DEB52897A
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Dr Walter Speer
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
    • C07C51/265Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus Benzoldi-und -monocarbonsäuren Carbocyclisch-aromatische Dicarbonsäuren, insbesondere Terephthalsäure, haben als Zwischen-Produkte zur Herstellung von Kunststoffen und synthetischen Fasern immer mehr an Bedeutung gewonnen. Zu ihrer Herstellung sind bereits ver schiedene Verfahren bekannt. Erwähnt sei beispielsweise die Oxydation von p-Dialkylbenzolen mit reinem Sauerstoff oder sauerstoflienthaltenden Gasen, gegebenenfalls unter Verwendung von Oxydationskatalysatoren. Die Durchführung der Oxydation macht jedoch insofern Schwierigkeiten, als die Oxydation bei einem vom Ausgangsdiall<ylbenzol abhängigen, unvollständigen Umsatz im wesentlichen auf der Stufe der Monoalkylbenzolcarbonsäuren und anderen Oxydationszwischenstufen stehenbleibt und auch durch Verschärfung der Oxydatiorsbedingungen nicht mehr merklich weitergeführt werden kann. So führt bekanntlich die Oxydation von p-Xylol praktisch nur bis zur p-Toluylsäure. Um zu der entsprechenden Dicarbonsäure zu gelangen, muß man die Toluylsäure erst in ihre mit Sauerstoff leichter zu oxydierenden Derivate, wie die Ester, überführen und den beispielsweise nach der Oxydation erhaltenen Terephthalsäureester wieder spalten.
  • Es ist auch bereits versucht worden, Terephthalsäureester direkt herzustellen, indem man die Oxydation unter Veresterungsbedingungen durchführte.
  • So wird in der deutschen Auslegeschrift 1 048 571 ein Verfahren zur Herstellung von Benzoldicarbonsäureestern beschrieben, das darin besteht, daß man Dialkylbenzole mit Sauerstoff oder sauerstoffenthaltenden Gasen unter Druck und bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Katalysatoren oxydiert und die hierbei entstehenden Benzolcarbonsäuren durch Zugabe von geringen Alkoholmengen gleichzeitig verestert. Nach den Angaben in der Auslegeschrift sollen dabei unter geringen Mengen solche von 10 bis 1000 g je Stunde, vorteilhaft 50 bis 250 g je Stunde, Alkohol je kg des Reaktionsgemisches verstanden werden. Oxydiert man in dieser bekannten Weise beispielsweise 1000 g p-Xylol bei 160in C und 10 atDruck in Gegenwart von 2 O/o eines Katalysators, wie Cobaltstearat, mit Luft 24 Stunden, wobei man der stündlich zugeführten Luftmenge von 100 N-Literje Stunde 5G g Methanol beimischt, so erhält man, wie die Auslegeschrift zeigt, ein Oxydationsgemisch, das aus nicht oxydiertem p-Xylol, 100/o Dimethylterephthalat, 100/o Toluylsäure, 60°/e Methyltoluat und geringen Mengen an Terephthalsäure und Monomethylterephthalat besteht. Auch dieses bekannte Verfahren führt im wesentlichen nur zu Oxydationszwischenprodukten, während Produkte der Oxydationsstufe der Dicarbonsäuren in nur relativ kleinen Mengen erhalten wurden.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Gemische aus Benzoldi- und -monocarbonsäuren durch Oxydation von Dialkylbenzolen mit Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen in flüssiger Phase unter erhöhtem Druck bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Alkanolen und gegebenenfalls von Katalysatoren in wesentlich höheren Ausbeuten als bisher erhält, wenn man die Oxydation -bei Drücken von etwa 12 bis 25 ata durchführt und in die Oxydationszone stündlich bis zu 1 Gewichtspozent, vorteilhaft etwa 0,3 bis (),81)/o, eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methanol, bezogen auf die im Reaktionsraum befindliche zu oxydierende Kohlenwasserstoffmenge bzw. die vorhandene Menge an Oxydationsgemisch, einbringt.
  • Als Ausgangsstoffe eignen sich vor allem Dialkylbenzole, deren Alkylgruppen 1 bis 3 Kohlenstoffatome enthalten. Besonders geeignet ist vor allem Xylol.
  • Auch Methyläthylbenzol, Diäthylbenzol und Diisopropylbenzol sind geeignet. Auch Gemische von dialkylsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffen untereinander und bzw. oder mit anderen Kohlen wasserstoffen, z. B. Benzol, Toluol und Athylbenzol, können verwendet werden. Besonders erwähnt seien als Ausgangsstoffe auch Gemische wie sie im Rohxylol vorliegen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der überraschenden Feststellung, daß Alkanole, insbesondere Methanol, in äußerst kleinen Mengen von stündlich weniger als 1 Gewichtsprozent in die Reaktionszone eingebracht, die Druckoxydation bei Anwendung von Drücken von 12 ata und mehr in der Weise stark fördern, daß sie schon bei relativ kurzen Reaktionszeiten wesentlich über die Oxydationszwischenstufen hinausgeht und weitgehend beide Dialkylgruppen bis zur Carboxylgruppe oxydiert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Alkanole in Mengen von etwa 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent je Stunde, bezogen auf die in der Oxydationszone befindliche Kohlenwasserstoffmenge bzw. das anoxydierte Gemisch gleichmäßig über den Zeitraum verteilt, zuzugeben. Das Alkanol kann dampfförmig, z. B. zusammen mit dem Luftstrom oder von diesem getrennt, in die Reaktionszone eingebracht werden. Man kann jedoch auch den Alkohol in flüssiger Form zuführen, z. B. durch Einspritzdüsen.
  • Die Oxydation erfolgt bei Drücken von etwa 12 bis 15 ata, insbesondere bei etwa 12 bis 20 ata, unter den sonst für das Arbeiten in der flüssigen Phase üblichen Bedingungen. Man arbeitet vorteilhaft bei Temperaturen zwischen etwa 120 und 2000 C, vorzugsweise zwischen 150 und 1800 C.
  • Katalysatoren können zweckmäßig bei der Oxydation mitvenvendet werden. Als solche eignen sich beispielsweise die bekannten Oxydationskatalysatoren, wie die Salze von Metallen, die in mehreren Wertigkeitsstufen aufzutreten vermögen, z. B. von Kobalt, Mangan, Cer und Kupfer, und organischen Säuren, wie Ölsäure, Stearinsäure, Athylhexansäure, Buttersäure und Essigsäure.
  • Die Durchführung des Verfahrens erfolgt beispielsweise in der Weise, daß man in ein Druckgefäß den zu oxydierenden Kohlenwasserstoff, z. B. p-Xylol, einbringt und gegebenenfalls den Katalysator darin löst oder suspendiert. Durch das auf mindestens etwa 1000 C erhitzte und unter einem Druck von etwa 12 ata oder mehr gebrachte Gemisch wird dann Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas oder reiner Sauerstoff in einer Menge von etwa 100 bis 200 N-Liter je Stunde je kg Kohlenwasserstoff geleitet, während man gleichzeitig das Alkanol in einer stündlichen Menge, beispielsweise etwa 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent, bezogen auf die Kohlenwasserstoffmenge, gleichzeitig und gleichmäßig über die Zeitverteilt, in das flüssige Gemisch selbst oder den darüber befindlichen Raum einspritzt. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, mit der Alkanolzugabe erst dann zu beginnen, wenn die Oxydation eingesetzt hat, d. h. wenn bereits eine gute Sauerstoffabsorption stattfindet, was sich an dem Sauerstoffgehalt der Abgase leicht feststellen läßt.
  • Der Druck in dem Gefäß läßt sich durch ein Reduzierventil leicht einstellen. Aus den Methanol, Oxydationswasser und Ausgangskohlenwasserstoff enthaltenden Abgasen wird der Kohlenwasserstoff durch Kondensation getrennt, bevor man die Abgase entweichen läßt. Den Kohlenwasserstoff führt man in das Druckgefäß zurück. Wenn keine Sauerstoffaufnahme mehr erfolgt, ist die Oxydation beendet.
  • Das Oxydationsgemisch enthält dann im allgemeinen nur noch wenig unumgesetzten Kohlenwasserstoff.
  • Aus dem Gemisch können die aromatischen Dicarbon säuren in reiner Form nach bekannten Methoden leicht gewonnen werden, z. B. lassen sich durch Extraktion mit einem Extraktionsmittel, wie heißem Alkanol, insbesondere Methanol, die ihnen beigemischten Oxydationsnebenprodukte leicht abtrennen.
  • Aus der heißen Extraktionslösung scheiden sich durch fraktionierte Kristallisation geringe Mengen Halb-und Diester der Dicarbonsäure ab, bei weiterem Abkühlen bzw. durch Abdampfen des Extraktionsmittels die in kleinen Mengen erhaltenen Oxydationsprodukte, in denen ein oder beide Substituenten nur zum Teil, d h. bis zur Alkohol- oder Carbonylstufe, oxydiert wurde. Gewünschtenfalls kann die Aufarbeitung des Oxydationsgemisches auch nach Veresterung des gesamten Gemisches, z. B. mit Methanol, über die Ester erfolgen, z. B. durch Destillation des Veresterungsgemisches. Diese Aufarbeitung ist besonders dann vorzuziehen, wenn die Dicarbonsäuren nicht in freier Form, sondern als Ester weiterverarbeitet werden sollen. Die bei der Aufarbeitung anfallenden Nebenoxydationsprodukte können einem neuen Oxydationsansatz gegebenenfalls zugesetzt werden.
  • Es ist bereits vorgeschlagen, zur Herstellung von Gemischen aus Benzoldi- und -monocarbonsäuren dialkylierte Benzole mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur und atmosphärischem Druck in Gegenwart von niederen aliphatischen Alkoholen und gegebenenfalls von Katalysatoren zu oxydieren. Von diesem älteren Vorschlag unterscheidet sich die erfindungsgemäß e Arbeitsweise wesentlich dadurch, daß unter erhöhtem Druck gearbeitet wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die mitverwendete Alkoholmenge kleiner ist als beim älteren Vorschlag.
  • Das Verfahren läßt sich auch leicht kontinuierlich gestalten. Es wird durch die Beispiele näher erläutert: Beispiel 1 In ein Druckgefäß von 15 1 Fassungsvermögen, welches mit einem schnellaufenden Rührer, einem mit Reduzierventil ausgestatteten Gaseinführrohr, einem Kühler und einem daran anschließenden Wasserabscheider sowie einer Gasabführleitung versehen ist, werden 6 kg 980/obiges p-Xylol und 50 g Kobaltäthylhexanat eingefüllt. Nach dem Erhitzen des Gefäßes auf 1600 C werden unter einem Druck von 15 ata 1000 1 Luft - als Restgas entspannt, hinter dem Kühler gemessen - fein verteilt durch das Gemisch geleitet. Der Lufteintritt in das Reaktionsgefäß erfolgt durch eine Düse, die sich unterhalb des Rührers befindet. Sobald die Sauerstoffaufnahme begonnen hat, werden stündlich 45 g Methanol in das Oxydationsgemisch eingepumpt. Das im Wasserabscheider sich von der wäßrigen Phase abtrennende Xylol fließt über einen Überlauf laufend in das Druckgefäß zurück.
  • Nach rund 36 Stunden ist die Sauerstoffaufnahme beendet. Das heiße Reaktionsgemisch wird in einen mit Rückflußkühler versehenen Abscheider entspannt.
  • Nach dem Erkalten erhält man 7200 g einer festen hellgrünen Masse. Diese besteht auf Grund einer chemischen Analyse, kombiniert mit einer papierchromatischen Analyse aus 56 °/o Terephthalsäure, 7 °/o Terephthalsäuredimethylester, 501o Terephthalsäuremonomethylester, 3 3°/o Terephthalaldehydsäure, 20% p-Toluylsãure, 84/o p-Toluylsäuremethylester und etwa 1 0/o p-Xylol.
  • Im Wasserabscheider befinden sich über der wäß rigen Schicht bis zum Überlauf 200 g Xylol. Das Oxydationsgemisch wird mit heißem Methanol behandelt und dann abgesaugt. Man erhält eine Terephthalsäure mit einer Säurezahl von 673. Insgesamt werden etwa 4850 g Terephthalsäure und etwa 2000 g Toluylsäure gebildet, von denen bei der Terephthalsäure direkt in freier Form 4040 g und in Form des Mono- und Diesters 865 g, bei der Toluylsäure 1440 g in freier Form und 575 g als Methylester anfallen.
  • Beispiel 2 In das im Beispiel 1 beschriebene Druckgefäß werden 6 kg 980/obiges p-Xylol und 30 g Kobaltäthylhexanat eingefüllt. Nach dem Erhitzen auf 1700 C werden unter einem Druck von 15 ata 7501 Luft - als Restgas entspannt gemessen - in den Reaktionsraum geleitet. Sobald die Sauerstoffaufnahme begonnen hat, werden stündlich 30 g Methanol gleichmäßig in die Flüssigkeit eingepumpt. Nach etwa 36 Stunden ist die Sauerstoffaufnahme beendet. Das Oxydationsgemisch wird abgelassen und entspannt. Es hat eine Esterzahl von 64. Nach der Druckveresterung des Gemisches mit Methanol werden 6200 g Terephthalsäuredimethylester und 2400 g p-Toluylsäuremethylester neben 300 g zurüchgewonnenem p-Xylol erhalten. Dies entspricht einer Gesamtausbeute an Benzoldi- und -monocarbonsäuren von etwa 90 °/o der Theorie, wovon auf die Terephthalsäure etwa 60°/o und auf p-Toluylsäure etwa 30°/o entfallen.
  • Führt man dagegen die Oxydation unter den gleichen Bedingungen in der gleichen Weise durch, mit dem einzigen Unterschied, daß statt 30 g Methanol stündlich 300 g eingepumpt werden und 120 g Kobaltätlylhexanat als Katalysator eingesetzt werden, so erhält man ein Oxydationsgemisch mit einer Esterzahl von 263. Nach der Druckveresterung mit Methanol werden aus dem Veresterungsgemisch nur 3160 g Terephthalsäuredimethylester und 3860 g Toluylsäuremethylester erhalten. Daneben werden 790 g p-Xylol zurückgewonnen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus Benzoldi- und -monocarbonsäuren durch Oxydation von Dialkylbenzolen mit Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen in flüssiger Phase unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in Gegenwart von Alkanolen und gegebenenfalls von Schwermetallkatalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man dem bei etwa 12 bis 25 ata gehaltenen Oxydationsgemisch stündlich bis zu 1 Gewichtsprozent, vorteilhaft etwa 0,3 bis 0,80/0, eines einwertigen aliphatischen Alkohols mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, bezogen auf die zu oxydierende Kohlenwasserstoffmenge bzw. die vorhandene Menge an Oxydationsgemisch, zusetzt.
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