DE2147115A1 - - Google Patents

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DE2147115A1
DE2147115A1 DE19712147115 DE2147115A DE2147115A1 DE 2147115 A1 DE2147115 A1 DE 2147115A1 DE 19712147115 DE19712147115 DE 19712147115 DE 2147115 A DE2147115 A DE 2147115A DE 2147115 A1 DE2147115 A1 DE 2147115A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/36Preparation of carboxylic acid esters by reaction with carbon monoxide or formates

Description

9 1 L 7 1 19 1 L 7 1 1

PATENTANWÄLTE A I *♦ / I IPATENTANWÄLTE A I * ♦ / I I DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIPP DR. A. ν. FÜNBR DIPL. ING. P. StRBHLDR. O. DITTMANN K. L. SCHIPP DR. A. ν. FIVE BR DIPL. ING. P. StRBHL

8 MÜNCHEN Θ0 MARIAHILFPLATZ 2 ft S8 MUNICH Θ0 MARIAHILFPLATZ 2 ft S

DA-4447DA-4447

Beschreibung zu der PatentanmeldungDescription of the patent application

der Firmaof the company

AJINOMOTO CO., INC. 7, 1-chome, Takara-cho, Chuo-ku, Tokyo, JapanAJINOMOTO CO., INC. 7, 1-chome, Takara-cho, Chuo-ku, Tokyo, Japan

betreffend
Verfahren"zur Herstellung von Methylformiat
concerning
Process "for the preparation of methyl formate

Priorität vom 21. Sept. 1970, Nr. 45-81958, JapanPriority Sept. 21, 1970 No. 45-81958, Japan

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Methylformiat und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Methylformiat aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff.The invention relates to the production of methyl formate and, more particularly, to a process for the production of methyl formate from carbon monoxide and hydrogen.

Die Herstellung von Methylformiat aus Methanol und Kohlenmonoxid in der Gasphase oder in flüssiger Phase bei erhöhtem Druck sowie in Gegenwart eines alkalischen Katalysators [vgl. Brit. Patentschriften 970 072 und 108 454; Indian J. Technol., JSj. [8], 266-7 (1967)] und die Herstellung von Methanol mitThe production of methyl formate from methanol and carbon monoxide in the gas phase or in the liquid phase at increased Pressure and in the presence of an alkaline catalyst [cf. Brit. Patents 970,072 and 108,454; Indian J. Technol., JSj. [8], 266-7 (1967)] and the production of methanol with

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guter Ausbeute aus einem Gemisch von Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis von 1 : 2 [vgl. Chem. & Process Engg., 1968 [6], 69; Brit. Patentschrift 1 010 871, Hydrocarbon Processing, 40 [11], 202 (1969)] sind bekannt.good yield from a mixture of carbon monoxide and hydrogen in a molar ratio of 1: 2 [cf. Chem. & Process Engg., 1968 [6], 69; Brit. U.S. Patent 1,010,871, Hydrocarbon Processing, 40 [11], 202 (1969)] are known.

Die Synthese von Methylformiat nach den oben beschriebenen Methoden würde eine Reinigung des CO-E^-Gemisches für die Methanolsynthese und die Abtrennung des Wasserstoff gas es aus den nicht umgesetzten Gasen erfordern, weil aus den nicht umgesetzten Gasen, die von der Methanolsynthese herrühren, keine Ausgangsmaterialien hergestellt werden können, die für die Methylformiat-Synthese geeignet sind. Die Kombination der beiden bekannten Methoden zur Synthese von Methanol und zur Synthese von Methylformiat aus Methanol würde somit eine komplexe Verfahrensführung erforderlich machen, so daß ein derartiges Vorgehen nicht wirtschaftlich ist«The synthesis of methyl formate by the methods described above would be a purification of the CO-E ^ mixture for the Methanol synthesis and the separation of the hydrogen gas from it the unconverted gases, because from the unconverted gases resulting from the methanol synthesis, no starting materials can be prepared which are suitable for methyl formate synthesis. The combination of the two known methods for the synthesis of methanol and for the synthesis of methyl formate from methanol would thus be a complex one Make procedural conduct necessary so that such a procedure is not economical "

Es wurde nun gefunden, daß Methylformiat kontinuierlich aus einem einzigen Strom aus vermischtem Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas mit ausgezeichneten Ausbeuten hergestellt werden kann, wenn man der Verfahrensweise folgt, die im beiliegenden Fließschema erläutert ist.It has now been found that methyl formate is produced continuously from a single stream of mixed carbon monoxide and hydrogen gas can be prepared in excellent yields if one follows the procedure outlined in the enclosed Flow sheet is explained.

Erste StufeFirst stage

Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis von höchstensCarbon monoxide and hydrogen in a molar ratio of at most

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2 : 1 und Methanol v/erden in Gegenwart eines alkalischen Katalysators bei erhöhtem Druck gehalten, bis sich höchstens die Hälfte des Kohlenmonoxids mit dem Methanol unter Bildung von Methylformiat umgesetzt hat. Dabei wird mit einer Methanolmenge gearbeitet, die für eine solche Reaktion mindestens ausreichend ist.2: 1 and methanol v / ground in the presence of an alkaline catalyst kept at elevated pressure until at most half of the carbon monoxide has reacted with the methanol to form methyl formate. It is with worked an amount of methanol that is at least sufficient for such a reaction.

Zweite StufeSecond step

Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird vermindert, bis sich das gebildete Methylformiat als Flüssigkeit von den nicht umgesetzten Gasen abtrennt. Ss kann dann aus dem System entnommen werden.The temperature of the reaction mixture is reduced, until the methyl formate formed separates as a liquid from the unconverted gases. Ss can then from the System.

Dritte StufeThird step

Die nicht umgesetzten Gase werden alt kaltem Methanol zur Entfernung von in der zweiten Stufe nicht gebrauchten Bestandteilen gewaschen, worauf die Waschflüssigkeit in die erste Stufe zurückgeleitet oder nach einer Fraktionierung in die dritte Stufe zurückgeführt werden kann.The unconverted gases are washed with cold methanol to remove constituents not used in the second stage, whereupon the washing liquid can be returned to the first stage or, after fractionation, returned to the third stage.

Vierte StufeFourth stage

Bas gewaschene Gas, das im wesentlichen aus reinem Kohlen-Bas washed gas, which consists essentially of pure carbon

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monoxid und Wasserstoff besteht, wird in Gegenwart eines Katalysators für die Methanolsynthese in an sich bekannter Weise zu Methanol umgesetzt. Ein Teil des Methanols kann in die dritte Stufe zurückgeführt v/erden und der Rest des Reaktionsprodukts kann in die erste Stufe geleitet werden. Das nicht umgesetzte Gas wird in die vierte Stufe zurückgeführt. monoxide and hydrogen is in the presence of a catalyst for the methanol synthesis in itself known Way converted to methanol. Part of the methanol can be returned to the third stage and the remainder of the Reaction product can be passed into the first stage. The unreacted gas is returned to the fourth stage.

•Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann das Anfangsgasgemisch durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen in Erdöl oder Erdgas hergestellt werden. Es können aber auch andere bekannte Methoden hierzu herangezogen werden, z.B. die partielle Oxidation von Koks und die Reformierung von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Kohlendioxid und Wasserdampf. Schließlich können geeignete Gemische von Kohlenmonoxid und Wasserstoff verwendet werden, die nebenprodukte vieler technischer Verfahren, z.B. der Herstellung von Acetylenkohlenwasserstoffen aus anderen Kohlenwasserstoffen darstellen. Das Gemisch sollte das Kohlenmonoxid und den Wasserstoff in einem Molverhältnis von höchsten 2 ; 1 enthalten. Vorzugsweise wird im Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2 gearbeitet. Ein WasserstoffÜberschuß, der einem über 1 : 2 hinausgehenden Verhältnis entspricht, stellt einen Ballast dar, der zwar die Reaktion nicht stört, aber die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt.• As can be seen from the drawing, the initial gas mixture can be produced by partial oxidation of hydrocarbons in crude oil or natural gas. However, other known methods can also be used for this purpose, for example the partial oxidation of coke and the reforming of hydrocarbons in the presence of carbon dioxide and water vapor. Finally, suitable mixtures of carbon monoxide and hydrogen can be used, which are by-products of many industrial processes, for example the production of acetylene hydrocarbons from other hydrocarbons. The mixture should contain the carbon monoxide and hydrogen in a molar ratio of at most 2; 1 included. The ratio of 1: 1 to 1: 2 is preferably used. An excess of hydrogen, which corresponds to a ratio exceeding 1: 2, represents ballast which, although it does not interfere with the reaction, adversely affects the economic viability of the process.

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Das Gasgemisch sollte weniger als 10 ppm Schwefel und höchstens 0,5 % Kohlendioxid und 1 % Wasser enthalten. Diese Werte können durch die üblichen Methoden ohne weiteres erhalten werden. Die in der ersten Stufe verwendeten Katalysatoren werden durch Verunreinigungen, die in den oben genannten Bereichen vorliegen, nicht vergiftet. Die Katalysatoren arbeiten trotz dem Vorliegen dieser Stoffe über lange Zeiträume zufriedenstellend. Der Schwefel und die ungesättigten Kohlenwasserstoffe, wie Olefine und Diene werden in der ersten Stufe in hochsiedende Verbindungen umgewandelt, die sich von dem nicht umgesetzten Gas leicht abtrennen lassen. Auf diese Weise erfolgt durch diese Substanzen keine Beeinträchtigung der späteren Stufen, insbesondere der Methanolsynthese in der vierten Stufe.The gas mixture should contain less than 10 ppm sulfur and a maximum of 0.5 % carbon dioxide and 1 % water. These values can easily be obtained by the usual methods. The catalysts used in the first stage are not poisoned by impurities that are present in the above-mentioned areas. The catalysts work satisfactorily over long periods of time despite the presence of these substances. The sulfur and the unsaturated hydrocarbons, such as olefins and dienes, are converted in the first stage into high-boiling compounds which can easily be separated from the unconverted gas. In this way, these substances do not impair the later stages, in particular the methanol synthesis in the fourth stage.

Die in der ersten Stufe verwendeten alkalischen Katalysatoren umfassen die Alkoxide und Salze schwacher Säuren der Alkalimetalle, z.B. des Lithiums, Natriums, Kaliums, Rubidiums und Cäsiums sowie die Salze schwacher-'. Säuren der Erdalkalimetalle, z.B. des Berylliums, Magnesiums, Calciums, Strontiums und Bariums. Geeignete Ausgangsstoffe zur Herstellung der obigen Alkoxide sind Alkylalkohole, wie Methanol, Äthanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol und Amylalkohol, Cycloalkylalkohole wie Cyclohexanol und Hydroxyäther, wie 2-Methoxyäthanol, 2-Äthoxyäthanol, 2-Propoxyäthanol, 3-Methoxypropanol und 4-Methoxybutanol. Zur Herstellung der. genannten Salze geeignete schwacheThe alkaline catalysts used in the first stage include the alkoxides and salts of weak acids of the alkali metals, E.g. of lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium as well as the salts of weaker- '. Alkaline earth metal acids, e.g. beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium. Suitable starting materials for the preparation of the above Alkoxides are alkyl alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol and amyl alcohol, cycloalkyl alcohols such as cyclohexanol and hydroxy ethers, such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-propoxyethanol, 3-methoxypropanol and 4-methoxybutanol. To manufacture the. mentioned salts suitable weak

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Säuren sind ζ. B. Kohlensäure und Carbonsäuren, wie Ameisensäure, Essigsäure und Benzoesäure.Acids are ζ. B. carbonic acid and carboxylic acids, such as Formic acid, acetic acid and benzoic acid.

Die auf diese Yeise erhältlichen alkalischen Katalysatoren können vorteilhiift mit Äthylenoxid und/oder alkyl-, cycloalkyl--, aralkyl- oder aryl-substituiertem Äthylenoxid (vgl. Brit. Patentschriften 970 072 und 1 084 549) verwendet werder..The alkaline catalysts obtainable in this way can be advantageous with ethylene oxide and / or alkyl, cycloalkyl, aralkyl or aryl substituted Ethylene oxide (see British patents 970 072 and 1 084 549) are used.

Die Temperatur de: Reaktionszone in der ersten Stufe des Verfahrens wird bei 20 bis 140 C, vorzugsweise bei 80 bis 120° C gehalt er . Das Hol verhältnis I-Iethanol zu Kohlenmonoxid sollte zwischen 1 : 0,5 und 1 : 5» vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1 : 3 liegen. Die Vervreilzeit in der Reaktions: one wird so eingestellt, daß nicht mehr als die Hälfte des ursprünglich vorhandenen Kohlenmonoxids verbraucht wird. Der Rest steht für die Methanolsynthese in der vierten Stufe zur Verfugung. Die erste Stufe wird vorzugsweise bei einem Druck zwischen 50 und 200 at durchgeführt. Die in dem System aufrechterhaltenen Drücke können sehr nahe beieinanderliegen. Beide Reaktionen können bei dein gleichen Druck durchgeführt werden, wodurch die Notwendigkeit der Verwendung von Kompressoren innerhalb des Systems vermieden wird.The temperature de: reaction zone in the first stage of the process is from 20 to 140.degree. C., preferably at 80.degree up to 120 ° C. The ratio of I-ethanol to carbon monoxide should be between 1: 0.5 and 1: 5, preferably between 1: 1 and 1: 3. The residence time in the Reaction: one is adjusted so that no more than half of the carbon monoxide originally present is consumed will. The rest is available for the methanol synthesis in the fourth stage. The first stage is preferred carried out at a pressure between 50 and 200 at. The pressures maintained in the system can be very close to one another. Both reactions can occur with your same pressure to be carried out, eliminating the need the use of compressors within the system is avoided.

Bei der Durchführung der Bildungsreaktion des MethylformiatsWhen carrying out the methyl formate formation reaction

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in der flüssigen Phase erfolgt das Rühren zweckmäßig durch Einblasen bzw. Einperlenlassen der Ausgangsmaterialien in das Reaktionsgenisch. Das Reaktionsgemisch kann stärker und wirksamer gerührt v/erden, wenn r.:an in die Reaktionszone die Gase einspeist, die gasförmigen Wasserstoff enthalten, der die Bildung von Metbylformiat nicht stört. Als Ergebnis der Durchrührung wird die Temperaturverteilung im Reaktionsgemisch gleichförmiger und es kann eine höhere Ausbaute an Methylformiat, bezogen auf das eingesetzte Methanol, erhalten werden. Auch bei der Reaktion der Gasphase ergibt das Wasserstoffgas eine gleichförmige Temperaturverteilunr. Auf diese Weise wird die Temperaturkontrolle wesentlich vereinfacht, als es bei der Synthese von Methylformiat aus Methanol und Kohlenmonoxid, ohne Wasserstoff, der Fall ist. Der Wasserstoff stellt aber bei dem Verfahren der Erfindung nicht nur ein sehr gutes Verdünnungsmittel dar, da er in der nachfolgenden Methanolsynthese verwendet wird.In the liquid phase, stirring is expediently carried out by blowing in or bubbling in the starting materials into the reaction mixture. The reaction mixture can be stirred more strongly and more effectively when r.:an into the reaction zone feeds the gases that contain gaseous hydrogen, which does not interfere with the formation of methyl formate. As a result After stirring, the temperature distribution in the reaction mixture becomes more uniform and a higher expansion can be achieved of methyl formate, based on the methanol used, can be obtained. Also results in the reaction of the gas phase the hydrogen gas has a uniform temperature distribution. In this way, the temperature control is much easier than it is in the synthesis of methyl formate Methanol and carbon monoxide, without hydrogen, is the case. However, the hydrogen represents in the process of the invention is not only a very good diluent, as it is used in the subsequent methanol synthesis.

Beim Abkühlen des Reaktionsgemisches in der zweiten Stufe des Verfahrens scheidet sich ein Kondensat aus Methylformiat und nicht umgesetztem Methanol aus dem Gasgemisch ab. Dieses Gasgemisch besteht im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Verhältnis von 2 : 1 bis 1 : 4, je nach der Anfangszusammensetzung und anderen Variablen. Das Kondensat wird zur Abtrennung des Methylformiats von höher siedenden Bestandteilen, z.B. Methanol und dem alkalischen Katalysator fraktioniert. Da das gebildete Methylformiat eine sehr leichtWhen the reaction mixture cools in the second stage of the process, a condensate of methyl formate and unconverted methanol separates out of the gas mixture. This gas mixture consists essentially of carbon monoxide and hydrogen in a ratio of 2: 1 to 1: 4, depending on the initial composition and other variables. The condensate is fractionated to separate the methyl formate from higher-boiling components, such as methanol and the alkaline catalyst. Since the methyl formate formed is a very easy

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flüchtige Verbindung darstellt, kann die Abtrennung von anderenrepresents volatile compound, can cause separation from others

höher siedendenhigher boiling

Bestandteilen auch durch Durchblasen der von der ersten Reaktionszone entnommenen heißen Gase durch das Kondensat geschehen. Das Methylformiat kann gewünschtenfalls weiter rektifiziert werden, während die höher siedenden Bestandteile in die erste Stufe zurückgeschickt werden.Ingredients also by blowing through from the first Hot gases removed from the reaction zone happen through the condensate. The methyl formate can, if desired, further rectified while the higher boiling components are sent back to the first stage.

Das aus der Kondensationszone ausgetragene gasförmige Material wird zur Abtrennung des alkalischen Katalysators, des Methylformiats und der Verunreinigungen, wie Schwefel, mit kaltem Methanol gewaschen. Die Waschflüssigkeit kann in die erste Stufe zurückgeführt werden oder nach einer Fraktionierung in die Waschzone zurückgeführt werden. Hierbei kann ein herkömmlicher Extraktionsturm für einen Gegenstromkontakt des abwärts fließenden flüssigen Methanols, das auf 0° C oder weniger abgekühlt ist, mit dem aufsteigenden Gas verwendet werden. Der alkalische Katalysator und das restliche Methylformiat werden aus dem Gas extrahiert und das Methanol kann gewünschtenfalls durch Wärmeaustausch mit den aus der vierten Stufe ausgetragenen heißen Gasen wiedergewonnen werden. Das gewaschene Gas ist praktisch von solchen Materialien frei, die Katalysatorgifte für die Katalysatoren der Methanolsyntese in der vierten Stufe darstellen, wie Schwefel, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die ohne weiteres auf einer Konzentration von weniger als 0,1 ppm gehalten werden können.The gaseous material discharged from the condensation zone is used to separate the alkaline catalyst, methyl formate and impurities such as sulfur, washed with cold methanol. The washing liquid can be returned to the first stage or after fractionation be returned to the washing zone. A conventional extraction tower for countercurrent contact can be used here of the downward flowing liquid methanol cooled to 0 ° C or less is used with the ascending gas will. The alkaline catalyst and the remaining methyl formate are extracted from the gas and the methanol can if desired, can be recovered by heat exchange with the hot gases discharged from the fourth stage. That The scrubbed gas is practically free of such materials as the catalyst poisons for the catalysts of methanol synthesis in the fourth stage represent, like sulfur, unsaturated hydrocarbons that are readily available at a concentration can be maintained at less than 0.1 ppm.

Bei der Methanolsynthese der vierten S-^ufe muß das Molverhält-r nis Kohlenmonoxid zu Wasserstoff weniger als 1:2 betragen.In the fourth stage of methanol synthesis, the molar ratio must be nis carbon monoxide to hydrogen be less than 1: 2.

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-9- 2U7115-9- 2U7115

In dieser Stufe sollte soviel Methanol gebildet werden, daß es ausreicht, um die erste Stufe zu beschicken. Bei dem Verfahren der Erfindung kann die Aufrechterhaltung der gewünschten Verhältnisse eingestellt werden, indem das Kohlenmonoxid-Wassexstoffgemisch lediglich der ersten Stufe zugeführt wird. Wenn ein derartiges Vorgehen nicht zweckmäßig ist, dann wird ein Teil des Beschickungsgases in Gegenwart eines herkömmlichen Katalysatorsystems einer Wassergasverschiebung unterworfen. Auf diese Weise werden die ursprünglichen im Rohgas vorhandenen Verunreinigungen entfernt und das Reaktionsprodukt ist für die Methanolsynthese geeignet.In this stage, sufficient methanol should be formed that it is sufficient to charge the first stage. at The maintenance of the desired ratios can be adjusted by using the method of the invention the carbon monoxide / hydrogen mixture was only the first Stage is fed. If such an approach is not appropriate, then some of the feed gas will be used subjected to a water gas shift in the presence of a conventional catalyst system. Be that way the original impurities present in the raw gas are removed and the reaction product is used for methanol synthesis suitable.

Die Herstellung von Methanol aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff kann nach herkömmlichen Verfahren, z.B. nach Niederdruckverfahren, Mitteldruckverfahren und Hochdruckverfahren [vgl. Brit. Patentschrift 1 010 871 und Hydrocarbon Processing, 40, [11], 202 (1969)] erfolgen. Hierzu können die bekannten ■ Katalysatorenafür die Methanolsynthese, z.B. Kupfer enthaltene Katalysatoren, verwendet werden. Der optimale Gasdruck in dem Methanolsynthesereaktor liegt im Bereich von 30 bis 350 at, je nach dem verwendeten Katalysator. Es kann jedoch auch, wie oben beschrieben, so gearbeitet werden, daß die Drücke in dem ganzen System einander sehr ähnlich eingestellt ■werden. Wenn der Druck des kalten gewaschenen Gases niedri-The production of methanol from carbon monoxide and hydrogen can be carried out by conventional processes, for example by low-pressure processes, medium-pressure processes and high-pressure processes [cf. Brit. Patent Specification 1 010 871 and Hydrocarbon Processing, 40 , [11], 202 (1969)]. For this purpose, the known ■ catalysts a for methanol synthesis, for example catalysts containing copper, can be used. The optimal gas pressure in the methanol synthesis reactor is in the range of 30 to 350 atm, depending on the catalyst used. However, as described above, it is also possible to operate in such a way that the pressures in the entire system are set very similar to one another. When the pressure of the cold scrubbed gas becomes low

/zone/Zone

ger ist, als er für die Methanolsynthese/benötigt wird, dann wird das Gas vor der Einführung in den Methanolreaktor höch-is lower than it is required for the methanol synthesis /, then the gas is

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" 10 " 2H7115" 10 " 2H7115

stens aui das 10-fache des Anfangsdrucks komprimiert. Das Gas kann bis zu 30 % inerte Gase, wie Methan oder Stickstoff sowie relativ geringe Mengen Kohlendioxid enthalten, ohne daß die Ausbeute beeinträchtigt wird.at least compressed to 10 times the initial pressure. The gas can contain up to 30 % inert gases such as methane or nitrogen and relatively small amounts of carbon dioxide without the yield being impaired.

Im Falle der Verwendung eines Kupfer enthaltenen Katalysators wird die Methanolsynthese vorzugsweise bei Katalysatortemperaturen von etwa 250° C und Gasdrücken von 30 bis 200 at, vorzugsweise 40 bis 100 at, durchgeführt. Es wird bevorzugt, ein Mol Kohlenmonoxid und Kohlendioxid mit 2 bis 3 Mol Wasserstoff zur Umsetzung zu bringen. Das durch Abkühlen des Reaktionsgemisches erhaltene Kondensat besteht aus 99 % Methanol. Bs wird in die erste Stufe zurückgeführt, nachdem es getrocknet worden ist, wenn es mäßige Mengen Wasser enthält, wobei es in der dritten Stufe, wie oben beschrieben, teilweise zwischenverwendet wird. Wenn das nicht umgesetzte Gas nicht mehr als 30 % inerte Stoffe enthält, kann es in den Methanolreaktor zurückgeführt werden. Ein Überschuß des inerten Gases wird aus dem System durch periodisches oder kontinuierliches Abziehen eines Teils des Gases aus dem Hochdrucksystem entfernt.If a catalyst containing copper is used, the methanol synthesis is preferably carried out at catalyst temperatures of about 250 ° C. and gas pressures of 30 to 200 atmospheres, preferably 40 to 100 atmospheres. It is preferred to react one mole of carbon monoxide and carbon dioxide with 2 to 3 moles of hydrogen. The condensate obtained by cooling the reaction mixture consists of 99 % methanol. Bs is returned to the first stage after it has been dried if it contains moderate amounts of water, some of it being used in the third stage, as described above, in part. If the unreacted gas does not contain more than 30% inert substances, it can be returned to the methanol reactor. An excess of the inert gas is removed from the system by periodically or continuously withdrawing a portion of the gas from the high pressure system.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. The invention is illustrated in more detail by the following examples.

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Beispiel 1example 1

Aus Rohöl, Sauerstoff und Wasserdampf wurde auf die herkömmliche Weise ein Gasgemisch aus 48 % CO, 47 % Wasserstoff, 4 % CO2, 0,3 % CH^, 0,4 % S und 0,3 ?ό anderen Gasen hergestellt. Alle Prozentangaben beziehen sich auf das Volumen. Das Gasgemisch wurde auf 40° C gekühlt und mit N-Methyl-pyrrolidon entschwefelt, wobei die Schwefel- und Kohlendioxidgehalte in dem Gas auf 2 ppm bzw. 0,1 % verringert wurden. A gas mixture of 48% CO, 47 % hydrogen, 4 % CO 2 , 0.3 % CH ^, 0.4% S and 0.3% other gases was produced in the conventional manner from crude oil, oxygen and water vapor. All percentages relate to the volume. The gas mixture was cooled to 40 ° C. and desulfurized with N-methyl-pyrrolidone, the sulfur and carbon dioxide contents in the gas being reduced to 2 ppm and 0.1 % , respectively.

Der größte Teil des gereinigten Gases wurde als kontinuierlicher Strom in einen Reaktor eingeleitet, der mit Methanol gefüllt war, das 48 g/l Kaliummethoxid enthielt. Der Druck betrug 100 at, die Temperatur 80° C. Ini dem Reaktor wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 Mol-% des zugeführten Kohlenmonoxids Methanol eingeleitet, das Kaliummethoxid in der gleichen Konzentration wie oben enthielt.Most of the purified gas was introduced as a continuous stream into a reactor filled with methanol was filled, which contained 48 g / l potassium methoxide. The pressure was 100 at, the temperature 80 ° C. Ini the reactor was with a rate of 50 mole percent of the carbon monoxide fed Introduced methanol containing potassium methoxide in the same concentration as above.

Das kontinuierlich aus dem Reaktor entnommene Gas wurde unter seinem hohen Druck abgekühlt, wodurch eine Flüssigkeit kondensierte , die 69 Gew.-% Methylformiat, 26 Gew.-?S Methanol, 4 Gew.-% Kaliummethoxid und 1 Gew.-% Wasser enthielt. Das Kondensat wurde in ein Niederdruckgefäß überführt, in welchem die gelösten Gase freigesetzt wurden und hiernach fraktioniert. Die Methylformiatfraktion wurde rektifiziert. Die höhersiedenden Verbindungen, wie Methanol, Kaliummethoxid und Wasser wurdenThe gas continuously withdrawn from the reactor was cooled under its high pressure, whereby a liquid was condensed , the 69 wt .-% methyl formate, 26 wt .-% methanol, Contained 4% by weight potassium methoxide and 1% by weight water. The condensate was transferred to a low-pressure vessel in which the dissolved gases were released and then fractionated. the Methyl formate fraction was rectified. The heavier ones Compounds such as methanol, potassium methoxide and water were made

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mit Methanol verdünnt und durch eine Pumpe in den Reaktor zurückgeleitet. Ein Teil der höhersiedenden Verbindungen wurde aus dem System entfernt, um vor der Verdünnung mit dem Methanol den Wassergehalt im System auf höchstens 0,1 % zu halten. Die bei niederem Druck freigesetzten Gase wurden- von verwertbaren Bestandteilen befreit, indem mit Methanol gewaschen wurde. Danach wurden sie entweder an die Ath- ι mosphäre abgelassen oder unter einem Kessel abgebrannt.diluted with methanol and pumped back into the reactor. Some of the higher-boiling compounds were removed from the system in order to keep the water content in the system at 0.1% or less before dilution with the methanol. The gases released at low pressure were freed from usable components by washing with methanol. Then they were either released into the atmosphere or burned down under a kettle.

Die durch Abkühlen nicht kondensierte Gasfraktion enthielt Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Verhältnis von 1 .: 0,7. Sie wurde mit dem Rest des gereinigten Rohgases vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde in einem Gegenstromwaschturm mit kaltem Methanol gewaschen. Aus diesem trat das gewaschene Gas mit einer Temperatur von -40° C aus. Das gewaschene Gasgemisch wurde mit Wasserdampf vermischt und in Gegenwart eines Katalysators in der üblichen Weise einer Wassergasverschiebung unterworfen. Das resultierende Gasgemisch aus Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff wurde getrocknet und in den Methanolreaktor eingeleitet. Es enthielt weniger als 0,5 ppm Schwefel, so daß keine Vergiftung des Katalysators erfolgte.The gas fraction not condensed by cooling contained hydrogen and carbon monoxide in a ratio of 1: 0.7. It was mixed with the rest of the purified raw gas. The resulting mixture was washed with cold methanol in a countercurrent washing tower. The washed gas emerged from this at a temperature of -40 ° C. The washed gas mixture was mixed with steam and, in the presence of a catalyst, subjected to a water gas shift in the usual manner. The resulting gas mixture of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen was dried and introduced into the methanol reactor. It contained less than 0.5 ppm sulfur so that the catalyst was not poisoned.

Bei typischen Betriebsbedingungen bestand das dem Methanolreaktor zugeführte Gasgemisch aus 67 % Wasserstoff, 18 % Kohlenmonoxid, 10 % Kohlendioxid und 3»5 % Stickstoff und Under typical operating conditions , the gas mixture fed to the methanol reactor consisted of 67 % hydrogen, 18 % carbon monoxide, 10 % carbon dioxide and 3 »5 % nitrogen and

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Methan (Volumenprozent). Im allgemeinen wurde ein Volumenverhältnis von 2 bis 4 Teilen Wasserstoff zu 1 Teil Kohlenmonoxid und Kohlendioxid aufrechterhalten.Methane (volume percent). In general, a volume ratio from 2 to 4 parts of hydrogen to 1 part of carbon monoxide and carbon dioxide.

Der Methanolreaktor enthielt einen Katalysator aus Kupfer, Zink und Chrom im Atomverhältnis von 4:2:2 auf einem Graphitträger. Der Druck betruck 50 at, die Temperatur 250° C. Das Gasgemisch wurde in einem Verhältnis von 12 % bei einer Raumgeschwindigkeit von 6000 bis 7000/h, entsprechend einer Raumzeitausbeute von 0,26 kg/Liter . Stunde in Methanol umgewandelt.The methanol reactor contained a catalyst composed of copper, zinc and chromium in an atomic ratio of 4: 2: 2 on a graphite support. The pressure is 50 at, the temperature 250 ° C. The gas mixture was in a ratio of 12 % at a space velocity of 6000 to 7000 / h, corresponding to a space-time yield of 0.26 kg / liter. Converted to methanol for an hour.

Das aus dem Methanolreaktor ausgetragene Gas wurde abgekühlt, wodurch wasserhaltiges Methanol mit einer Reinheit von 99,5 % kondensiert wurde. Ein Teil des Methanols wurde zum Waschen der Gasfraktion aus dem Methylformiatreaktor verwendet. Der Rest wurde bei Athraosphärendruck zur Entfernung des Wassers destilliert und in den Methylformiatreaktor zurückgeführt. Das aus dem Methanolreaktor ausgetragene und durch Abkühlen nicht kondensierte Gas wurde in den Methanolreaktor zurückgeführt, bis es 30 % Stickstoff enthielt. Danach wurde es zum Teil aus der Hochdruckzone freigelassen, um die Stickstoffkonzentration in dem zurückgeführten Gas unterhalb 30 % zu halten. Das ausgetragene Gas enthielt genügend Monoxid, Wasserstoff und Methan, um die Verwendung als Brenngas für Wasserdarapfgeneratoren zu gestatten. Seine Expansion nahm aus dem Methanol, das als Gaswaschungsflüssigkeit verwendet wurde, Wärme weg.The gas discharged from the methanol reactor was cooled, whereby hydrous methanol was condensed with a purity of 99.5%. Part of the methanol was used to wash the gas fraction from the methyl formate reactor. The remainder was distilled at atmospheric pressure to remove the water and returned to the methyl formate reactor. The gas discharged from the methanol reactor and not condensed by cooling was returned to the methanol reactor until it contained 30% nitrogen. It was then partially released from the high pressure zone in order to keep the nitrogen concentration in the recirculated gas below 30 % . The discharged gas contained sufficient monoxide, hydrogen and methane to allow use as a fuel gas for water dispenser generators. Its expansion took away heat from the methanol used as the gas scrubbing liquid.

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Beispiel 2Example 2

Bei einer Modifikation der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde die nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches aus dem Methylformiatreaktor erhaltene Gasfraktion mit Methanol von -40° C gewaschen. Die Waschflüssigkeit wurde fraktioniert, um reines Methanol, Methylformiat und eine geringe Menge eines schwefelhaltigen Materials voneinander aufzutrennen. Das Methanol wurde in die Waschkolonne, das Methylforraiat zu der nach Abkühlen des Reakti ons gemisches aus dem Methylformiatreaktor erhaltenen flüssigen Fraktion zurückgeführt. Die allmählichen Methanolverluste in der Wasch- und Fraktionierkolonne wurden durch frisches Methanol ersetzt.In a modification of the procedure of Example 1, that became off after the reaction mixture had cooled the gas fraction obtained from the methyl formate reactor washed with methanol at -40 ° C. The washing liquid was fractionated, to pure methanol, methyl formate and a small amount of a sulfur-containing material from each other to separate. The methanol was in the wash column, the methyl formate to the mixture after cooling of the reaction recycled liquid fraction obtained from the methyl formate reactor. The gradual loss of methanol in the The washing and fractionating columns were replaced with fresh methanol.

Ein Teil des aus dem gasförmigen Ausstromprodukt des Methylformiatreaktors gewonnenen Methanols wurde nach dem Waschen und einer Wassergasverschiebung, wenn eine solche erforderlich war, in den Methylformiatreaktor überführt. Ebenso wurde ein Teil der nicht umgesetzten Gase des Methanolreaktors direkt aus dem Methanolreaktor in den Methylformiatreaktor überführt. Der Rest des gasförigen Reaktionsgemisches wurde abgekühlt, um Methanol zu verflüssigen und die Entnahme eines Teils des nicht umgesetzten Gases zu gestatten. Dies geschah, um die Konzentration des Inertgases (Stickstoff) auf weniger als 30 % zu verringern. Das verflüssigte Methanol wurde in denA portion of the methanol obtained from the gaseous effluent product of the methyl formate reactor was transferred to the methyl formate reactor after washing and a water gas shift, if this was necessary. Some of the unconverted gases from the methanol reactor were also transferred directly from the methanol reactor into the methyl formate reactor. The remainder of the gaseous reaction mixture was cooled to liquefy the methanol and allow a portion of the unreacted gas to be withdrawn. This was done in order to reduce the concentration of the inert gas (nitrogen) to less than 30 % . The liquefied methanol was in the

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Methylformiatreaktor eingeleitet und der Rest des Gases wurde in den Methanolreaktor zurückgeführt.Initiated methyl formate and the rest of the gas was returned to the methanol reactor.

Beispiel 3Example 3

27 g metallisches Kalium wurden in 1 Liter Methanol aufgelöst, wodurch 820 g einer Lösung erhalten wurden, die 48 g Kaliummethoxid enthielt. Diese Lösung wurde in einen 2 Liter-Reaktor eingebracht, der mit einem Rührer versehen war. Der Reaktor wurde sodann auf 80° C erhitzt. In den Reaktor wurde ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid (H2/C0 = 1,67 im Molverhältnis) das 5 ppm Schwefel und 0,1 % Kohlendioxid enthielt, eingepreßt, bis der Druck 100 at betrug. Bei Aufrechterhaltung dieses Druckes wurden 167 Mol Synthesegas über einen Zeitraum von 26 Minuten in den Reaktor eingeleitet. Nach Abkühlen auf 25° C wurde das Reaktionsgemisch herausgenommen.· Sein Gev/icht betrug 1226 g. Das Reaktionsgemisch wurde bei Normaldruck fraktioniert, wodurch 842 g Methylformiat, 323 g: Methanol und 61 g eines Rückstands erhalten wurden, der aus 48 g Kaliummethoxid und 13 g Wasser bestand. Das Methanol war zu 58,1 % in Methylformiat umgewandelt worden, wobei die Bildungsgeschwindigkeit 72,5 g/ h g-Kalium betrug. Das nicht umgesetzte Gas bestand im wesentlichen aus 100 Mol Wasserstoff und 50 Mol Kohlenmonoxid.27 g of metallic potassium was dissolved in 1 liter of methanol, thereby obtaining 820 g of a solution containing 48 g of potassium methoxide. This solution was placed in a 2 liter reactor equipped with a stirrer. The reactor was then heated to 80 ° C. A synthesis gas consisting of hydrogen and carbon monoxide (H 2 / CO = 1.67 in the molar ratio) containing 5 ppm sulfur and 0.1 % carbon dioxide was injected into the reactor until the pressure was 100 atm. While this pressure was maintained, 167 moles of synthesis gas were introduced into the reactor over a period of 26 minutes. After cooling to 25 ° C., the reaction mixture was taken out. Its weight was 1226 g. The reaction mixture was fractionated at normal pressure to give 842 g of methyl formate, 323 g: methanol and 61 g of a residue consisting of 48 g of potassium methoxide and 13 g of water. 58.1 % of the methanol had been converted to methyl formate, the rate of formation being 72.5 g / h g-potassium. The unreacted gas consisted essentially of 100 moles of hydrogen and 50 moles of carbon monoxide.

Das nicht umgesetzte Gas wurde mit einem Synthesegas aus 5,5 Mol Wasserstoff und 5,5 Mol Kohlenmonoxid vermischt. Das Ge-The unreacted gas was mixed with a synthesis gas composed of 5.5 moles of hydrogen and 5.5 moles of carbon monoxide. The GE-

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2H71152H7115

misch wurde mit Methanol, das einen Druck von 23 kg/cm und eine Temperatur von -40° C hatte, gewaschen. Das ge- ' waschene Gas enthielt Schv/efeimengen von weniger als 0,5 ppm.The mixture was washed with methanol which had a pressure of 23 kg / cm and a temperature of -40 ° C. The GE- ' scrubbed gas contained moisture levels less than 0.5 ppm.

Das gewaschene Gas wurde mit Wasserdampf vermischt, beiThe washed gas was mixed with water vapor at

einem Druck von 85 kg/cm über einen Katalysator für die herkömmliche Wassergasverschiebung geleitet und getrocknet. Auf diese Weise wurden 70 Mol Wasserstoff, 19 Mol Kohlenmonoxid und 12 Mol Kohlendioxid bei einem Druck vona pressure of 85 kg / cm over a catalyst for the conventional water gas displacement passed and dried. In this way, 70 moles of hydrogen, 19 moles Carbon monoxide and 12 moles of carbon dioxide at a pressure of

ρ ρρ ρ

91 kg/cm erhalten. Dieses Gemisch wurde auf 80 kg/cm entspannt, über einen Kupfer/Zink/Chrom-Katalysator (40/20/20) bei 250° C und einer Raumgeschwindigkeit von 10.000 pro Stunde geleitet. Hierdurch wurde Methanol mit einer Umwandlung von 12 % erhalten. Die Raumzeitausbeute des Mehtanols betrug 770 g pro Liter Katalysator und Stunde. Das durch Kondensation aus dem Reaktionsgemisch gewonnene Methanol enthielt weniger als 0,5 Mol-% Verunreinigungen.91 kg / cm obtained. This mixture was let down to 80 kg / cm, passed over a copper / zinc / chromium catalyst (40/20/20) at 250 ° C. and a space velocity of 10,000 per hour. Thereby, methanol was obtained with a conversion of 12 % . The space-time yield of the methanol was 770 g per liter of catalyst and hour. The methanol obtained from the reaction mixture by condensation contained less than 0.5 mol% of impurities.

Patentanspruch Claim

13/182913/1829

Claims (1)

Patente n spruePatents n sprue h 2H7115 h 2H7115 Verfahren zur Herstellung von Methylformiat durch Umsetzung von Kohlenmonoxid und Methanol in der Gasphase bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in Gegenwart von alkalischen Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet , daß manProcess for the production of methyl formate by reacting carbon monoxide and methanol in the gas phase at increased Pressure and elevated temperature in the presence of alkaline catalysts, characterized in that he a) in einer ersten Reaktionszone Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methanol bei erhöhtem Druck vorzugsweise von 50 bis 200 at miteinander umsetzt, bis sich höchstens die Hälfte des Kohlenmonoxids mit dem Methanol unter Bildung von Methylformiat umgesetzt hat,a) in a first reaction zone carbon monoxide, hydrogen and methanol reacts with one another at elevated pressure, preferably from 50 to 200 atm, until at most half of them of the carbon monoxide has reacted with the methanol to form methyl formate, b) das so erhaltene Reaktionsgemisch in einer Kondensationszone abkühlt, bis sich das Methylformiat kondensiert und von den nicht kondensierten Gasen abtrennt,b) the reaction mixture thus obtained is cooled in a condensation zone until the methyl formate condenses and separates from the non-condensed gases, c) das unkondensierte Gas in einer Waschzone mit kaltem Methanol wäscht,c) washes the uncondensed gas in a washing zone with cold methanol, d) das gewaschene Gas mit einem Katalysator für die Methanolsynthese bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck vorzugsweise von 30 bis 350 at, in einer zweiten Reaktionszone in Berührung bringt, bis Methanol gebildet wird, und daß mand) the scrubbed gas with a catalyst for methanol synthesis at elevated temperature and elevated pressure, preferably from 30 to 350 atm, in a second reaction zone brings into contact until methanol is formed and that one e) das gebildete Methanol in die erste Reaktionszone zur Umsetzung mit dem Kohlenmonoxid zurückführt.e) the methanol formed in the first reaction zone for conversion with the carbon monoxide. 2 0 9 8 13/18292 0 9 8 13/1829 LeerseiteBlank page
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