DE2109025A1 - - Google Patents
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Description
DR. E. WIEGAND DiPL-ING. W. NIEAUNN 2109025
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
TELEFON: 555476 8000 MÖNCHEN 15, 25.2.1971
V. 40 357/71
Ajinomoto Co., Inc. Chuo-ku, Tokyo (Japan)
Verfahren zur Herstellung von Essigsäure
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Essigsäure durch Isomerisation von Methylformiat. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein selektives und wirksames Isomerisierungsverfahren von Methylformiafc
zu Essigsäure durch Erhitzen der erstgenannten Verbindung in Gegenwart eines Rhodiumkatalysators, eines Halogenpromotors
und Kohlenmonoxyd.
Es ist aus der britischen Patentschrift 628 161 bekannt, daß Essigsäure aus Methylformiat in bestimmter
V/eise hergestellt werden kann. Gemäß dem bekannten Verfahren wird Methylformiat zu Essigsäure in Gegenwart
eines Eisen-, Nickel-oder Kobaltkatalysators und einem freien Halogen bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise
zwischen 300 bis 400° C, isomerisiert. Dieses Verfahren ist jedoch wegen niedriger Ausbeuten an Essigsäure
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und großer Mengen an Nebenprodukten, wie Ameisensäure,
Methan, Kohlendioxyd und Methylacetat nachteilig und kann daher technisch nicht angewendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Überwindung der obengenannten Nachteile und die Schaffung eines
verbesserten und wirtschaftlicheren und technisch ausführbaren Isomerisierungsverfahrens zur Herstellung
von Essigsäure aus Methylformiat. Gemäß der Erfindung wird Methylformiat zu Essigsäure in hohen Ausbeuten
und selektiv bei erhöhten Temperaturen in Gegenwart von Kohlenmonoxyd und eines Katalysatorsystems, das im
wesentlichen aus einem Ehodiumkatalysator und einem
Halogenpromotor besteht, umgewandelt.
Für die Zwecke der Erfindung können Rhodiumraetall
und die folgenden Rhodiumverbindungen als Rhodiumkatalysator angewendet v/erden: Rhodiumoxyd, Rhodiumhydroxyd,
ein Rhodiumhalogenid, wie RhCl,, RhBr, oder RhJ,, Qinff Οΰ-i χ
anorganische^, a^äure, wie Rh9(SO.)-, oder Rh(NO,),, ?■_/?■£?_??%
ein)? organ ische;t,Seie§äure, wie Rh(C-J-H-Zj-COO)',, eine organische
Rhodiumverbindung, wie Rh2(CO)^Cl2
Rh(CO)Cl /(C6H5)^Pj2, Rh^(C6H5 )5p72 (CH3J)2,
RhCl/(C6H5 J3P7^H2, RhCl(CO)/"(C6H5)3As_72, BhJ(CO)/
KtRh2Br2(SnBr,). oder dergleichen. Von diesen Rhodiumkatalysatoren
v/erden Rhodiumhalogenide und organische Rhodiumverbindungen für die Isomerisationsreaktion gemäß
der Erfindung besonders bevorzugt. Sie sind bekannt als bevorzugte Katalysatoren für die Carbonyliomngsreaktion
von Methanol zur Erzeugung von Essigsäure.
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OfIiGlNAL INSPECTED
Als Halogenpromotor können ein freies Halogen und verschiedene Halogenverbindungen Anwendung finden,
wie zum Beispiel Halogenmoleküle, Halogenwasserstoffe,
Alkylhalogenide, insbesondere Methyllialogenide, Athylhalogenide
und Äthylendihalogenide, Arsoniumhalogenide
und Stiboniumhalogenide. Von diesen Halogenpromotoren werden die jodenthaltenden Verbindungen besonders bevorzugt.
Die Menge des zu verwendenden Halogenpromotors ist davon abhängig, ob die Rhodiumkatalysatorverbindung den
Halogenanteil enthält oder nicht. In jedem Pail sollte jedoch das Katalysatorsystem den Rhodiumanteil und den
Halogenanteil im allgemeinen in Verhältnissen von 1 1000
Atomen Halogen je Atom Rhodium und vorzugsv/eise im Verhältnis von 2 - 200 Atomen Halogen je Atom Rhodium enthalten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann entweder in der Gasphase oder in der flüssigen Phase ausgeführt
werden.
Wenn das Verfahren in der flüssigen Phase ausgeführt wird, wird ein Rhodiumkatalysator im Verhältnis von OjΟΙΟ,
5 Atom, vorzugsweise 0,01-0,1 Atom je Molekül des Methylformiates, angewendet. Eine Mischung von Methylfcrmiat
und einer geeigneten Menge des Katalysatorsystems wird mit Kohlenmonoxyd versehen und auf eine Temperatur von ICO-3000C,
vorzugsweise 150-25O0C, und bei einem Druck von 10
oder mehr Atmosphären, vorzugsv/eise 30-100 Atmosphären, (auf Raumtemperatur umgerechnet) erhitzt.
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Das Ausgangsmaterial Methylformiat und das sich ergebende
Produkt Essigsäure, wirken als Reaktionsmedium für die Reaktion in flüssiger Phase. Es kann jedoch Essigsäure als
zusätzliches Reaktionsmedium der Ausgangsmischung hinzugefügt
werden. Es kann auch als zusätzliches Reaktionsmedium Methanol, Triphenylphosph.it, das als Ligand des Rhodiumkatalysators
v/irksam ist, oder dergleichen praktische Anwendung finden. Obwohl irgendein Inertgas in den Reaktor
eingeführt werden kann, um in ihm überatmosphärische Drücke
zu verursachen, kann Kohlenmonoxyd, das bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung notwendigerweise angewendet
wird, oder ein Kohlenmonoxyd enthaltendes Gas, wie Synthesegas, mit Vorteil hinsichtlich der Verhinderung der
Zersetzung des Ausgangsmaterials Methylformiat, der Stabilisierung
τοπ Katalysatoren und erhöhter Ausbeuten an
gewünschtem Produkt Essigsäure, verwendet werden.
Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung in der Gasphase ausgeführt wird, kann der Rhodiumkatalysatcr vorteilhafterweise
angewendet werden, wenn er auf einem Träger, wie Aktivkohle, Aluminiumoxyd, Siliciumdioxydgel, Siliciumdioxydaluminiumoxyd,
Magnesiumoxyd, oder zeolithische Molekularsiebe,
getragen wird. Ein auf einem solchen Träger getragener Rhodiumkatalysator kann in üblicher Weise hergestellt werden.
Beispielsweise wird ein feinzerteiltes Rhodiummetall oder eine Rhodiumverbindung in einem geeigneten Medium gelöst
oder suspendiert. Die Lösung oder Suspension wird mit einem Trägermaterial undgewünschtenfalls einer Substanz gemischt,
die allgemein dafür bekannt ist, daß sie Liganden für einen organischen Rhodiumkomplex bildet, wie Triphenylphosphin,
Triphenylstiben oder Tributylarsen.
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Das Medium wird aus der Mischung entf ernt^ und der Rückstand
wird in einen festen Trägerkatalysator mit einer geeigneten Form umgewandelt. Es kann ein Halogenpromotormaterial zusammen
mit einem Rhodiumkatalysatormaterial gelöst oder suspendiert und schließlich einem Rhodiumträgerkatalysator
einverleibt werden. Es kann auch getrennt im gasförmigen Zustand in den Reaktor eingebracht werden, wenn die Isomerisierungsreaktion
ausgeführt wird.
Erwärmtes gasförmiges Methylformiat, Kohlenmonoxyd
und gegebenenfalls ein Halogenpromotormaterial werden in einen Isomerisierungsreaktor eingebracht, der mit einem
Trägerkatalysator gepackt oder beschickt und auf (Temperaturen
von 100-3000C, vorzugsweise 150-25O0Cj gehalten ist.
In dem Fall einer Gasphasenreaktion sind überatmosphärisehe
Brücke nicht notwendigerweise erforderlich, und es werden gewöhnlich Drücke von 1-100 Atmosphären (auf
Raumtemperatur umgerechnet) angewendet. Der gasförmige Reaktionsausfluß aus dem Reaktor wird gekühlt
und einer Gas- Flüssigkeitstrennung unterworfen.
Essigsäure wird durch ein übliches Verfahren getrennt, zum Beispiel durch fraktionierte Destillation aus einer
flüssigen Reaktionsmischung, die durch eine Reaktion in der flüssigen Phase oder durch eine Reaktion in der Gasphase
erhalten ist, wobei beide Reaktionen vorstehend beschrieben sind.
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Das Isomerisierungsverfahren gemäß der Erfindung
weist viele Vorteile auf, wie hohe und gleichbleibende Aktivität des Katalysators und höhere Selektivität und
höhere Ausbeuten an Essigsäure, im Vergleich mit dem bekannten Isomerisierungsverfahren zur Erzeugung von Essigsäure,
und ist demgemäß vom technischen und wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen vorteilhafter. Die Erfindung
wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert:
Es wurden in einen Autoklaven von 100 ml Passungsvermögen
aus einer Nickellegierung (HastelLoy-C) 103,8 mg Bis-(tripheny!phosphin)-rhodiumoarbonylehlorid (Rh(CO)Cl
/(C6H5)3e/2), 30,Og (500 mmol) Methylformiat und 5,77 g
(40,6 mmol Methyljodid eingebracht. Es wurde dann Kohlenmonoxyd
in den Autoklaven bei einem Druck von 50 Atmosphären (Raumtemperatur) gedrückt.
Der Autoklav wurde geschlossen und auf 2000C erhitzt
und auf dieser Temperatur unter Schütteln 3 Stunden gehalten (wobei 42 mmol Kohlenmonoxyd absorbiert wurden), wodurch
die Reaktion ausgeführt wurde.
Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und der Druck aufgehoben.
Die flüssige Reaktionsmischung wurde aus dem Autoklaven
genommen^ und ein kleiner Teil wurde auf seine Zusammensetzung mittels Gas- Flüssigkeitschromatographie,
untersucht.
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Bei dieser Untersuchung wurde festgestellt, daß die Reaktionsmischung 488 mmol Essigsäure (97j6 % Ausbeute),
32,5 mmol Methyljodid (80 % Wiedergewinnung) und eine
Spur Methylformiat enthielt und daß kein Methylacetat
oder Methanol in der Reaktionsmischung enthalten war.
Die verbleibende Reaktionsmischung wurde in einen 50 ml Kolben eingesetzt, der mit einem Destillieraufsatz
und einer Torlage ausgerüstet war, und fraktionierter Destillation bei Atmosphärendruck unterworfen.
4,54 g der niedriger siedenden Komponente (Kp 25-45°C), die hauptsächlich aus Methyljodid bestand, wurde
zunächst fraktioniert und dann29,0 g der höher siedenden
Komponente (Kp 110-1200G), die hauptsächlich aus Essigsäure
bestand. Die Reinheit der rohen Essigsäure, die durch Gas- Flussigkeitschromatographie bestimmt wurde,
betrug 98^5 f». Die Essigsäureausbeute lag bei 95 #.
Es wurde die gleiche Arbeitsweise, wie in Beispiel 1 beschrieben, wiederholt mit der Ausnahme, daß 41,4 mg
Rhodiumchloridtrihydrat (RhCl^.3H2O) an Stelle von
Bistriphenylphosphinrhodiumcarbonylchlorid verwendet
wurden. 25 mmol Kohlenmonoxyd wurdenabsorbiert.
Die flüssige Reaktionsmischung wurde mit Gas-Flüssigkeitschromatographie
geprüft und die Ergebnisse zeigten, daß die Mischung 402 mmol CIUCOOH, 4 mmol CH5COOCH3,
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5 mmol HCOOCH, und 31 j7 mmol CH,J enthielt, aber kein
CH5OH.
Es wurde die gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 1 wiederholt, mit. der Ausnahme, daß 29j8 mg Dirhodiumtetracarbonyldichlorid
(Rh2(CO)^Cl2) an Stelle von Bis(triphenylphosphin)rhodiumcarbonylchlorid
verwendet wurden. 19 mmol Kohlenmonoxyd wurden absorbiert.
Die flüssige Reaktionsmischung wurde mit Gas- Flüssigkeitschromatographie
geprüft und die Ergebnisse zeigten, daß die Mischung 148 mmol CH5COOH, 36 mmol CH5COOCH5,
284 mmol HCOOCH5 und 34^4 mmol CH5J enthielt, aber kein
CH5OH.
7,17 g Rhodiumchlpridtrihydrat wurden in 150 ml
destilliertem Wasser gelöst und 90 g Aktivkohle einer Korngröße von etwa 0,5 bis 1,4 mm (12 bis 32 Maschen)
wurden zu der sich ergebenden Lösung gegeben. Die Mischung wurde teilweise bei 25°C 20 Stunden lang luftgetrocknet
und dann bei 120 C 8 Stunden lang vakuumgetrocknet. Die
getrocknete Mischung wurde in Stickstoffatmosphäre
bei 275°C eine Stunde lang calciniert, wobei ein Rhodiumkatalysator mit einem Aktivkohlenträger erhalten wurde.
Ein 60 ml Bett des so hergestellten Rhodiumkatalysators,
der zwischen zwei Aktivkohlelager angeordnet
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war, wurde in einem vertikalen Glasreaktor von 4 cm Durchmesser und 150 cm Länge angeordnet.
Die Isomerisierung von Methylformiat zu Essigsäure wurde in der Gasphase ausgeführt, wobei durch
den Reaktor, der auf 2000G gehalten wurde, gasförmiges Methylformiat, gasförmiges Methyljodid und Kohlenmonoxyd
2 1/2 Stunden lang bei Durchflußleisbungen von 98 g je Stunde, 14 g je Stunde bzw. 92 g je Stunde
durchgeleitet wurden.. Der absolute Druck innerhalb des Reaktors betrug 800 mm Hg.
Das aus dem Reaktor ausströmende Gas wurde auf -10°C abgekühlt und einer Gas- Flüssigkeitstrennung
unterworfen, wobei eine 260 ml Flüssigkeitsreaktionsmischung erhalten wurde (nach 2 l/2 Stunden).
Die Gas- Flüssigkeitschromatographieanalyse der Reaktionsmischimg zeigte, daß A» je 100 ml der Mischung
9,5 g CH5OOOH, 12,0 g OH3GOOCH3, 60,0 g HCOOCH5, 5,0 g
HCOOH, 12j0 g CH5J und 2,0 g CH5OH enthalten waren.
Ein 50 ml Bett des gleichen Rhodiumkatalysators wie in Beispiel 4» der zwischen zwei Aktivkohlelagern
angeordnet war, wurde in einem vertikalen rostfreien Stahlreaktor von 15*cm Durchmefoer und 200 cm Länge
angeordnet.
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2109G25 - ίο -
Die Isomerisierutigsreaktion wurde ausgeführt,
indem durch den Reaktor, der auf 25O0G gehalten wurde,
gasförmiges Methyljodid, gasförmiges Methylformiat und
Kohlenmonoxyd 6 Stunden lang bei Durchflußraten von 647 g je Stunde, 116 g je Stunde bzw. 815 g «je Stunde
durchgeleitet wurden. Der gesamte Druck betrug 25 Atmosphären.
Das aus dem Reaktor ausströmende Gas wurde auf 0 C abgekühlt und einer Gas- Flüssigkeitstrennung unterworfen,
wobei eine flüssige Reaktionsmischung von 4,02 L erhalten wurde, das aus dem Gas- Flüssigkeitsseperator ausströmende
Gas wurde weiterhin mittels einer in Trockeneis-Methanol eingetauchteu Falle auf -700C gekühlt, wobei
258ml Flüssigkeit in der Falle erhalten wurden.
Beide Flüssigkeiten wurden vereinigt und durch Gas-Flüssigkeitschromatographie
analysiert. Die Ergebnisse zeigten, daß in JeIOO ml der Mischung 37,6 g GH5COOH, 4,02 g
CH3COOCH3, 45,1 g HCOOGH3, 1,09 g HCOOH, 15,3 g CH3J und
0,019 g CH3OH enthalten waren.
Die Ausbeute an Essigsäure bezogen auf das verbrauchte Methylformiat betrug 94,8 fo und die Wiedergewinnung von
Methyljodid lag bei 92,7 $. Das Gleichgewicht der Reaktion
betrug 100,5 c/°.
Es wurde die gleiche Arbeitsweise, wie in Beispiel 1 beschrieben, wiederholt mit der Ausnahme, daß an Stelle
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-η -
von Kohlenmonoxyd ein Synthesegas aus Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff in einem Volumenverhältnis von 1 : 1 in den Autoklaven "bei 100 Atmosphären (bei Raumtemperatur)
gepresst wurde. 19 mmol des Synthesegases wurden absorbiert.
Die erhaltene flüssige Reaktionsmischung wurde mit Gas- Flüssigkeitschromatographie analysiert und
sie enthielt, wie gefunden wurde, 483 mmol CH,COOH,
eine Spur CH5COOCH5 und 29,8 mmol CH-,J.
10 g Bis-(triphenylphosphin)-riiodiumcarbonylchlorid
wurden in 300 ml Chloroform gelöst und 140 g Aktivkohle einer Korngröße von etwa 0,5 his 1,4 mm (12 bis
32 M&ao&en) wurden zu der sich ergebenden Lösung hinzugegeben.
Das überschüssige Lösungsmittel wurde entfernt; dann wurde bei Raumtemperatur 1 Std. vaknumgetrocknei
Die getrocknete Mischung wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei 200 C 1 Stunde lang calciniert, wobei
ein Rhodiumkatalysator mit einem Aktivkohleträger erhalten wurde.
Ein 6 ml Bett auf der Aktivkohleschicht (4 ml) des so
hergestellten Rhodiumkatalysators wurde in einem Glasrohr von 8 -βοΓ Durchmesser und 400 mm Länge angeordnet^
und dann, wurde dieses Glasrohr in den vertikalen korrosionsbeständigen Reaktor eingesetzt.
S i-i ■-
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Die Isomerisierung von Methylformiat zu Essigsäure wurde in der Gasphase ausgeführt, wobei der Reaktor, der
auf 2400C gehalten wurde, von gasförmigem Methylformiat,
gasförmigem Methyljodid und Kohlenmonoxyd 360 Stunden
lang bei Durchflußraten von" 30 g je Stunde, 1,5 g je
Stunde, bzw.*efirg je Stunde durchströmt wurde. Der absolute
Druck innerhalb des Reaktors betrug 15 Atmosphären.
Das aus dem Reaktor ausfließende Gas wurde auf O0C
gekühlt und dann über -70°C hinaus gekühlt und der Gas-Flüssigkeitstrennung unterworfen, wobei eine flüssige
Reaktionsmischung von 34 ml je Stunde erhalten wurde.
Die Gas- Flüssigkeitschromatographieanalyse der Reaktionsmischung zeigte, daß in je 100 ml der Mischung
37,Og CH3COOH, 47,8 g*2(}$OCH3, 2,1 g HCOOCH3 und 7,5 g
CH,J enthalten waren.
/•■22.2
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Claims (1)
- ϊ109025PatentanspruchVerfahren zur Herstellung von Essigsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man Methylformiat in Gegenwart von Kohlenmonoxyd und eines Katalysatorsystems, das aus einem Rhodiumkatalysator und einem Halogenpromotor zusammengesetzt ist, erhitzt.109837/1650
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