DE1952781B2 - Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von CarbonylverbindungenInfo
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Description
Die Herstellung von Aldehyden und Ketonen aus Kohlenwasserstoffen ist bekannt, gewöhnlich erfordert
sie jedoch ein verhältnismäßig teures Ausgangsmaterial oder einen Reaktionsweg, bei dem zunächst
Zwischenprodukte hergestellt werden. So wird beispielsweise
bei der Herstellung von Acetaldehyd aus einem Kohlenwasserstoff als Ausgangsmaterial gewöhnlich
Äthylen, ein verhältnismäßig teures Ausgangsmaterial, verwendet. In der DE-AS 1254628
wird ein Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen durch Oxidation von gesättigten aliphatischen
Kohlenwasserstoffen in flüssiger Phase mit einem sauerstoffhaltigen Gas bei erhi. Jter Temperatur
und erhöhtem Druck in Gegenwart von Schwermetallsalzen wechselnder Wertigkeit als Katalysatoren
beschrieben. Dabei muß dem flüssigen Ausgangsprodukt jedoch ein Keton mit einer α-Methylengruppe
zugesetzt werden, um die Reaktion zu fördern. Das Keton mit der α-Methylengruppe stellt einen wesentlichen
Bestandteil des Reaktionsgemische dar. Es wurde nun ein Verfahren gefunden, bei dem eine Beschickung
verwendet werden kann, der keine Ketone zugesetzt werden müssen. Die Erfindung betrifft daher
den im Patentanspruch beschriebenen Gegenstand.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden in der Schmelze vorzugsweise die Chloride des Kupfers verwendet.
Das Chlorid des nur in einer Wertigkeitsstufe vorkommenden Metalls, d. h. eines Metalls mit nur
einem positiven Wertigkeitszustand, das nicht-flüchtig und gegenüber der Einwirkung von Sauerstoff unter
den Verfahrensbedingungen beständig ist, wird zugesetzt, um eine Salzgemischschmelze von verringertem
Schmelzpunkt zu bilden. Als in nur einer Wertigkeitsstufe vorkommende Metallchloride kommen vorzugsweise
Alkalimetallchloride zur Anwendung, z. B. insbesondere Kalium- und Lithiumchlorid, es können
aber auch andere Metallchloride und Metallchloridgemische verwendet werden, z. B. die Schwermefallchloride
der Gruppen I, II, III und IV des Periodensystems, beispielsweise Zink-, Silber- und Thalliumchlorid.
Die in nur einer Wertigkeitsstufe vorkommenden Metallchloride werden im allgemeinen in
einer Menge zugesetzt, die ausreicht, um den Schmelzpunkt der Salzgemischschmelze auf eine
Temperatur unterhalb etwa 260° <" zu bringen; bei
spielsweise liegt im Falle eines Salzgemisches aus Kupferchlorid und Kaliumchlorid die Zusammensetzung
der Schmelze zweckmäßig zwischen etwa 20% und etwa 40% Kaliumchlorid, vorzugsweise in der
Gegend von etwa 30 Gew,-% Kaliumchlorid, wobei der Rest aus Kupferchlorid besteht Die Schmelze
enthält im allgemeinen mindestens S Gew.-% des Metallchlorids im höheren Wertigkeitszustand, jedoch
werden normalerweise größere Mengen 1UeVOrzugt
In manchen Fällen kann die Katalysatorschmelze einen Schmelzpunkt über 260° C haben, vorausgesetzt,
daß der Katalysator im Verlauf der Verarbeitungsstufen die Form einer Schmelze behält. Die
Schmelze kann auch ein Gemisch von in mehreren W«rtigkeitsstufen vorkommenden Metallhalogeniden
und/oder andere Reaktionspromotoren enthalten, z. B. Palladiumchlorid, beispielsweise in einer Menge
von 0,5-4,0 Gewichtsprozent
Als Einsatzmaterialien können eine oder mehrere der folgenden Verbindungen verwendet werden: Alkane
mit 1-18 Kohlenstoffatomen, z.B. Methan, Äthan, Propan und die verschiedenen Butane, wobei
hauptsächlich der entsprechende Aldehyd und in manchen Fällen kleine Mengen Keton gebildet werden;
ein Cycloalkan mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, z. B. Cyclohexan und Cyclododecan, wobei das entsprechende
Keton gebildet wird. Wenn das Einsatzmaterial zwei oder mehrere derartige Verbindungen
enthält, so erhält man ein Gemisch von Carbonylverbindungen.
Als sauerstoffhaitiges Gas kann beispielsweise Luft
dienen. Bevorzugte Temperaturen liegen bei 285 ° bis 455 ° C. Der Kontakt erfolgt vorzugsweise im Gegenstrom,
wobei die kohlenwasserstoffhaltige Beschikkungund das sauerstoffhaltige Gas in Form einer kontinuierlichen
Dampfphase vorliegen, unter Einhaltung von Verweilzeiten von etwa 1 bis etwa 100 Sekunden.
Die Wahl optimaler Reaktionsbedingungen hängt von den im Einzelfall angewendeten Reaktionsteilnehmern
ab. Im Verlauf der Umsetzung werden auch Nebenprodukte gebildet, beispielsweise tritt auch eine
gewisse Dehydrierung, des Einsatzmaterials auf, insbesondere bei höheren Temperaturen innerhalb des
vorstehend angegebenen Temperaturbereichs, und die Reaktionsbedingungen werden daher im allgemeinen
so gewählt und gesteuert, daß eine derartige Nebenproduktbildung, so gering wie möglich bleibt.
Die Abtrennung der sich ergebenden Nebenprodukte zur Gewinnung des erwünschten Produkts kann nach
üblichen Arbeitsmethoden erfolgen.
Die Schmelze ist, zusätzlich zu ihrer Wirkung als Reaktionsteilnehmer und/oder Katalysator, gleichzeitig
ein temperaturregelnder Stoff. Die zirkulierende Schmelze hat eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit
und verhindert hierdurch ein Durchgehen der Umsetzung bei der exothermen Oxydation. Die aufgenommene
Reaktionswärme kann dazu benutzt werden, die verschiedenen Reaktionsteilnehmer auf die
Reaktionstemperatur zu erhitzen. Alternativ oder zusätzlich zu einer derartigen Maßnahme kann die
Schmelze mit einem Kühlmittel in Form eines inerten Gases in Berührung gebracht werden, um jegliche
überschüssige Reaktionswärme zu entfernen, wobei das Inertgas nachfolgend gekühlt und zur Wärmeentfernung
aus der Schmelze wiederverwendet wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsform in Verbindung mit der anliegenden
Zeichnung weiter veranschaulicht. In der Zeichnung
ist ein vereinfachtes schematiches FUeGbQd für die
Durchführung einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt
Gemäß der Zeichnung wird ein sauerstoffhaltiges Gas, z, B, Luft, und ein zu einer Carbonylverbindung
umzusetzendes Einsat2material, z. B. Athan, durch eine Leitung, 10 in einen Reaktor 11 eingeführt, der
eine geeignete Packung 12 oder irgendwelche anderen Einrichtungen zur Herbeiführung einer innigen Berührung
von Flüssigkeit und Dämpfen aufweist. Eine Schmelze, die das in mehreren Wertigkeitsstufen vorkommende
Metallhalogenid in sowohl seinem höheren als auch seinem tieferen Wertigkeitszustand enthält,
z.B. ein Gemisch von Kupfer(ü)- und Kupferchlorid, wird in den Reaktor 11 durch eine
Leitung 13 in schmelzflüssigem Zustand eingeführt und tritt in Gegenstromberührung mit dem durch die
Leitung W eingeführten Gemisch- Die Schmelze enthält
z. B. ein Alkalichlorid, z. B. Kaliumchlorid. Als Ergebnis dieser Berührung von Schmelze und Einsatzmaterial
wird das Einsatzmateri&l zu der entsprechenden Carbonylverbindung umgewandelt.
Ein Ausfluß, der die Carbonylverbindung enthält, wird im Kopf des Reaktors 11 mit einer Kühlflüssigkeit
in Berührung gebracht, die durch eine Leitung 14 eingespeist wird; dies führt zu einer Kondensation
von verdampften Anteilen der Schmelze und zu einer Verdampfung von Kühlflüssigkeit. Das Gemisch aus
verdampfter Kühlflüssigkeit und Ausfluß wird aus dem Reaktor 11 durch eine Leitung 15 abgezogen und
in einen Zyklonabscheider 16 eingeführt, in dem eine Abtrennung von mitgeführten Katalysatoranteilen
erfolgt. Der abgetrennte Katalysator wird von dem Abscheider 16 durch eine Leitung 17 abgezogen und
zu dem Reaktor 11 zurückgeführt. Das verbleibende Gemisch aus Ausfluß und verdampfter Kühlflüssigkeit
wird von dem Abscheider 16 durch eine Leitung 18 abgezogen und durch einen Kondensator 19 geführt,
um eine Kondensation der Kühlflüssigkeit herbeizuführen, worauf das Gas-Flüssigkeits-Gemisch in einen
Abscheider 21 eingespeist wird. Die Kühlflüssigkeit wird von dem Abscheider 21 durch die Leitung 14
abgenommein und zu dem Reaktor 11 zurückgeführt. Der Ausfluß wird von dem Abscheider 21 durch eine
Leitung 22 abgezogen und zu einer Trenn- und Gewinnungseinrichtimg geleitet.
Die Schmelze, die infolge Aufnahme der Reaktionswärme nunmehr eine erhöhte Temperatur hat.
wird von dem Reaktor 11 durch eine Leitung 31 abgezogen und in den Kopf eines Behälters 32 eingeführt,
der mit geeigneten Packungen 33 oder anderen Gas-FlüssigkeitS'Berührungseinrichtungen
ausgestattet ist. Ein inertes Kühlgas wird durch eine Leitung 34 am Boden des Behälters 32 zugeführt und tritt in Gegenstromberührung
mit der abwärts rieselnden Schmelze, um eine Kühlung der Schmelze herbeizuführen.
Die vom Boden des Behälters 32 durch die Leitung 13 abgezogene Schmelze, die durch das Inberührungbringen
mit dem Inertgas gekühlt worden ist, wird dann zu dem Reaktor 11 zurückgeführt.
Das erhitzte Inertgas wird im Kopf des Behälters 32 mit einer Kühlflüssigkeit in Berührung gebracht,
die durch eine Leitung 35 eingespeist wird; dies führt zu einer Kondensation von verdampften Anteilen der
Katalysatorschmelze und zu einer Verdampfung der Kühlflüssigkeit. Die verdampfte Kühlflüssigkeit und
das Ineirtgas werden von dem Behälter 32 durch eine Leitung 36 abgezogen und in einen Zyklonabscheider
37 eingeführt, in dem eine Entfernung von mitgeführtem
Katalysator erfolgt. Der abgetrennte Katalysator wird von dem Abscheider 37 durch eine Leitung 38
abgenommen und zu dem Behälter 32 zurückgeführt. Daß verbleibende Gemisch aus verdampfter Kühlflüssigkeit
und Inertgas wird von dem Abscheider 37 durch eine Leitimg 39 abgezogen und durch einen
Kondensator 41 geführt, um eine Kondensation und Kühlung der Kühlflüssigkeit herbeizuführen, worauf
das Gas-Flüssigkeitsgemisch in einen Abscheider 42 eingespeist wird. Die nunmehr gekühlte Kühlflüssigkeit
wird von dem Abscheider 42 durch die Leitung 35 abgenommen und zu dem Behälter 32 zurückgeführt.
Das gekühlte Inertgas wird von dem Abscheider 42 durch eine Leitung 43 abgezogen und ggf. zu dem
Behälter 32 zurückgeführt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können beispielsweise das sauerstoffhaltige Gas und
das Einsatzmaterial getrennt in den Reaktor 11 eingeführt werden. Weiterhin kann die Schmelze in einer
anderen Weise, als das vorstehend 'r„schrieben wurde,
gekühlt werden.
Ein wesentlicher technischer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß Carbonylverbindungen
aus mannigfaltigen Einsatzmaterialien in einem einzigen Reaktor hergestellt werden
können, wobei im Gegensatz zu bisherigen Verfahren dem Ausgangsmaterial keine Ketone als Reaktionspromotoren
zugesetzt werden müssen. Auch die Möglichkeit aliphatische Aldehyde durch Oxidation von
gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen herstelien zu können, ist vorteilhaft.
Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels weiter veranschaulicht.
Beispiel
Dieses Beispiel veranschaulicht die Oxydation von
Dieses Beispiel veranschaulicht die Oxydation von
Propan. | Verweilzeit | 496° C |
Reaktionstemperatur | Versuchsdauer | 0,98 bar |
Reaktionsdruck | Stündliche Raumströmungs | 30 |
Salzschmelze: KCl | geschwindigkeit des Gases | 53 Gew.-% |
CuCl | (GHSV) | 17 Gew.-% |
CuCI2 | Zuführungsrate: Propandampf | 4,9 Sekunden |
Luft | 1,75 Stunden | |
Propanumwandlung | ||
Produkte: | ||
Komponente | 140 | |
0,52 g-Mol/h | ||
0,30 g-Mol/h | ||
CH4 | 18,1% | |
CO2 | ||
C2H4 | Mol-%, bez. auf | |
CbH6 | umgewandeltes | |
C3H6O (Propylenoxyd) | Propan | |
Ketone und Aldehyde (berechnet | 2,2 | |
als Propionaldehyd) | 2,1 | |
Organische Chloride | 9,5 | |
62,6 | ||
Chlor als HCl im Produkt | 1,0 | |
22,6 | ||
Spuren | ||
100,0 | ||
0,0OK g-Mol/h |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen durch Oxydation von Alkanen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder Cycloalkanen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen mit einem sauerstoffhaltigen Gas bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von SchwennetaUsalzen wechselnder Wertigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man das Alkan oder Cycloalkan und das sauerstoffhaltige Gas mit einer Schmelze eines Chlorids von sowohl in seinem höheren als auch in seinem tieferen Wertigkeitszustand vorhandenem Mangan, Kobalt, Eisen, Chrom und/ oder Kupfer und zusätzlich eines nur in einer Wertigkeatsstufe vorkommenden Metallchlorids bei einer Temperatur zwischen 260° und 510° C und bei eiinem Druck von 0,98 bis 29,4 bar in Berührung bringt.
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