DE1445974C - Process for the preparation of pyridine - Google Patents
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Description
Die Erfindung· betrifft ein gezieltes Verfahren zur Herstellung von Pyridin durch Umsetzung von Formaldehyd, Acetaldehyd und. Ammoniak bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines· Katalysators, wobei die Bildung anderer Pyridinbasen, wie 2-, 3- und 4-Picolin, als Nebenprodukte verringert wird.The invention relates to a specific process for the production of pyridine by converting formaldehyde, Acetaldehyde and. Ammonia at elevated temperature in the presence of a catalyst, wherein the formation of other pyridine bases, such as 2-, 3- and 4-picoline, as by-products is reduced.
Es sind bereits verschiedene katalytische Verfahren zur chemischen Synthese von Pyridinbasen bekannt. So können Pyridin und 3-PicoIin durch katalytische Umsetzung von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak iηjderv Dampfphase bei erhöhter Tempera- ■ tür hergestellt ^werden. Es ist aber noch keinbefriecligendes Verfahren ζμΓ selektiven Gewinnung von Pyridin mit hoher Ausbeute unter Herabsetzung der Bildung von Picolihen als Nebenprodukte bekannt oder vorgeschlagen worden.Various catalytic processes for the chemical synthesis of pyridine bases are already known. So pyridine and 3-PicoIin can by catalytic reaction of formaldehyde, acetaldehyde and ammonia iηjder v ^ vapor phase at elevated temperature ■ door manufactured. However, no satisfactory process μΓ selective production of pyridine with high yield while reducing the formation of picolihenes as by-products has been known or proposed.
Aus der britischen' Patentschrift 790 994 ist bekannt, daß Pyridin und 3-Picolin durch Umsetzung von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak über einem Kieselsäure-Aluminiumoxyd-kataIysator"(15°/o Al2O;,), der ein Oxyd eines 3- oder 4wertigen Metalls enthält, in der Dampfphase in einem Temperaturbereich von 400 bis 500"C hergestellt werden können. In der britischen Patentschrift 816 973 wird ebenfalls beschrieben, daß Pyridin und 3-Picolin durch Um-Setzung von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak in Gegenwart von Methanol und eines Katalysators, wie er bei der Erzeugung von 2- und 4-Picolin aus Acetylen und Ammoniak gebräuchlich ist, hergestellt werden können. Bei dieser Umsetzung soll der Anteil an einzusetzendem Acetaldehyd nicht mehr als 2 Mol pro Mol Formaldehyd betragen. Die Ausbeute an Pyridin ist aber bei allen diesen bekannten Ver- : fahren wegen der Bildung des Nebenproduktes 3-Picolin nicht befriedigend. 'From the British patent 790 994 it is known that pyridine and 3-picoline are produced by reaction of formaldehyde, acetaldehyde and ammonia over a silica-aluminum oxide catalyst "(15% Al 2 O ;,), which is an oxide of a 3- or tetravalent metal, can be produced in the vapor phase in a temperature range of 400 to 500 "C. British Patent 816 973 also describes that pyridine and 3-picoline are produced by the conversion of formaldehyde, acetaldehyde and ammonia in the presence of methanol and a catalyst, as is used in the production of 2- and 4-picoline from acetylene and ammonia is common, can be produced. In this reaction, the proportion of acetaldehyde to be used should not be more than 2 moles per mole of formaldehyde. The pyridine yield is unsatisfactory in all of these known processes because of the formation of the by-product 3-picoline. '
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt demgegenüber ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Pyridin dar, wobei die Bildung anderer Pyridinbasen, wie 2-Picolin, 3-Picolin und 4-Picolin, als Nebenprodukte verringert wird.In contrast, the process according to the invention represents an improved process for the production of Pyridine, with the formation of other pyridine bases, such as 2-picoline, 3-picoline and 4-picoline, as by-products is decreased.
Das erfindungsgemäße Verfahren.besteht darin, daß das gasförmige Reaktionsgemisch 2 bis 5 Mol Acetaldehyd je Mol Formaldehyd enthält und die Umsetzung in einem, Temperaturbereich von 400 bis 55O'C stattfindet.?. ' v ! : . ,".;'' Γ. .-'..,.'The inventive method consists in that the gaseous reaction mixture contains 2 to 5 moles of acetaldehyde per mole of formaldehyde and the reaction takes place in a temperature range of 400 to 550 ° C. ' v ! : . , ".;'' Γ. .- '..,.'
Bei der Durchführung des erfiridungsgemäßen Ver- ' fahrens kann jeder Katalysator und jede Reaktionsbedingung Anwendung finden, die bei der Erzeugung von Pyridinbasen durch katalytische Reaktion rn der' Dampfphase unter Verwendung von Aldehyden und Ammoniak als Ausgangsstoffe üblich sind, wobei aber das genaue Molverhältnis von Acetaldehyd zu Formaldehyd eingehalten werden muß, welches das wichtigste Merkmal der Erfindung bildet. < , : >r . r When carrying out the process according to the invention, any catalyst and any reaction condition can be used which are customary in the production of pyridine bases by catalytic reaction in the vapor phase using aldehydes and ammonia as starting materials, although the exact molar ratio of acetaldehyde is used Formaldehyde must be complied with, which is the most important feature of the invention. <,:> r. r
Es kann also ein gasförmiges Gemisch von Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak kontinuierlich in ein Reaktionsgefäß eingeleitet werden, das mit einem Katalysator gefüllt ist und bei erhöhter Temperatur gehalten wird.A gaseous mixture of formaldehyde, Acetaldehyde and ammonia are continuously introduced into a reaction vessel which is equipped with a The catalyst is filled and kept at an elevated temperature.
Verschiedene Katalysatortypen wie Festbett-, Fließbett- und Wirbelbettkatalysatoren können in dem Reaktionsgefäß verwendet werden. Wie oben schon erwähnt, läßt sich jeder für diese Reaktion gebräuchliche Katalysator benutzen. Als Beispiele seien Kieselerde, Tonerde, Kieselerde-Tonerde und Kieselerde-Magnesia genannt, wobei Kieselerde-Tonerde am geeignetsten ist. Der Cjehalt an Tonerde in dem Kieselcrde-Tonerde-Katalysator ist innerhalb eines grolien Bereichs variabel iwenn:;auch ein Gehalt .von 5 bis 25 GewichtsprozentrTpnerde besonders günstig ist. Es ist ferner günstig^einen geeigneten Co-Katälysator mit dem oben angeführten Hauptkatalysator zu kombinieren. Als Co-Katalysator eignen sich die Metalle der IL, III., IV. und VIII. Gruppe des Periodischen Systems sowie die Oxyde dieser Metalle. In der Praxis wird mindestens eines der Metalle Zn, Cd, Th, Co und deren Oxyde als Co-Katalysator verwendet. Die Menge des Co-Katalysators kann 0,1 bis 15 Gewichtsprozent,, bezogen auf das Gesamtgewicht des KatalysatörsY betragen. ■'- '■:.'■ Various types of catalysts such as fixed bed, fluidized bed and fluidized bed catalysts can be used in the reaction vessel. As already mentioned above, any conventional catalyst can be used for this reaction. Examples are silica, alumina, silica-alumina and silica-magnesia, with silica-alumina being the most suitable. The C jehalt of alumina in the alumina catalyst is Kieselcrde-IIf variable within a range grolien:; also a content .of GewichtsprozentrTpnerde particularly 5 to 25 is favorable. It is also advantageous to combine a suitable co-catalyst with the main catalyst listed above. The metals of the IL, III., IV. And VIII. Group of the Periodic Table and the oxides of these metals are suitable as cocatalysts. In practice, at least one of the metals Zn, Cd, Th, Co and their oxides is used as a cocatalyst. The amount of cocatalyst can be 0.1 to 15 percent by weight, based on the total weight of the catalyst. ■ '-' ■:. '■
Der Zusatz des Co-Katalysatois zu dem Hauptkatalysator, z. B. Kieselerde-Tonerde, kann in üblicher Weise erfolgen, beispielsweise durch gemeinsames Ausfällen oder Tränken. Ein erfindungsgemäßer Katalysator kann z. B. nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:.Zu einem aus Natriumsilikat durch Zugabe einer Säure frisch bereiteten Kieselgel wird eine wäßrige Lösung eines Aluminiumsalzes.und eines Cadmium- oder Zinksalzes in Form des Nitrats, Sulfats oder Chlorids zugesetzt und das Gemisch dann unter Rühren mit Alkali, z. B. einer wäßrigen Ammoniaklösung versetzt, um Aluminium und Cadmium oder Zink gemeinsam in Form des Hydroxyds auf der Kieselerde niederzuschlagen: Die Masse wird dann zur Entfernung der wasserlöslichen Stoffe mit Wasser gewaschen, geformt, getrocknet und gebrannt. Der so bereitete Katalysator behält unter den erfindungsgemäßen Bedingungen seine Aktivität einige 10 Stunden lang. Die Regeneration des gebrauchten Katalysators läßt sich leicht durchführen, indem man Heißluft auf das Katalysatorbett leitet und so Kohle und auf der Oberfläche des Katalysators niedergeschlagene organische Substanzen wegbrennt.The addition of the co-catalyst to the main catalyst, z. B. silica-alumina, can be done in the usual way, for example by common Precipitating or soaking. A catalyst according to the invention can, for. B. by the following procedure Be prepared:. To a silica gel freshly prepared from sodium silicate by adding an acid an aqueous solution of an aluminum salt and a cadmium or zinc salt in the form of nitrate, Sulphate or chloride was added and the mixture was then stirred with alkali, e.g. B. an aqueous ammonia solution added to aluminum and cadmium or zinc together in the form of the hydroxide on the Precipitate silica: the mass is then washed with water to remove the water-soluble substances, shaped, dried and fired. The catalyst prepared in this way remains under the inventive Conditions its activity for a few tens of hours. The regeneration of the used catalyst can be easily done by directing hot air onto the catalyst bed and so carbon and organic substances deposited on the surface of the catalyst burn away.
Die gasförmigen Reaktionsteilnehmer, d. h. Formaldehyd, Acetaldehyd und Ammoniak können miteinander vermischt werden. Es können auch Formaldehydgas und Acetaldehydgas vermischt und diesem Gemisch dann gasförmiges Ammoniak zugesetzt werden. Das Vermischen, der .Reaktionsteilnehmer soll möglichst vor dem Einleiten in die Reaktionszone erfolgen. Das Gasgemisch wird vorzugsweise auf eine Temperatur nahe der Reaktionstemperatur vorerwärmt. Auf jeden Fall sollten die Aldehyde und Ammoniak erst dann miteinander vermischt oder in Berührung gebracht werden, nachdem beide getrennt auf mindestens 2500C vorerwärmt worden sind. Wenn \ Aldehyde und Ammoniak bei einer Temperatur unterhalb 250° C miteinander in Berührung gebracht werden, so bilden sich Addukte, die das Reaktionsgefäß verstopfen und dadurch das Reaktionsgas am Durchströmen des Reaktionsgefäßes hindern können. : Die Temperatur in der Reaktionszone soll, im Bereich von 400 bis 5500C, vorzugsweise von 430 bis 4800C liegen.The gaseous reactants, ie formaldehyde, acetaldehyde and ammonia, can be mixed with one another. Formaldehyde gas and acetaldehyde gas can also be mixed and gaseous ammonia can then be added to this mixture. Mixing of the reaction participants should, if possible, take place before introduction into the reaction zone. The gas mixture is preferably preheated to a temperature close to the reaction temperature. In any case, the aldehydes and ammonia should only be mixed together or brought into contact, after both have been preheated separately to at least 250 0 C. If \ aldehydes and ammonia are reacted at a temperature below 250 ° C into contact, so Adducts that clog the reaction vessel and thereby prevent it from flowing through the reaction vessel, the reaction gas form. The temperature in the reaction zone should, in the range of 400 to 550 0 C, are preferably from 430 to 480 0 C.
Die Kontaktdauer des gasförmigen Reaktionsgemisches kann im Bereich von 0,1 bis 7 Sekunden liegen (Durchsatz 36 000 — 514 h"1).The contact time of the gaseous reaction mixture can be in the range from 0.1 to 7 seconds (throughput 36,000-514 h " 1 ).
Im allgemeinen erfolgt die Durchführung der Reaktion unter normalem oder Atmosphärendruck, es kann nach Bedarf aber auch bei einem Drück etwas über i oder unter einer Atmosphäre gearbeitet werden.In general, the reaction is carried out under normal or atmospheric pressure, it can if required, however, you can also work a little above i or below one atmosphere with one push.
Das aus dem Reaktionsgefäß nach Beendigung der Reaktion ausströmende Gas kann zur Gewinnung der gewünschten Pyridinbasen in der üblichen Weise behandelt werden. So wird z. B. das abgeleitete gasförmige Reaktionsprodukt kondensiert, die öligeThe gas flowing out of the reaction vessel after the reaction has ended can be used to obtain the desired pyridine bases are treated in the usual way. So z. B. the derived gaseous Reaction product condenses, the oily
Schicht abgetrennt, über einem Trockenmittel, wie festem Alkalihydroxyd, getrocknet und anschließend fraktioniert destilliert, wobei Pyridin in reinem Zustand erhalten wird.Layer separated, dried over a desiccant, such as solid alkali hydroxide, and then fractionally distilled to obtain pyridine in the pure state.
Als Reaktionsteilnehmer kann nicht nur Formaldehyd als solcher, sondern auch jede andere Substanz, wie eine wäßrige Formaldehydlösung, Paraformaldehyd, Trioxan, Methylal, Methyl-hemiformal oder ein Gemisch von zwei oder mehreren dieser Stoffe verwendet werden, die unter den anzuwendenden Reaktionsbedingungen Formaldehyd entwickeln können. In ähnlicher Weise kann nicht nur Acetaldehyd als solcher, sondern auch jede andere Substanz wie Paraldehyd oder ein Gemisch von Acetaldehyd und Paraldehyd verwendet werden, die unter den gegebenen Reaktionsbedingungen Acetaldehyd entwickeln. Es soll deshalb darauf hingewiesen werden, daß die Begriffe »Formaldehyd« und »Acetaldehyd« in der Beschreibung und in den Ansprüchen sich nicht nur auf die entsprechenden Aldehyde, sondern auch auf die oben angeführten Substanzen beziehen, aus denen sich diese Aldehyde bilden können.Not only formaldehyde as such, but also any other substance, such as an aqueous formaldehyde solution, paraformaldehyde, trioxane, methylal, methyl-hemiformal or a mixture of two or more of these substances are used, which are among those to be applied Reaction conditions can develop formaldehyde. Similarly, acetaldehyde cannot be the only one as such, but also any other substance such as paraldehyde or a mixture of acetaldehyde and Paraldehyde can be used, which develop acetaldehyde under the given reaction conditions. It should therefore be pointed out that the terms "formaldehyde" and "acetaldehyde" in the description and in the claims not only on the corresponding aldehydes, but also on the refer to the substances listed above from which these aldehydes can be formed.
Der Ammoniakgehalt in dem Reaktionsgemisch ist innerhalb eines umfassenden Bereichs variabel, er kann bei 0,5 bis 10 Mol, vorzugsweise bei 1 bis 1,5 Mol pro Mol Gesamtaldehyd liegen.The ammonia content in the reaction mixture is variable within a wide range that it can 0.5 to 10 moles, preferably 1 to 1.5 moles per mole of total aldehyde.
Wie bereits oben erwähnt, besteht das erfindungswesentliche Merkmal des Herstellungsverfahrens in dem besonderen Molverhältnis von Acetaldehyd zu Formaldehyd in dem Reaktionsgemisch, denn die Erfindung hat nur die Herstellung von Pyridin zum Ziel und beruht auf der Beobachtung, daß das Molverhältnis von Acetaldehyd zu Formaldehyd die Ausbeute an Pyridin wie auch die Herabsetzung der Bildung von Nebenprodukten oder Picolinen entscheidend beeinflußt, wie aus den nachfolgenden Beispielen zu ersehen ist.As already mentioned above, the essential feature of the manufacturing process is the particular molar ratio of acetaldehyde to formaldehyde in the reaction mixture, for the invention aims only at the production of pyridine and is based on the observation that the molar ratio from acetaldehyde to formaldehyde the yield of pyridine as well as the reduction in the formation of By-products or picolines decisively influenced, as can be seen from the following examples is.
In den Beispielen wurden die Ausbeuten an Pyridin und Picolinen auf den in den eingesetzten Aldehyden snthaltenen Kohlenstoff bezogen, und es wurde angenommen, daß sich keine anderen Basen bildeten. Genauer ausgedrückt wurde die Ausbeute an Pyridin jnter der Annahme berechnet, daß, wenn der gesamte, η den eingesetzten Aldehyden enthaltene Kohlenstoff :ur Bildung von Pyridin und nicht zur Bildung von Picolinen dienen würde, die Ausbeute an Pyridin theoretisch 100 % betrüge. Die gleiche Annahme wurde für jedes Picolin gemacht.In the examples, the yields of pyridine and picolines were based on the aldehydes used contained carbon and it was assumed that no other bases were formed. More precisely, the yield of pyridine was calculated on the assumption that if all of the η the carbon contained in the aldehydes used: for the formation of pyridine and not for the formation of Would serve picolines, the yield of pyridine would theoretically be 100%. The same assumption was made made for every picoline.
B ei sp i el 1Example 1
Eine wäßrige Lösung, die eine 37%ige wäßrige Formaldehydlösung und Acetaldehyd im Molverhältnis von 2,5 Mol Acetaldehyd pro Mol FormaldehydAn aqueous solution that is 37% aqueous Formaldehyde solution and acetaldehyde in a molar ratio of 2.5 moles of acetaldehyde per mole of formaldehyde
ίο enthielt, wurde mit einer Geschwindigkeit von 3,2 g pro Minute verdampft und auf eine Temperatur von etwa 250° C vorerwärmt. Andererseits wurde ein Strom von Ammoniakgas mit einer Geschwindigkeit von 0,81 pro Minute bei normaler Temperatur und Normaldruck erzeugt und auf eine Temperatur von ebenfalls etwa 250° C vorerwärmt. Die beiden Gasströme wurden vermischt und durch eine Katalysatorschicht geschickt, die 350 ml eines aus 82 % Kieselerde, 15% Tonerde und 3% Zinkoxyd bestehenden Kieselerde-Tonerde-Katalysators enthielt. Die Temperatur der Katalysatorschicht wurde während der Reaktion bei etwa 435° C gehalten. Das aus dem Reaktionsgefäß ausströmende Gasgemisch, das aus Reaktionsprodukt und nicht umgesetztem Material bestand, wurde abgekühlt und kondensiert. Die kondensierte Flüssigkeit wurde mit festem Natriumhydroxyd zur Abscheidung der trockenen rohen Pyridinbasen versetzt (grünlichgraue, ölige Produkte). Die rohen Pyridinbasen wurden sorgfältig fraktioniert destilliert, und es wurden Pyridin, 2-Picolin und ein Gemisch von 3- und 4-Picolin abgetrennt. Ausbeute und Reinheitsgrad der so erhaltenen Pyridinbasen waren wie folgt:ίο contained was at a rate of 3.2 g evaporated per minute and preheated to a temperature of about 250 ° C. On the other hand became a stream of ammonia gas at a rate of 0.81 per minute at normal temperature and Generated normal pressure and preheated to a temperature of about 250 ° C. The two gas flows were mixed and passed through a catalyst layer containing 350 ml of an 82% silica, 15% alumina and 3% zinc oxide existing silica-alumina catalyst contained. The temperature of the catalyst layer was maintained at about 435 ° C. during the reaction. The gas mixture flowing out of the reaction vessel, which consisted of the reaction product and unreacted material, was cooled and condensed. The condensed liquid was mixed with solid sodium hydroxide Deposition of the dry, crude pyridine bases added (greenish-gray, oily products). The raw ones Pyridine bases were carefully fractionally distilled and there were pyridine, 2-picoline and a mixture of 3- and 4-picoline separated. The yield and degree of purity of the pyridine bases thus obtained were as follows:
Pyridin, Ausbeute 38,2% (Reinheit 98%);
2-Picolin, Ausbeute 6,5 % (Reinheit 98 %);Pyridine, yield 38.2% (purity 98%);
2-picoline, yield 6.5% (purity 98%);
Gemisch von 3- und 4-Picolin, Ausbeute 12,5% (Zusammensetzung: 3-Picolin 66%, 4-Picolin 34%).Mixture of 3- and 4-picoline, yield 12.5% (composition: 3-picoline 66%, 4-picoline 34%).
Beispiel 2
40 Example 2
40
Es wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1It was made in the same way as in Example 1
beschrieben, eine Versuchsreihe durchgeführt, wobei aber einige Reaktionsbedingungen geändert wurden, wie die folgende Tabelle zeigt. Die Tabelle enthält auch die Ergebnisse dieser Versuche.described, carried out a series of experiments, but some reaction conditions were changed, as the following table shows. The table also contains the results of these tests.
Nr.approach
No.
Nr.approach
No.
h-1 Throughput
h- 1
0CReaction temperature
0 C
%Pyridine yield
%
%2-picoline
%
3-Picolin
%Picoline yield
3-picoline
%
%4-picoline
%
Claims (2)
Family
ID=
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