DE1920456C3 - Process for the preparation of aluminum alkyls - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumalkylen mit höherem Molekulargewicht durch Änderung der Poisson-Verteilung der Alkylkettenlängen von Aluminiumalkytan, die durch die Aufbaureaktion nach Ziegler aus Aluminiumalkylen und niedermolekularen Olefinen erhalten worden sind.The invention relates to a process for the preparation of aluminum alkyls of higher molecular weight by changing the Poisson distribution of the alkyl chain lengths of aluminum alkytane caused by the build-up reaction according to Ziegler from aluminum alkyls and low molecular weight olefins.
Bei der Aufbaureaktion nach Ziegler werden niedermolekulare Aluminiumalkyle, wie Triäthylaluminium oder Tripropylaluminium, oder entsprechende Dialkylaluminiumhydride, wie Diäthylaluminiumhydrid, mit niedermolekularen Olefinen, vorzugsweise Äthylen, zu höhermolekularen Aluminiumtrialkylen mit verlängerten Alkylketten umgesetzt. Die Aufbaureaktion verläuft z. B. nach folgender Gleichung:In the build-up reaction according to Ziegler low molecular weight aluminum alkyls, such as triethylaluminum or tripropylaluminum, or the corresponding Dialkyl aluminum hydrides, such as diethyl aluminum hydride, with low molecular weight olefins, preferably ethylene, converted to higher molecular weight aluminum trialkyls with extended alkyl chains. The build-up reaction runs z. B. according to the following equation:
(CjH4I1C2H,(CjH 4 I 1 C 2 H,
AIlC2H,)., f »iC,H4 - > Al -(CJl4I1CJUAIlC 2 H,)., F »iC, H 4 -> Al - (CJl 4 I 1 CJU
(C,H4|X\H,(C, H 4 | X \ H,
SSSS
wobei ν. ν uiiil /■ giiii/e Zahlen im Hereich von 0 bis 14 (durchschnittlich 3 bis 7) sind und (Ά + y + /) - n. where ν. ν uiiil / ■ giiii / e are numbers in the range from 0 to 14 (on average 3 to 7) and (Ά + y + /) - n.
Diese Aufbaureaktion im / B. in der US-PS 2M 71 Mb«-) beschrieben. Bei der Herstellung von Aluminiumtriiilkvlen nach diesem Verfahren muli jedoch der gesinnte (>o Bereich der Alkylkettenlängen in Kauf genommen werden, der statistisch durch die Poisson-Verteilung:This build-up reaction in / B. in US-PS 2M 71 Mb «-) described. In the manufacture of aluminum triangles according to this method, however, the sympathetic (> o range of alkyl chain lengths must be accepted which can be statistically determined by the Poisson distribution:
IU11C "IU 11 C "
wiedergegeben wird, wobei Pn die Wahrscheinlichkeil bedeutet, daß ein bestimmter Kohlenwasserstoffrest bei η Additionen von Äthylen an die ursprünglich vorhandene Äthylaluminiuinbindung entsteht, und m die durchschnittliche Zahl von Additionen von Äthylen pro wachsende Kette bedeutet. Vom Standpunkt der Verfahrenswirtschaftlichkeit bedeutet dies, daß es bisher notwendig war, unerwünschte Produkte, beispielsweise niedermolekulare Olefine oder Alkohole, in Kauf zu nehmen, um die Synthese der gewünschten Produkte durchzuführen.is reproduced, where Pn means the probability wedge that a certain hydrocarbon residue is formed in η additions of ethylene to the ethylaluminum bond originally present, and m means the average number of additions of ethylene per growing chain. From the point of view of process economy, this means that it has hitherto been necessary to accept undesired products, for example low molecular weight olefins or alcohols, in order to carry out the synthesis of the desired products.
Es ist auch bekannt, daß die durch die Aufbaureaktion erhaltenen Aluminiumalkyle durch niedermolekulare Olefine verdrängt werden können. Beispielsweise kann man Tridodecylaluminium mit Äthylen unter Bildung von Triäthylaluminium und Dodecen umsetzen. Während der Aufbaureaktion findet somit eine gewisse Verdrängung statt, und das aus dem Reaktor abströmende Gasgemisch enthält neben Äthylen andere Olefine.It is also known that due to the building reaction aluminum alkyls obtained can be displaced by low molecular weight olefins. For example, can to react tridodecylaluminum with ethylene to form triethylaluminum and dodecene. While the build-up reaction therefore takes place a certain amount of displacement, and that which flows out of the reactor In addition to ethylene, the gas mixture contains other olefins.
In der DT-AS 12 70 559 ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumalkylen mit verlängerten Alkylresten beschrieben, bei dem die durch Verdrängung während der Aufbaureaktion bewirkten Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß man während der Umsetzung von lsobutylalumi.niumverbindungen mit * Olefinen ein Inertgas in das Reaktionsgemisch einleitet. Hierdurch wird das intermediär freigesetzte Isobuten schnell aus dem Reaktionssystem entfernt, so daß keine Verdrängungsreaktion zwischen dem Aluminiumalkyl und dem Isobuten stattfinden kann. Bei diesem Verfahren wird zwar eine weitgehend gleichmäßige Kettenverlängerung zu Aluminiumtrialkylen erzielt, jedoch unterliegt die Alkylkettenlänge immer noch einer Poisson-Verteilung.In DT-AS 12 70 559 a process for the production of aluminum alkyls with extended Described alkyl radicals in which the difficulties caused by displacement during the build-up reaction be avoided in that one during the implementation of Isobutylalumi.niumverbindungen introduces an inert gas into the reaction mixture with * olefins. This is what is released as an intermediate Isobutene is quickly removed from the reaction system, so that no displacement reaction between the aluminum alkyl and the isobutene can take place. This process is largely uniform Chain extension to aluminum trialkyls achieved, but the alkyl chain length is still subject a Poisson distribution.
In der DT-AS 12 48 047 ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumtrialkylen beschrieben, bei dem die Poisson-Verteilung der Alkylkettenlänge im Aufbauprodukt durch anschließend durchgeführte Verdrängungsreaktionen und eine erneute Aufbaureaktion beeinflußt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich jedoch durch eine äußerst komplizierte Verfahrensführung aus und ist daher nur schwierig zu steuern. Weder die beiden durchgeführten Aufbaureaktionen noch die Verdrängungsreaktionen verlaufen quantitativ und irreversibel, so daß in empfindlicher Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen unterschiedliche Produktgemische erhalten werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die bei der Verdrängungsreaktion abgespaltenen schweren Olefine oft bei ähnlichen Temperaturen sieden wie die niedermolekularen Aluminiumtrialkyle. Beispielsweise können Dodecen und Triäthylaluminium nur schwer durch Franktionierung voneinander getrennt werden. Diese Trennung gelingt allenfalls dadurch, daß man die Aluminiumverbindung mit einer geeigneten adduktbildenden Verbindung, 1. B. Tetramet liylammoniumchlorid, in ein Acldukt überführt und dieses dann in der Wärme /ersei/t.DT-AS 12 48 047 describes a process for the production of aluminum trialkyls in which the Poisson distribution of the alkyl chain length in the build-up product is influenced by subsequent displacement reactions and a new build-up reaction. However, this method is characterized by an extremely complicated procedure and is therefore difficult to control. Neither the two build-up reactions carried out nor the displacement reactions proceed quantitatively and irreversibly, so that different product mixtures are obtained, depending on the reaction conditions. Another disadvantage is that the heavy olefins split off in the displacement reaction often boil at temperatures similar to those of the low molecular weight aluminum trialkyls. For example, dodecene and triethylaluminum can only be separated from one another with difficulty by fractionation. This separation is possible at best by converting the aluminum compound with a suitable adduct-forming compound, 1. B. tetramethylammonium chloride, into an aclduct and then removing it in the heat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein veibessertes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumalkylen durch Aufbaureaktion zu schaffen, bei dem die Poisson-Verteilung der Alkylkettenlänge des Aufbauprodukts in Richtung auf eine mittlere Alkylkettenlänge verschoben wird. Das Verfahren soll außerdem einfach und wirtschaftlich durchführbar sein und insbesondere die komplizierte Trennung der höheren Olefine von den niedermolekularen Aluminiumalkylen vermeiden.The object of the invention is therefore to provide an improved one To create a process for the production of aluminum alkyls by a structural reaction, in which the Poisson distribution shifted the alkyl chain length of the building product towards an average alkyl chain length will. The method should also be simple and economical to carry out, and in particular the avoid complicated separation of the higher olefins from the low molecular weight aluminum alkyls.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumalkylen mit höherem Mole-The invention relates to a process for the preparation of aluminum alkyls with a higher molar
kulargewicht durch Änderung der Poisson-Verteilung der Alkylkettenlänge von Aluminiumalkylen, die durch die Aufbaureaktion von Aluminiumalkylen mit niedermolekularen Olefinen erhalten woi Jen sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß manweight by changing the Poisson distribution the alkyl chain length of aluminum alkyls, which is caused by the synthesis reaction of aluminum alkyls with low molecular weight Olefins are obtained where Jen is characterized in that one
a) ein niedermolekulares Aluminiumalkylhydrid der thermischen Olefinalkylierung unterwirft,a) subjects a low molecular weight aluminum alkyl hydride to thermal olefin alkylation,
b) aus dem Produkt von Stufe (a) mit einem niedermolekularen Olefin durch Aufbaureaktion Aluminiumalkyle und verdrängte Olefine herstellt,b) from the product of stage (a) with a low molecular weight olefin by a build-up reaction Produces aluminum alkyls and displaced olefins,
c) aus dem Produkt von Stufe (b) in einer ersten Trennung leichte Olefine von den schweren Olefinen und den Aluminiumalkylen abtrennt,c) light olefins from the heavy olefins from the product of step (b) in a first separation Separating olefins and aluminum alkyls,
d) aus den schweren Olefinen und Aluminiumalkylen in einer zweiten Trennung die niedermolekularen Aluminiumalkyle und die Olefine abtrennt,d) from the heavy olefins and aluminum alkyls in a second separation, the low molecular weight ones Separating aluminum alkyls and olefins,
e) die niedermolekularen Aluminiumalkyle und die Olefine von Stufe (d) zur Stufe (a) zurückführt unde) recirculates the low molecular weight aluminum alkyls and the olefins from stage (d) to stage (a) and
Γι die höhermolekularen Aluminiumalkyle von Stufe (d) als Produkt gewinntΓι wins the higher molecular weight aluminum alkyls from stage (d) as a product
Im Verfahren der Erfindung wird das Aufbauprodukt zunächst in einen Strom aus leichtem Lösungsmittel und leichten Olefinen und einen Strom aus schweren Olefinen, schwerem Lösungsmittel und Aluminiumtrialkylen aufgetrennt. Der letztere Strom wird dann in einen Strom aus schweren Aluminiumtrialkylen und einen Strom aus leichten Aluminiumtrialkylen, schweren Olefinen und schwerem Lösungsmittel getrennt, worauf man den letztgenannten Strom in eine thermische Olefinalkylierungszone leitet, in der die schweren Olefine z. B. mit einer Lösung von Triäthylaluminium (ATÄ) und Diäthylaluminiumhydrid (ADÄH) in Berührung gebracht werden. Hierbei addieren sich die schweren define an das ADÄH und bilden so Aluminiumtrialkyle (ATA), z. B. Diäthyl-(schweres Olefin-)Aluminium. Die Trennung in den Stufen (c) und (d) erfolgt z. B. durch Destillation.In the process of the invention, the synthesis product is first in a stream of light solvent and light olefins and a stream of heavy olefins, heavy solvent and aluminum trialkyls separated. The latter stream is then converted into a stream of heavy aluminum trialkyls and separated a stream of light aluminum trialkyls, heavy olefins and heavy solvent, followed by the latter stream is passed into a thermal olefin alkylation zone in which the heavy Olefins e.g. B. with a solution of triethylaluminum (ATÄ) and diethylaluminum hydride (ADÄH) in contact to be brought. Here the heavy definitions add up to the ADÄH and thus form Aluminum trialkyls (ATA), e.g. B. Diethyl (heavy olefin) aluminum. The separation in stages (c) and (d) takes place, for. B. by distillation.
Die erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumtrialkyle sind wertvolle Handelsprodukte, die sich insbesondere zur Herstellung höhermolekularer Olefine eignen, z. B. durch umgekehrte bzw. thermische Verdrängung. Ferner eignen sie sich zur Herstellung von Alkoholen im Weichmacher- und Detergensbereich durch Oxidation und anschließende Hydrolyse. Für diese Verwendungszwecke werden im allgemeinen Materialien oberhalb C8 bevorzugt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Cb- bis Cio-Alkohole als Weichmacher und Ci2- bis C24-Alkoho-Ie als Detergens-Zwischenprodukte besonders bevorzugt sind. Unter höheren Alkylen und Olefinen werden daher Materialien von Cu und höher verstanden, während unter niederen Alkylen und Olefinen Materialien von C4 oder darunter gemeint sind. Die mittleren Alkyle und Olefine umfassen den Bereich von Cb bis C19.The aluminum trialkyls produced according to the invention are valuable commercial products which are particularly suitable for the production of higher molecular weight olefins, e.g. B. by reverse or thermal displacement. They are also suitable for the production of alcohols in the plasticizer and detergent area by oxidation and subsequent hydrolysis. Are generally materials above C8 preferred for these uses. This is due to the fact that Cb to Cio alcohols as plasticizers and C 2 - to C 2 4-Liquor-Ie as detergent intermediates particularly preferred. Higher alkylenes and olefins are therefore understood to mean materials of Cu and higher, while lower alkylenes and olefins are understood to mean materials of C4 or below. The middle alkyls and olefins span the range from Cb to C19.
Im Verfahren der Erfindung können beliebige niedermolekulare Aluminiumalkyle bzw. Alkylaluminiumhydride als Ausgangsmaterialien eingesetzt werden. L)nier den für die Aufbaureaktion eingesetzten Olefinen sind Äthylen und Propylen bevorzugt. Es hat sich V) gezeigt, daß höhere Olefine lediglich dimerisieren.Any low molecular weight aluminum alkyls or alkyl aluminum hydrides can be used in the process of the invention can be used as starting materials. L) nier the olefins used for the build-up reaction ethylene and propylene are preferred. It has been found V) that higher olefins only dimerize.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Triäthylaluminium und/oder Diäthylaluminiumhydrid der Aufbaureaktion mit Äthylen unterworfen. Im folgenden weiden unter niedermolekularen Aluminiumalkylen bzw. Dialkylaluminiumhydriden Aluminiumverbindungen verstanden, die pro Alkylrest 8 oder weniger KohlenstoffatomeIn a preferred embodiment of the invention Process are triethylaluminum and / or diethylaluminum hydride of the build-up reaction subjected to ethylene. In the following, we use low molecular weight aluminum alkyls and dialkyl aluminum hydrides Aluminum compounds are understood to have 8 or fewer carbon atoms per alkyl radical
enthalten. Da im allgemeinen Alkohole und Olefine von C8 und höher die gewünschten Produkte sind, wird das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden an Hand der bevorzugten Trennung zwischen C6 und C8 erläutert.contain. Since alcohols and olefins of C 8 and higher are generally the desired products, the process according to the invention is explained below with reference to the preferred separation between C 6 and C 8.
Bei dem in der Zeichnung gezeigten Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ATÄ und ADÄH in einem schweren Lösungsmittel über Leitung 1 zur Destillationszone 2 geleitet. Das ATÄ und das ADÄH gelangen zusammen mit einer kleinen Menge an schwerem Lösungsmittel über Kopf über Leitung 3 zur thermischen Olefinalkylierungszone 4. Das Lösungsmittel wird über Leitung 5 zu der nicht gezeigten ATÄ/ADÄH-Herstellungszone zurückgeleitet. Das ATÄ/ADÄH wird mit leichtem Lösungsmittel, das über Leitung 6 zugeführt wird, und leichtem (niedermolekularem) ATA. schwerem Olefin und schwerem Lösungsmittel aus Leitung 7 gemischt, und das schwere Olefin addiert sich unter Bildung von AlR3 an das ADÄH. Im allgemeinen liegt ein Überschuß der Olefine vor, um eine vollständige Alkylierung sicherzustellen, die über Leitung 8 zusammen mit AIR3 und Lösungsmittel zum Aufbaureaktor 9 gelangen. Das AIRj ist eine Mischung von ATÄ und Diäthylalkylaluminium, worin das Alkyl dem Olefin entspricht, das mit dem ADÄH reagiert. Das AIR3 wird mit Äthylen, das über Leitung 10 zugeführt wird, der Aufbaureaktion unterworfen, und das Aufbauprodukt gelangt dann über Leitung 11 zum Fraktionierer 12. Das leichte Lösungsmittel und die leichten Olefine werden über Kopf über Leitung 13 abgezogen und zur Leitung 14 geführt. Das leichte Lösungsmittel wird in nachfolgenden Arbeitsgängen von dem gewünschten Produkt abgetrennt. Die leichten Olefine können später zusammen mit zusätzlichem Äthylen für eine Verdrängungsreaktion eingesetzt werden, wenn Olefine als Endprodukte erwünscht sind, und sie können leicht von den Alkylaten oder Alkoholen abgetrennt werden, wenn Alkohole das gewünschte Produkt sind. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, diese leichten Olefine in Paraffine umzuwandeln, da die Olefine leichter oxydierbar sind und eine Quelle für Carbonylverbindungen und andere Verunreinigungen in dem Oxidationsprodukt darstellen. In diesem Fall wird dieser Strom hydriert. In jedem Fall gelangen das AlR3, die schweren Olefine und das schwere Lösungsmittel aus dem Fraktionierer 12 über die Leitung 15 zum Fraktionierer 16. Das schwere AIRj gelangt dann über Leitung 17 zur Ableitung 14 und gelangt dann über Leitung 18 zur weiteren Verarbeitung. Dabei kann es sich um eine umgekehrte Verdrängung oder um eine Oxidation mit anschließender Hydrolyse handeln. Der Überkopfstrom, der aus AlR3 mit niedrigem Molekulargewicht, Lösungsmittel und Olefinen aus dem Fraktionierer 16 besteht, gelangt über die Leitungen 19 und 7 zur Zone 4, wo er in der vorher beschriebenen Weise mit der ATÄ/ADÄH-Mischung umgesetzt wird.In the flow diagram of the process according to the invention shown in the drawing, ATÄ and ADÄH are passed via line 1 to distillation zone 2 in a heavy solvent. The ATÄ and ADÄH, together with a small amount of heavy solvent, pass overhead via line 3 to the thermal olefin alkylation zone 4. The solvent is returned via line 5 to the ATÄ / ADÄH production zone, not shown. The ATÄ / ADÄH is mixed with light solvent, which is fed in via line 6, and light (low molecular weight) ATA. mixed heavy olefin and heavy solvent from line 7, and the heavy olefin adds to the ADÄH to form AlR 3. In general, there is an excess of the olefins, in order to ensure complete alkylation, which reach the build-up reactor 9 via line 8 together with AIR3 and solvent. The AIRj is a mixture of ATÄ and diethylalkylaluminum in which the alkyl corresponds to the olefin that reacts with the ADÄH. The AIR3 is subjected to the build-up reaction with ethylene, which is fed in via line 10, and the build-up product then passes via line 11 to fractionator 12. The light solvent and the light olefins are drawn off at the top via line 13 and fed to line 14. The light solvent is separated from the desired product in subsequent operations. The light olefins can later be used together with additional ethylene for a displacement reaction if olefins are desired as end products, and they can easily be separated from the alkylates or alcohols if alcohols are the desired product. In some cases it may be desirable to convert these light olefins to paraffins because the olefins are more easily oxidizable and are a source of carbonyl compounds and other impurities in the oxidation product. In this case this stream is hydrogenated. In any case, the AlR 3 , the heavy olefins and the heavy solvent get from the fractionator 12 via the line 15 to the fractionator 16. The heavy AIRj then passes via line 17 to the discharge line 14 and then passes via line 18 for further processing. This can be a reverse displacement or an oxidation with subsequent hydrolysis. The overhead stream, consisting of low molecular weight AlR 3 , solvent and olefins from fractionator 16, passes via lines 19 and 7 to zone 4 where it is reacted with the ATÄ / ADÄH mixture in the manner previously described.
In dem Aufbaureaktor 9 findet in gewissem Maß eine umgekehrte Verdrängung statt, und die schweren Olefine sammeln sich in unerwünschten Mengen an. Deshalb ist die Leitung 20 mit einem Ventil 21 versehen. um derartige Olefine von Zeit /u Zeit abströmen zu lassen. Dabei strömt auch etwas von dem leichten AlR, und von dem schweren Lösungsmittel ab, die Menge isi jedoch sehr gering, und diese Materialien gelangen dann über die Leitungen 14 und 18 zu den weiteren Verarbeitungsstufen, wo sie zurückgewonnen werden können.In the build-up reactor 9, a reverse displacement takes place to a certain extent, and the heavy ones Olefins accumulate in undesirable amounts. The line 20 is therefore provided with a valve 21. in order to allow such olefins to flow off from time to time. Thereby some of the light AlR also flows, and on the heavy solvent, but the amount is very small and these materials then get on via lines 14 and 18 to the further processing stages, where they are recovered be able.
Zur weiteren Veranschaulichung, wie die Alkylketten des ATA in Richtung auf Materialien mit höheremTo further illustrate how the alkyl chains of the ATA move towards materials with higher
Molekulargewicht innerhalb eines bestimmten Bereichs verlängert werden, ist in der nachfolgenden Tabelle eine Material-Teilbilanz gezeigt. Alle Zahlen sind in Millionen Kilogramm angegeben. In dem gezeigten Fall liegt das Interesse bei Materialien von Cs und höher. Es zeigtMolecular weight extended within a certain range is shown in the table below Material partial balance shown. All figures are given in millions of kilograms. In the case shown lies the interest in materials of Cs and higher. It shows
sich, daß der Produktstrom, z. B. Strom 17, eine stark veränderte Verteilung gegenüber dem Strom 11 aufweist, der aus dem Aufbaureaktor kommt. Ähnliche Ergebnisse werden beispielsweise für Cio-Alkyle und höhere Alkyle erhalten.that the product stream, e.g. B. Stream 17, a greatly changed distribution compared to stream 11 which comes from the build-up reactor. Similar results are obtained, for example, for Cio-alkyls and obtain higher alkyls.
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