DE1097428B

DE1097428B - Process for the production of toluic acids

Info

Publication number: DE1097428B
Application number: DER12018A
Authority: DE
Inventors: Chester M Himel
Original assignee: Richfield Oil Corp
Current assignee: Richfield Oil Corp
Priority date: 1952-07-01
Filing date: 1953-06-30
Publication date: 1961-01-19

Description

Verfahren zur Herstellung von Toluylsäuren Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Toluylsäuren aus Xylolen.Process for the preparation of toluic acids The invention relates to an improved process for the preparation of toluic acids from xylenes.

Es ist schon vorgeschlagen worden, Toluylsäuren durch Oxydation von Xylolen in flüssiger Phase mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft,oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und unter Verwendung eines Katalysators, wie z. B. eines Kobalt-, Mangan- oder Cersalzes, herzustellen. Gemäß diesem Verfahren wird das Xylol im Gemisch mit einem Lösungsmittel oxydiert, das gegen Oxydation inert ist und das fähig ist, den Katalysator und das Xylol zu lösen, z. B. Tetrachlorkohlenstoff, Benzol oder organische Carbonsäuren einschließlich Essigsäure oder Buttersäure. Die Verwendung eines Lösungsmittels bei der Durchführung der Umsetzung ist unerwünscht, da die Lösungsmittel kostspielig sind, die Rückgewinnung der Lösungsmittel ein schwieriges Problem darstellt und da sie nicht wirklich inert sind. Durch Nichtanwendung eines Lösungsmittels vermeidet man zwar unerwünschte Kosten für deren Beschaffung und Rückgewinnung, jedoch wurde festgestellt, daß die Nicht anwendung eines Lösungsmittels insofern ein weiteres Problem aufwirft, als die Reaktionsbedingungen des erwähnten Verfahrens drastisch geändert werden müssen, damit nicht eine überschüssige Menge an Phthalsäuren bei der Oxydation anfällt. So wird in der britischen Patentschrift 666 709 zwar die Oxydation von p-Xylol zu p-Toluylsäure beschrieben. It has already been proposed to produce toluic acids by oxidation of Xylenes in the liquid phase with an oxygen-containing gas, such as air, or with oxygen enriched air and using a catalyst such. B. a cobalt, Manganese or cerium salts. According to this procedure, the xylene becomes in the mixture oxidized with a solvent which is inert to oxidation and which is capable of to dissolve the catalyst and xylene, e.g. B. carbon tetrachloride, benzene or organic carboxylic acids including acetic acid or butyric acid. The usage a solvent when carrying out the reaction is undesirable because the Solvents are expensive, and solvent recovery is difficult Problem and because they are not really inert. By not using a Solvent one avoids undesirable costs for their procurement and Recovery, however, has been found to be non-solvent poses another problem in that the reaction conditions of the foregoing Procedure must be changed drastically so as not to use an excess amount of phthalic acids is obtained during oxidation. So is the British patent 666 709 describes the oxidation of p-xylene to p-toluic acid.

Jedoch sind die dort angewandten Oxydationsbedingun gen andere als die der Erfindung und führen dazu, daß neben Toluylsäure auch Phthalsäuren gebildet werden.However, the Oxydationsbedingun used there are different than those of the invention and lead to the formation of phthalic acids in addition to toluic acid will.

In der niederländischen Patentschrift 63 987 wird die Herstellung von Toluylsäuren aus Benzol enthaltenden Xylolen unter Anwendung eines Kobalt- oder Mangansalzes als Katalysator bei erhöhten Temperaturen und Drücken beschrieben. Die in dieser Patentschrift beschriebene Umsetzung führt zur Umwandlung von 700/, oder mehr Xylolen, wobei als Nebenprodukte Dicarbonsäuren, wie beispielsweise Phthalsäuren, gebildet werden. In the Dutch patent 63 987 the production of toluic acids from xylenes containing benzene using a cobalt or Manganese salt is described as a catalyst at elevated temperatures and pressures. The conversion described in this patent specification leads to the conversion of 700 /, or more xylenes, with dicarboxylic acids, such as phthalic acids, are formed.

Auch in dieser Patentschrift werden die erfindungsgemäß anzuwendenden Bedingungen weder beschrieben noch nahegelegt.Also in this patent are those to be used according to the invention Conditions neither described nor suggested.

In der deutschen Patentschrift 767 366 wird die Herstellung von p-Toluylsäure aus p-Xylol sowie die Herstellung von Gemischen von Toluylsäuren aus Gemischen isomerer Xylole beschrieben. Die dem Verfahren gemäß dieser Patentschrift verwendeten Ausgangsmaterialien enthalten offensichtlich nicht wie die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Äthylbenzol. Die Patentschrift enthält ferner keine Angaben über die Bildung von verunreinigenden Phthalsäuren, deren Nicht auftreten ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist. Es werden daher auch keinerlei Angaben darüber gemacht, wie die Bildung solcher Verunreinigungen vermieden werden kann. In the German patent specification 767 366 the production of p-toluic acid from p-xylene and the production of mixtures of toluic acids from mixtures of isomers Xylenes described. The starting materials used in the process of this patent obviously not included like those used according to the present invention Ethylbenzene. The patent also contains no information on the formation of contaminating phthalic acids, the absence of which is an essential characteristic of the invention. Therefore, no information is given about how the Formation of such impurities can be avoided.

Es wurde nun ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Toluylsäuren mit großer Geschwindigkeit und in guter Ausbeute durch Oxydation von Xylolen gefunden, wobei ein Minimum an Phthalsäure erzeugt wird, ohne daß ein Lösungsmittel verwendet wird. Erfindungsgemäß wird das xylolhaltige Material, das im wesentlichen aus Xylolen sowie bis zu 16 Gewichtsprozent Äthylbenzol, bezogen auf das Gewicht von Xylolen und Äthylbenzol, und bis zu etwa 30 Gewichtsprozent Paraffinen und Naphthenen, bezogen auf das Gewicht der Xylole, Äthylbenzole, Paraffine und Naphthene, besteht, bei einer Temperatur von 1500 C und einem Druck von 13,25 atü so lange oxydiert, bis 34,8 bis 47,7 OIo der ursprünglich in dem Reaktionsgemisch anwesenden aromatischen Verbindungen in sauerstoffhaltige Verbindungen umgewandelt sind. There has now been an improved method for making toluic acids found at great speed and in good yield by oxidation of xylenes, with a minimum of phthalic acid produced without the use of a solvent will. According to the invention, the xylene-containing material, which consists essentially of xylenes and up to 16 percent by weight of ethylbenzene, based on the weight of xylenes and ethylbenzene, and up to about 30 weight percent paraffins and naphthenes on the weight of the xylenes, ethylbenzenes, paraffins and naphthenes a temperature of 1500 C and a pressure of 13.25 atü so long oxidized until 34.8 to 47.7% of the aromatic initially present in the reaction mixture Compounds are converted into oxygenated compounds.

Um die Bedeutung der Einhaltung dieser Reaktionsbedingungen zur Erzielung einer stark selektiven Umsetzung aufzuzeigen, soll im folgenden ein Beispiel aufgeführt werden, das die Oxydation bei Bedingungen innerhalb und außerhalb der obigen Bereiche betrifft. To achieve the importance of compliance with these reaction conditions To show a highly selective implementation, the following is an example that the oxidation under conditions inside and outside the above ranges regards.

Beispiel Bei der Durchführung dieser Versuche wurde das folgende Verfahren angewandt: Die Umsetzungen erfolgten unter Rühren in einem Autoklav von 3,8 1 Fassungsvermögen aus rostfreiem Stahl, der mit Rückflußkühler und Rückdruckregulator zur Drucküberwachung ausgestattet war. Am Boden des Reaktionsgefäßes wurde neben dem Rührer Luft zugeleitet. Die Xylole und der Katalysator wurden in den Autoklav gegeben, Druck und Temperatur eingestellt und dann Luft mit einer Geschwindigkeit von 0,77 m3 (gemessen bei Atmosphärendruck) durchgeleitet. Für das im Ansatz 12 der folgenden Tabelle angewendete Verfahren wurden 1750 g Paraxylol und 4,5 g Kobaltotoluat als Katalysator in den Autoklav gegeben, die Temperatur der Beschickung wurde auf 1650 C erhöht und 2 Stunden und 50 Minuten bei einem Druck von 12,2 atü Luft eingeleitet. Nach dieser Zeit waren etwa 1,8 m3 Luft, gemessen bei Normaltemperatur und -druckbedingungen, zugeleitet worden, wobei 74,7 01o der Beschickung umgewandelt worden waren. Während der Umsetzung variierte die Temperatur zwischen 165 und 1700 C. Dann wurde der Autoklav auf Zimmertemperatur gekühlt, geöffnet und das Reaktionsprodukt auf seinen Gehalt an Xylol, neutralen Oxydationsprodukten, Toluylsäuren, Phthalsäuren und Estern analysiert. Die in der Tabelle angegebenen prozentualen Mengen an Estern und Phthalsäuren sind in Kilogramm je 100 kg gebildete Toluylsäuren angegeben. Die Ausbeute in Gewichtsprozent für die rohen Toluylsäuren wurde durch Division des Gewichtes der isolierten Oxydationsprodukte durch das Gewicht des nicht zurückgewonnenen Xylols bestimmt. Example In carrying out these experiments, the following was found Method used: The reactions were carried out with stirring in an autoclave from 3.8 1 capacity made of stainless steel, the one with reflux condenser and back pressure regulator was equipped for pressure monitoring. On the ground of the reaction vessel air was fed in next to the stirrer. The xylenes and the catalyst were in put the autoclave, adjusted the pressure and temperature, and then air at one rate of 0.77 m3 (measured at atmospheric pressure). For the approach 12 Procedures used in the following table were 1,750 grams of paraxylene and 4.5 grams of cobalt toluate added to the autoclave as a catalyst, the temperature of the charge was raised to 1650 C and introduced 2 hours and 50 minutes at a pressure of 12.2 atmospheric air. After this time there was about 1.8 m3 of air, measured at normal temperature and pressure conditions, was fed with 74.7 01o of the feed converted. While During the reaction, the temperature varied between 165 and 1700 C. Then the autoclave cooled to room temperature, opened and the reaction product to its content analyzed on xylene, neutral oxidation products, toluic acids, phthalic acids and esters. The percentages of esters and phthalic acids given in the table are stated in kilograms per 100 kg of toluic acids formed. The yield in percent by weight for the crude toluic acids, by dividing the weight of the oxidation products isolated determined by the weight of xylene not recovered.

Luftoxydation von Xylolen o/ Ausbeuten An- Um- Druck Tempe- rohe Analyse der rohen satz wand- ratur Toluyl- Toluylsäuren lung säuren lo Phthal- at °C !s 01, slo Ester säure 1 26,8 1 150 93 27,8 0,4 2 32,8 6,25 150 103 11,5 2,7 3 34,8 13,25 150 99 6,0 3,3 4 40,3 3,1 150 105 21,7 2,9 5 41,7 6,25 150 107 12,4 4,4 6 47,7 1 150 93 31,8 2,0 7 47,7 13,25 150 109,5 0,0 4,5 8 52,5 3,1- 150 115 12,0 5,8 9 58,5 6,25 150 108 14,5 6,9 10 68,2 13,25 150 119 0,0 10,5 11 72,0 3,1 150 119 1,41 14,0 12 74,7 13,25 - 167 114 2,0 11,2 Bei den Ansätzen 3 und 7 betrug die maximale Menge an gebildeter Phthalsäure nur 4,5 0J0, und die Menge an gebildeten Estern betrug .6 bzw. 001,. Bei Anwendung des gleichen Druckes (13,25 at), jedoch bei Umwand- lungen von mehr als 500/o (Ansätze 10 und 12), d. h. bei Bedingungen, wie sie gemäß der niederländischen Patentschrift 63 987 zur Anwendung kommen, wurde zwar nur eine minimale Menge an Estern gebildet, jedoch war die Menge an gebildeter Phthalsäure mehr als zweimal so groß wie die in den Ansätzen 3 und 7 bei einer Umwandlung von weniger als 5001, gebildete.Air oxidation of xylenes o / yields At- Um- Pressure Temperature- Raw Analysis of the raw Set wall temperature of toluic toluic acids acids lo phthalic at ° C! s 01, slo ester acid 1 26.8 1 150 93 27.8 0.4 2 32.8 6.25 150 103 11.5 2.7 3 34.8 13.25 150 99 6.0 3.3 4 40.3 3.1 150 105 21.7 2.9 5 41.7 6.25 150 107 12.4 4.4 6 47.7 1 150 93 31.8 2.0 7 47.7 13.25 150 109.5 0.0 4.5 8 52.5 3.1- 150 115 12.0 5.8 9 58.5 6.25 150 108 14.5 6.9 10 68.2 13.25 150 119 0.0 10.5 11 72.0 3.1 150 119 1.41 14.0 12 74.7 13.25 - 167 114 2.0 11.2 In batches 3 and 7, the maximum amount of phthalic acid formed was only 4.5%, and the amount of esters formed was .6 and 001, respectively. When applying the same pressure (13.25 at), but with conversions of more than 500 / o (batches 10 and 12), ie under conditions such as those used in accordance with Dutch patent specification 63,987, only one minimal amount of esters formed, but the amount of phthalic acid formed was more than twice that formed in runs 3 and 7 with a conversion of less than 500 liters.

Für die Ansätze 2 und 5 der Tabelle wurde ein Druck von nur 5,25 at angewandt, während die übrigen Bedingungen in den beanspruchten Bereich fielen. Es wurde nur wenig Phthalsäure gebildet, jedoch war die Menge an gebildeten Estern zweimal so groß wie bei Anwendung der beanspruchten Bedingungen. For batches 2 and 5 of the table, a pressure of only 5.25 at was applied while the remaining conditions fell within the claimed range. Little phthalic acid was formed, but the amount of esters formed was low twice as large as when applying the claimed conditions.

Bei einer Überprüfung der in dieser Tabelle zusammengestellten Werte ergibt sich eindeutig die Überlegenheit des beanspruchten Verfahrens, d. h., es ergibt sich, daß die beanspruchten Reaktionsbedingungen eingehalten werden müssen, wenn eine optimale Selektivität der Umsetzung erzielt werden - soll. When checking the values compiled in this table clearly shows the superiority of the claimed method, i. h., it it follows that the claimed reaction conditions must be complied with, if an optimal selectivity of the implementation - should be achieved.

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Toluylsäuren durch Oxydation eines xylolhaltigen Kohlenwasserstoffgemisches in flüssiger Phase mit einem sauerstoffreichen Gas in Anwesenheit eines in dem Reaktionsgemisch löslichen Kobalt-, Mangan- oder Cersalzes als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man ein im wesentlichen aus Xylolen sowie bis zu 16 Gewichtsprozent Äthylbenzol und bis zu etwa 30 Gewichtsprozent Paraffinen und Naphthenen, jeweils bezogen auf das Gewicht des Gemisches bestehendes Gemisch bei einer Temperatur von 150= C und einem Druck von 13,25 atü bis zu einem Umwandlungsgrad der ursprünglich in - dem Reaktionsgemisch anwesenden aromatischen Verbindungen in sauerstoffhaltige Verbindungen von 34,8 bis 47,7 /o oxydiert. PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of toluic acids by Oxidation of a xylene-containing hydrocarbon mixture in the liquid phase with an oxygen-rich gas in the presence of one soluble in the reaction mixture Cobalt, manganese or cerium salt as a catalyst, characterized in that one one consisting essentially of xylenes and up to 16 percent by weight ethylbenzene and up to about 30 percent by weight paraffins and naphthenes, each based on the Weight of the mixture existing mixture at a temperature of 150 = C and one Pressure of 13.25 atmospheres up to a degree of conversion that was originally in the reaction mixture present aromatic compounds into oxygenated compounds of 34.8 up to 47.7 / o oxidized.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that one is a xylene-containing material, which is about 8 to 16 percent by weight ethylbenzene and about LQ up to about 30 percent by weight paraffins and naphthenes, each based on weight of the mixture contains, used.

3. The method according to claim 1, characterized in that one is a xylene-containing material consisting essentially of xylenes and from about 8 to about 16 percent by weight of ethylbenzene, based on the weight of the mixture, used.

Documents considered: German Patent No. 767366; Dutch Patent No. 63987; British Patent No. 666,709.