DE1793365C3 - Verfahren zur Herstellung von Allylacetat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Allylacetat

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DE1793365C3 DE19681793365 DE1793365A DE1793365C3 DE 1793365 C3 DE1793365 C3 DE 1793365C3 DE 19681793365 DE19681793365 DE 19681793365 DE 1793365 A DE1793365 A DE 1793365A DE 1793365 C3 DE1793365 C3 DE 1793365C3
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Gerhard Dr. Scharfe
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/04Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C07C67/05Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds with oxidation
    • C07C67/055Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds with oxidation in the presence of platinum group metals or their compounds

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Description

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Allylacetat durch Umsetzung von Propylen, Sauerstoff und Essigsäure in der Gasphase bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators durchführt, der auf einem Träger Palladium und Eisen in Form von Verbindungen oder Komplexverbindungen, die kein Chlor, Brom, Jod, Schwefel und Stickstoff enthalten, sowie von Alkalimetallen in Form der Acetate bzw. in Form von Verbindungen, die während der Umsetzung weitgehend in die Acetate übergeführt werden, enthält und wobei das Palladium auch als Palladiummetall vorliegen kann.
Geeignete Verbindungen des Palladiums, Eisens und der Alkalimetalle sind beispielsweise: Palladiumoxid, Palladiumacetat, Palladiumpropionat, Palladiumbenzoat, Eisenhydroxid, Eisenacetat, Eisenformiat, Eisencitrat, Eisenlactat und die Hydroxide, Carbonate und Carboxylate der Alkalimetalle, z. B. des Kaliums, Natriums und Lithiums.
Als Katalysatorträger eignen sich vor allem Stoffe, die unter Reaktionsbedingungen unter dem Einfluß der Essigsäure ihre mechanische Festigkeit nicht verlieren. Geeignet sind z. B. Kieselsäure, Silikate, Aluminiumoxid, Spinelle. Der Katalysatorträger kann in Form von Pillen, Würstchen oder Kugeln verwendet werden. Geeignet sind z. B. Kugeln von 4 bis 6 mm Durchmesser.
Die Herstellung der Katalysatoren kann in verschiedenster Weise erfolgen. Man kann beispielsweise die Verbindungen in einem Lösungsmittel lösen, anschließend auf den Träger auftränken und diesen dann trocknen. Man kann aber auch die Komponenten nacheinander auf den Träger auftränken und gegebenenfalls durch Zwischenbehandlungen, wie Glühen, chemische Umsetzungen, wie Behandlung mit Reduktionsmitteln, umwandeln,
Der fertige Katalysator enthält vorteilhafterweise, berechnet als Metall, I bis to g Pd,0,l bis 10 g Fe sowie 1 bis 30 g Alkaliacetat pro Liter Katalysator.
Die für die Herstellung des Allylacetats benötigten Rohstoffe sollten frei von Halogen-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen sein. Das Propylen sollte ferner frei von stärker ungesättigten Verbindungen, wie
ι ο Methylacetylen und Propadien, seia
Das in den Reaktor eintretende Gas kann neben Propylen, Sauerstoff und Essigsäure inerte Bestandteile wie Propan, Äthan, Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid enthalten.
Bei der technischen Durchführung des Verfahrens kann man das nicht umgesetzte Propylen und den nicht umgesetzten Sauerstoff in die Reaktion zurückführen. In dem Kreisgas reichern sich die in den Rohstoffen Propylen und Sauerstoff ursprünglich vorhandenen
Inerten (Propan, Äthan, Stickstoff, Argon) und das bei der Umsetzung als Nebenprodukt gebildete Kohlendioxid an. Um dieser Anreicherung zu begegnen, kann man z. B. aus dem Kreisgas einen Teilstrom herausnehmen und verwirft diesen oder '-befreit ihn vom Kohlendioxid und gegebenenfalls Inerten und führt ihn dann in die Reaktion zurück.
Vorteilhaft kann es sein, einen Gehalt von 10 bis 30% Kohlendioxid und 5 bis 10% Inerte (Propan, Äthan, Stickstoff, Argon), bezogen auf das essigsäure- und
jo wasserfreie Gas am Eingang des Reaktors aufrechtzuerhalten. Die Sauerstoffkonzentration am Eingang des Reaktors wird vorteilhafterweise so gewählt, daß man innerhalb der Explosionsgrenze liegt
Die in die Reaktion eingesetzte Essigsäure wird im
Überschuß gegenüber der stöchiometrisch erforderlichen Menge angewendet Im allgemeinen werden im geraden Durchgang 10 bis 30% der eingesetzten Essigsäure umgesetzt Der Zusatz von Wasser kann die Lebensdauer der Katalysatoren erhöhen. Vorteilhaft werden 5 bis 50 Mol Wasser auf 100 Mol Essigsäure in die Reaktion eingesetzt Die maximal verwendete Essigsäurekonzentration entspricht zweckmäßigerweise etwa 90% der Essigsäurekonzentration, bei der unter den durch Druck, Temperatur und Produktzusammen-
Y, setzung gegebenen Reaktionsbedingungen eine Sättigung der Gase mit Essigsäure unter erster Bildung kondensierter Produkte stattfindet
Unter den Reaktionsbedingungen werden die Alkaliverbindungen weitgehend in Alkaliacetate übergeführt
5n Die Alkaliacetate haben unter den Reaktionsbedingungen einen gewissen, wenn auch sehr geringen Dampfdruck. Dies führt dazu, daß ständig kleine Mengen Alkaliacetate aus dem Katalysator entfernt werden können. Zur Aufrechterhaltung der Katalysatoraktivität hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diesen Verlust an Alkaliacetat durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Zugabe von Alkaliverbindungen, z. B. Kaliumacetat, auszugleichen. Die Zugabe von Alkaliverbindungen kann beispielsweise in der Weise erfolgen,
bo daß man in den Überhitzer vor dem Reaktor kontinuierlich eine kleine Menge einer Lösung von Alkaliacetat in Essigsäure oder Wasser zugibt. Das Alkaliacetat verdampft zusammen mit dem Lösungsmittel in dem heißen Gasstrom und wird somit gleichmäßig
μ dem Katalysator zugeführt. Die Alkaltacetatmenge wird vorteilhafterweise so gewählt, daß hierdurch der Verlust durch das Austragen aus dem Katalysator kompensiert wird.
Die Reaktion wird vorteilhafterweise in Röhrenreaktoren durchgeführt Geeignete Abmessungen der Reaktionsrohre sind Längen von 4 bis 8 m und innere Durchmesser von 20 bis 50 mm. Die Reaktionswärme kann vorteilhafterweise durch siedende KQhlflüssigkeiten, die die Reaktionsrohre mantelseitig umgeben, z. B, Druckwasser, abgeführt werden. Die Durchführung der Reaktion kann in der Weise erfolgen, daß man Propylen unter Druck in der Gasphase durch einen Verdampfer leitet der Essigsäure und Wasser enthält und daß man durch geeignete Wahl der Temperatur des Essigsäure-Wasser-Verdampfers das Propylen mit der gewünschten Menge Essigsäure und Wasser belädt Das Gasgemisch wird dann unter Druck auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt und der für die Umsetzung erforderliche Sauerstoff zugegeben. Nach der Reaktion wird das Gasgemisch abgekühlt und in einem Abscheider in eine flüssige und eine Gasphase zerlegt Die Gasphase besteht im wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Sauerstoff, kleinen Mengen bei der Reaktion als Nebenprodukt gebildetem Kohlendioxid und gegebenenfalls aus Inerten, wie z. B. Propan und Stickstoff. Die Gase können nach Kompression auf den Reaktordruck wieder in die Reaktion zurückgeführt werden. Entsprechend der Umsetzung müssen Propylen und Sauerstoff dem Kreisgas zugesetzt werden. Aus dem Kreisgas müssen — um der Anreicherung des Gases an Inerten und Kohlendioxid zu begegnen — gewisse Mengen Gas aus dem System entnommen werden. Aus diesem Gas können das Kohlendioxid und jo gegebenenfalls die »nerten entfernt werden und das Restgas v/ieder in die Reaktion zurückgeführt werden. Die bei der Kondensation erhaltenen flüssigen Produkte bestehen im wesentlichen aus Allylacetat, Essigsäure und Wasser. Aus dem flüssigen Reaktio.isprodukt kann r, das Allylacetat und das bei der Reaktion als Nebenprodukt gebildete Wasser abgetrennt und das Allylacetat in reiner Form gewonnen werden und die verbleibende wäßrige Essigsäure in den Essigsäure-Wasser-Verdampfer zurückgeführt werden. Frisch-Es- 4n sigsäure muß entsprechend dem Verbrauch dem System zugeführt werden.
Beispiel 1
Auf einem Kieselsäureträger in Form von Kugeln von 5 mm Durchmesser mit einer inneren Oberfläche von 165 mVg und einem Schüttgewicht von 0,5 kg/1 wurde eine Lösung von Palladiumacetat, Eisencitrat und Kaliumacetat in Essigsäure/Wasser (80:20) aufge- -,0 tränkt. Der Katalysator wurde im Rotationsverdampfer getrocknet Der fertige Katalysator enthielt berechnet als Metall, 33 g Pd, 1,8 g Fe sowie 30 g Kaliumacetat pro Liter Katalysator.
900 ml des Katalysators wurden in ein Reaktionsrohr <-,-, von 25 mm lichter Weite und 2 m Länge eingefüllt. Das Reaktionsrohr war mantelseitig von siedendem Druckwasser umgeben. Die Reaktion wurde bei 5 atü und 140° C durchgeführt In den Reaktor wurden stündlich 29 Mol Propylen, 2$ Mol Sauerstoff, 8 Mol Essigsäure bo und 0,8 Mol Wasser gegeben. Bezogen auf die eingesetzte Essigsäure wurden außerdem 10 ppm K in Form von Kaliumacetat dem Reaktor kontinuierlich zugeführt. Das gasförmige Reaktionsprod ikt wurde unter Druck auf Raumtemperatur gekühlt. D Untersu- h-, chung der hierbei anfallenden flüssigen und g, ,förniigen Produkte ergab, daß sich stündlich pro Liter Katalysator 130 bis 140 g Allylacetat bildeten. Vom umgesetzten Propylen wurden 93% als Allylacetat und 7% als Kohlendioxid erhalten.
Beispiel 2
Auf Kieselsäureträger von Beispiel ί wurde Palladiumacetat in Essigsäure aufgetränkt getrocknet anschließend drucklos bei 150° C 2 Stunden mit Methanol reduziert Dann wurde eine Lösung von Eisencitrat und Kaliumacetat in Wasser aufgetränkt und der Katalysator danach getrocknet Der fertige Katalysator enthielt berechnet als Metall, 4,8 g Pd, 1,8 g Fe sowie 30 g Kaliumacetat pro Liter Katalysator. Die Reaktion wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurden 3 Mol Wasser an Stelle von 0,8 Mol Wasser stündlich eingefahren, und die Reaktion wurde bei 160° C durchgeführt Es bildeten sich pro Liter Katalysator stündlich 160 bis 170 g Allylacetat Vom umgesetzten Propylen wurden 94% als Allylacetat und 6% als Kohlendioxid erhalten.
Beispiel 3
Auf einem Kieselsäure träger in Form von Kugeln von 5 mm Durchmesser mit einer inneren Oberfläche von 93 m2/g wurden Natriumpalladiumchlorid und Eisenformiat aufgetränkt Nach dem Trocknen wurden durch Auftränken einer Natriumhydroxidlösung das Palladium und das Eisen in wasserunlösliche Hydroxide umgewandelt
Der Katalysator wurde durch Waschen von Chlor befreit und danach getrocknet Anschließend wurde eine wäßrige Kaliumacetatlösung aufgetränkt und danach erneut getrocknet. Der fertige Katalysator enthielt berechnet als Metall, 33 g Pd, 1,8 g Fe sowie 30 g Kaliumacetat pro Liter Katalysator. Der Katalysator wurde unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 2 getestet Es wurden pro Liter Katalysator stündlich 120 bis 130 g Allylacetat gebildet Vom umgesetzten Propylen wurden 93% als Allylacetat und 7% als Kohlendioxid erhalten.
Beispiel 4
Auf einem Kieselsäureträger in Form von Kugeln mit einer inneren Oberfläche von 110 m2/g wurden bei 60°C Palladiumacetylacetonat und Eisen(III)-acetylacetonat, bei 60° C in Benzol gelöst, aufgetränkt und anschließend bei 80°C in einem Rotationsverdampfer bei vermindertem Druck getrocknet. Anschließend wurde eine wäßrige Lösung von Kaliumacetat aufgetränkt und der Katalysator 4 Stunden bei 110° C unter vermindertem Druck getrocknet. Der Katalysator wurde anschließend 4 Stunden bei 140°C und 5 atü mit Propylen behandelt Der fertige Katalysator enthielt pro Liter Katalysator 33 g Pd als Palladiummetall, 0,6 g Fe, berechnet als Metall, und 30 g Kaliumacetat.
2350 ml des so hergestellten Katalysators wurden in ein Reaktionsrohr yon 5 m Länge und 25 mm lichter Weite eingefüllt. Über den Katalysator wurden bei 140'C und 5 atü folgende Einsatzmengen in Mol pro Liter Katalysator und Stunde gefahren: Propylen 28. Sauerstoff 3, Essigsäure 7, Wasser 2,6. Die Einsatzprodukte wurden vor dem Eintritt in den Reaktor auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt und den gasförmigen Einsatzprodukten kontinuierlich kleine Mengen Kaliumacetat entsprechend der Sättigung der Gase mit Kaliumacetat unter den Reaktionsbedingungen zugesetzt. Der Katalysator wurde in einem Dauerversuch ausgeprüft. Nach Auffinden der optimalen Arbeitstemperatur wurden folgende Werte erhalten:
C Unter Selektivität ist der Anteil in Prozent vom I Betriebsstunden Temperatur Reumzeit- Selektiv)- umgesetzten Propylen zu verstehen, der sich zu
% in"C ausbeute tat in % Allylacetat umsetzt.
\ '" g/[ ·h Beispiel 5
/ 5 Es wurde wie im Beispiel 4 gearbeitet, jedoch wurden
1 !600 166 220 92,5 stündlich 20 Mol Wasser an Stelle von 2,6 Mol pro Liter
2000 166 220 92£ Katalysator und Stunde eingesetzt Es wurde bei einer
2400 166 220 92,5 Temperatur von 166° C eine Raum-Zeit-Ausbeute von
2800 166 220 92,5 200 und eine Selektivität von 93% erhalten.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    M 93 365
    t. Verfahren zur Herstellung von Allylacetat durch Umsetzung von Propylen, Sauerstoff und Essigsäure in der Gasphase bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators durchführt, der auf einem Träger Palladium und Eisen in Form von Verbindungen oder Komplexverbindungen, die kein Chlor, Brom, Jod, Schwefel und Stickstoff enthalten, sowie von Alkalimetallen in Form der Acetate bzw. in Form von Verbindungen, die während der Umsetzung weitgehend in die Acetate übergeführt werden, enthält und wobei das Palladium auch als Palladiummetall vorliegen kann.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators, der 1 bis 10 g Pd und 0,1 bis 10 g Fe berechnet als Metall sowie 1 bis 30 g Alkaliacetat pro Liter Katalysator enthält, durchführt
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 5 bis 50 Mol Wasser pro 100 Mol Essigsäure, durchführt
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Umsetzung dem Katalysator kontinuierlich oder diskontinuierlich kleine Mengen Alkaliverbindungen, die kein Chlor, Brom, Jod, Schwefel und Stickstoff enthalten, zuführt
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