DE2307013B2 - Kontinuierliches verfahren zur herstellung von triaethylaluminium - Google Patents
Kontinuierliches verfahren zur herstellung von triaethylaluminiumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Triäthylaluminium, bei dem zuerst
durch Umsetzung von Triäthylaluminium mit Aluminiummetall und Wasserstoff bei einem erhöhten
Druck von etwa 20 bis etwa 500 Atmosphären und etwa 100 bis etwa 170° C das Diäthylalummiumhydrid-Zwischenprodukt
gebildet und durch anschließende Umsetzung des Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenproduktes
mit Äthylen bei einem verminderten Druck von etwa 20 bis etwa 35 Atmosphären und bei etwa 100 bis etwa
170° C das Triäthylaluminium gebildet v/ird.
Die Herstellung von Trialkylaluminiumverbindungen unter Verwendung von metallischem Aluminium,
gasförmigem Wasserstoff, Aluminiumtrialkyl und einem Olefin als Ausgangsmaterialien ist bereits bekannt. So
ist in der USA.-Patentschrift 27 87 626 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Olefin, Wasserstoff und
Aluminium in ein einziges, gemeinsames Reaktionsgefäß eingeführt und ein Trialkylaluminium hergestellt
wird. In der USA.-Patentschrift 30 16 393 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Aluminium, Wasserstoff
und Äthylen kontinuierlich in ein Reaktionsgefäß eingeführt werden und das Produkt, Triäthylaluminium,
kontinuierlich aus der Reaktionszone abgezogen wird. Außer diesen Verfahren, in denen ein einziges
Reaktionsgefäß verwendet wird, sind auch bereits andere Verfahren vorgeschlagen worden, in denen zwei
oder mehrere Reaktionsgefäße verwendet werden.
Die Herstellung von Triäthylaluminium läuft bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren unter Verwendung
von Aluminium, Wasserstoff und Äthylen als Ausgangsmaterialien gemäß folgendem Reaktionsschema
ab:
Al + 3/2H2 + 2AlEt3 —-» 3AlEt2H (1)
3AlEt2H + 3CH2 = CH2 ► 3AlEt3 (2)
worin Et die Äthylgruppe bedeutet.
Obwohl das in der ersten Umsetzung (obige Gleichung 1) gebildete Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt
eine unter normalen Bedingungen ziemlich stabile Verbindung ist, ist die Reaktion reversibel
und das gebildete Diäthylaluminiumhydrid zersetzt sich leicht unter Bildung von Aluminium, Wasserstoff und
Aluminiumtriäthyl, wenn der Wasserstoff verringert wird. Diese Zersetzung kann durch die folgende
Gleichung dargestellt werden:
3AlEt2H
Al + 3/2H2 + 2AIEt3
Ein offensichtlicher Nachteil, der aus der Zersetzung des Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenproduktes resul-
tiert, ist die Verminderung der Ausbeute dieses Zwischenproduktes und als Folge davon die Verminderung
der Ausbeute des Triäthylaluminium-Endprodukts. Außerdem enthält das bei der Zersetzungsreaktion
gebildete metallische Aluminium keine Elemente wie
Zirkonium, Titan und Hafnium, welche die Bildung von
Diäthylaluminiumhydrid katalysieren. Deshalb ist das bei derZersetzung des Diäthylaluminiumhydrids gebildete
Aluminium nach der Zurückführung in die erste Reaktionsstui"e bei der Herstellung von weiterem
Diäthylaluminiumhydrid inaktiv und stellt daher einen direkten Aluminiumverlust dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zur
Herstellung von Triäthylaluminium anzugeben, bei dem
diese Nachteile nicht auftreten und insbesondere erhöhte Ausbeuten an Diäthylaluminiu:nhydrid-Zwischenprodukt
und Triäthylaluminium-Endprodukt erzielt werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Äthylen mit dem Diäthylaluminiumhydrid-Reaktionszwischenprodukt bei einem solchen erhöhten Druck umgesetzt wird, daß eine Menge an Triäthylaluminium gebildet wird, die ausreicht, um die Konzentration des Diäthylaluminiumhydrids auf einen Wert herabzusetzen, der gleich der oder etwas unterhalb der Gleichgewichtskonzentration desselben bei dem verminderten Druck liegt, und daß dann der Druck herabgesetzt und die sich daran anschließende Triäthylaluminiumbildungsreaktion durchgeführt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Äthylen mit dem Diäthylaluminiumhydrid-Reaktionszwischenprodukt bei einem solchen erhöhten Druck umgesetzt wird, daß eine Menge an Triäthylaluminium gebildet wird, die ausreicht, um die Konzentration des Diäthylaluminiumhydrids auf einen Wert herabzusetzen, der gleich der oder etwas unterhalb der Gleichgewichtskonzentration desselben bei dem verminderten Druck liegt, und daß dann der Druck herabgesetzt und die sich daran anschließende Triäthylaluminiumbildungsreaktion durchgeführt wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erhöhte Ausbeuten an Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt
und Triäthylaluminium-Endprodukt erhalten, und der Aluminiumverlust als Folge der
Zersetzung des Diäthylaluminiumhydrids wird minimal gehalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend in bezug auf die Zeichnung näher erläutert
In der Zeichnung bedeutet die Ziffer 10 ein erstes
Reaktionsgefäß, in das gasförmiger Wasserstoff, feinteiüges metallisches Aluminium, das einen Katalysator
enthält und Triäthylaluminium eingeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Tel des Triäthylalu-
fninium-Endprodukts durch eine Leitung 12 in das erste
Reaktionsgefäß 10 zurückgeführt
Das Triäthylaluminium kann, ohne Lösungsmittel in
das Reaktionsgefäß 10 eingeführt werden. Wegen der pyrophoren Natur dieser Verbindung wird sie jedoch-
vorzugsweise in einem inerten Kohlenwasserstoff, wie
Naphtha, Kerosin, Octan oder Toluol, gelöst
Die in dem ersten Reaktionsgefäß 10 zur Herstellung des Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenproduktes angewendeten Bedingungen liegen innerhalb des Bereiches
von 20 bis 500, vorzugsweise von 40 bis 150 Atmosphären. Die Temperatur in dem Reaktionsgefäß
tO wird innerhalb des Bereiches von 100 bis 170° C
gehalten, wobei der Bereich von 110 bis 140°C
bevorzugt ist Das in das erste Reaktionsgefäß 10 eingeführte metallische Aluminium liegt in feinteiliger
Form vor, und seine Partikelgröße liegt im allgemeinen innerhalb des Bereiches von etwa 3 Mikron bis etwa
0,32 cm. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des
Aluminiums besteht darin, das Aluminium 5 bis 10 Stunden lang in einer 10% igen Lösung von Triäthylaluminium
in einem inerten Kohlenwasserstoff in einer Kugelmühle zu mahlen. Das in das erste Reaktionsgefäß
10 eingeführte Aluminium enthält auch eine die Umsetzung fördernde Menge eines oder mehrerer
Metalle, die bekannt dafür sind, daß sie die Bildung von Triäthylaluminiumhydrid katalysieren, wie Zirkonium,
Titan und Hafnium.
Das bei der in dem ersten Reaktionsgefäß 10 ablaufenden Reaktion gebildete Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt
wird kontinuierlich abgezogen und durch eine Leitung 14 in ein zweites Reaktionsgefäß
16 überführt Eine bestimmte Menge Äthylen wird durch
eine Leitung 18 in das Reaktionsgefäß 16 eingeleitet. Die in dem zweiten Reaktionsgefäß 16 angewendeten
Druck- und Temperaturbedingungen sind praktisch die gleichen wie die in dem ersten Reaktionsgefäß
angewendeten Druck- und Temperaturbedingungen. Die in dem Reaktionsgefäß 16 ablaufende Reaktion, die
durch die obige Gleichung (2) dargestellt 1st, wird durch Begrenzung der Äthylenmenge, die durch die Leitung 18
in das Reaktionsgefäß 16 eingeführt wird, so gesteuert, daß nur eine solche Menge an Triäthylaluminium
gebildet wird, die ausreicht, um die Konzentration des Diäthylaluminiumhydrids in dem Reaktionsgemisch auf
einen Wert herabzusetzen, der gleich der oder etwas unterhalb der Gleichgewichtskonzentration desselben
liegt wie sie bei einem verminderten Druck von etwa 20 bis etwa 35 Atmosphären und bei einer Temperatur von
etwa 100 bis etwa 170° C vorliegen würde.
Das Reaktionsgemisch wird aus dem zweiten Reaktionsgefäß 16 durch eine Leitung 20 kontinuierlich
in einen Entspannungsbehälter 22 überführt, in dem der Wasserstoffdruck auf die oben angegebenen Bedingun- &o
gen, d. h. auf etwa 20 bis etwa 35 Atmosphären, vermindert wird. Die Temperatur des in den Entspannungsbehälter
22 eintretenden Reaktionsgemisches wird innerhalb etwa des gleichen Bereiches gehalten.
wie er in dem ersten und zweiten Reaktionsgefäß 10 bzw. 16 angewendet wird.
Aus dem Entspannungsbehälter 22 wird dann das Reaktionsgemisch durch eine Leitung 26 in ein drittes
Reaktionsgefäß 24 überführt In dem dritten Reaktionsgefäß 24 wird das Diäthylaluminiumhydrid bei dem dort
herrschenden verminderten Druck mit weiterem Äthylen kontaktiert unter Bildung von weiterem Triäthylaluminium gemäß der oben angegebenen Gleichung (2).
Aus dem dritten Reaktionsgefäß 24 wird das rohe Triäthylaluminium-Endprodukt durch eine Leitung 30
zusammen mit überschüssigem Olefin und Wasserstoffgas in einen zweiten Entspannuagsbehälter 28 überführt In dem Entspannungsbehälter 26 werden das
überschüssige Olefin und der Wasserstoff von dem rohen Triäthylaluminium-Endprodukt abgezogen. Das
Rohprodukt wird dann abgezogen und durch eine Leitung 32 in eine Reinigungsvorrichtung eingeleitet
Bei dem im dritten Reaktionsgefäß 24 herrschenden verminderten Wasserstoffpartialdruck von 20 bis 35
Atmosphären, bei dem das Diäthylaluminium-Zwischenprodukt mit weiterem Äthylen kontaktiert wird, findet
praktisch keine Hydrierung des in das Reaktionsgefäß 24 eingeführten Äthylens statt Wenn die Gesamtmenge
des zur vollständigen Triäthylaluminiumbildung erforderlichen Äthylens direkt in das erste Reaktionsgefäß
10, in dem hohe Wasserstoffdrücke erforderlich sind, eingeführt würde, würden dagegen beträchtliche Äthylenmengen
hydriert werden. Außerdem tritt bei dem in dem dritten Reaktionsgefäß 24 herrschenden verminderten
Druck keine ins Gewicht fallende Polymerisation oder Wachstum des Triäthylaluminium-Endprodukts
auf.
Die Beispiele erläutern die Erfindung
Beispiel 1
In einem Laborversuch wurde ein 1-1-Autoklav mit 420 ml Triäthylaluminium und 54 g in einer Kugelmühle
gemahlenen Aluminium, aufgeschlämmt in 32 g 10%igem Triäthylaluminium in Kerosin, beschickt. In
den Autoklav wurde Wasserstoff bis zu einem Druck von 35 Atmosphären eingeleitet, und die Mischung
wurde auf 132°C erhitzt. Nachdem die Temperatur auf 1320C gestiegen war, wurde der Wasserstoffdruck auf
83 Atmosphären erhöht. Die Mischung wurde 3 Stunden lang bei 83 Atmosphären und 132°C gehalten, danach
wurde eine Probe aus dem Autoklav entnommen und analysiert.
Dann wurde in den Autoklav eine bestimmte Menge Äthylen (berechnet als die Menge, die zur Herabsetzung
der Diäthylaluminiumhydrid-Konzentration desselben bei dem verminderten Druck von 28,2 Atmosphären und
einer Temperatur von 130cC erforderlich ist) eingeführt;
der Druck erhöhte sich dadurch auf etwa 117 Atmosphären. Nach 1 Minute stieg die Temperatur auf
144°C, und der Druck fiel auf 95 Atmosphären. Der Autoklav wurde auf 65,5 Atmosphären und dann auf 28,2
Atmosphären entspannt und bei beiden Druckwerten wurden Proben entnommen und analysiert. Die bei
diesen Analysen erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.
Zeil | Autoklavdruck | Autoklav | Diäthylalumi- |
temperatur | niumhydrid- | ||
Konzentration | |||
(Min.) | (Atmosphären) | CQ | (Mol-%) |
Beginn | 83 | 133 |
0 | 117,6 | 133 |
1 | 95,0 | 144 |
83,6
Fortsetzung
^eil | Autoklavdruck | Auloklav- | Diäthvlalumi- |
icmperatur | nuimhydrid- | ||
Konzentration | |||
Min.) | (Atmosphären) | Γ C) | (Mol-%) |
4 | 65,5 | 143 |
5 | 28,2 | 140 |
16 | 28,2 | 132 |
64 | 28,2 | 131 |
erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 11 zusammengefaßt.
71,0
71,0
Aus den vorgenannten Ergebnissen geht hervor, daß die Diäthylaluminiumhydrid-Konzentration nach der
Einführung von Äthylen in den Autoklav schnell abfiel, was auf eine schnelle Alkylierung des Diäthylaluminiumhydrids
zu Triäthylaluminium hinweist.
Beispiel 2
Der Laborversuch des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei diesmal die Stufe der Einführung von Äthylen in
den Autoklav weggelassen wurde. Die bei den Analysen
Tabelle | 11 | Autoklavdruck | Auloklav- | Diäthylalumi- |
" Zeit | tempcratur | niumhydrid- | ||
Konzentration | ||||
(Atmosphären) | (°C) | (Mol-%) | ||
(Min.) | 83,0 | 133 | 80,0 | |
ίο Beginn | 28,2 | 133 | 79,9 | |
0 | 28,2 | 133 | 77,5 | |
3 | 28,2 | 133 | 76,5 | |
6 | 28,2 | 133 | 74,6 | |
9 | 28,2 | 133 | 71,4 | |
is 60 | 28,2 | 133 | 70,1 | |
120 | 28,2 | 133 | 70,0 | |
180 |
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß sich das in der Anfangsreaktion in dem Autoklav
gebildete Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt bei Druckverminderung unter Bildung von Aluminium
zersetzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von
Triäthylaluminium, bei dem zuerst durch Umsetzung rvon Triäthylaluminium mit Aluminiummetall und
Wasserstoff bei einem erhöhten Druck von etwa 20 bis etwa 500 Atmosphären und etwa 100 bis etwa
17O°C das Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt
gebildet und durch anschließende Umsetzung des _ Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenproduktes
mit Äthylen bei einem verminderten Druck von etwa 20 bis etwa 35 Atmosphären und bei etwa 100 bis
etwa 1700C das Triäthylaluminium gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Äthylen mit dem Diäthylaluminiumhydrid-Reaktionszwi-
«chenprodukt bei einem solchen erhöhten Druck
umgesetzt wird, daß eine Menge an Triäthylaluminium
gebildet wird, die ausreicht, um die Konzentration des Diäthylaluminiumhydrids auf
einen Wert herabzusetzen, der gleich der oder etwas unterhalb der Gleichgewichtskonzentration desselben
bei dem verminderten Druck liegt, und daß dann der Druck herabgesetzt and die sich daran
anschließende Triäthylaluminiumbildungsreaktion durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des bei vermindertem Druck
gebildeten Triäthylaluminiums im Kreislauf in die Reaktion zurückgeführt wird, bei der das Diäthylaluminiumhydrid-Zwischenprodukt
gebildet wird
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