DE2406223A1 - Verfahren zur herstellung von carbonsaeuren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von carbonsaeuren

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DE2406223A1
DE2406223A1 DE19742406223 DE2406223A DE2406223A1 DE 2406223 A1 DE2406223 A1 DE 2406223A1 DE 19742406223 DE19742406223 DE 19742406223 DE 2406223 A DE2406223 A DE 2406223A DE 2406223 A1 DE2406223 A1 DE 2406223A1
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DE
Germany
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reaction
olefins
external circuit
acid
acids
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DE19742406223
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English (en)
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Werner Dr Aquila
Walter Dr Himmele
Ernst Dr Langer
Hans-Juergen Scheiper
Kurt Dipl Ing Schliesser
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/10Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide
    • C07C51/14Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide on a carbon-to-carbon unsaturated bond in organic compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren Ein in der Technik gebräuchliehes Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren ist die Umsetzung von Alkoholen oder Olefinen mit Kohlenmonoxid in Anwesenheit stark saurer Katalysatoren.
  • Solche Verfahren sind z.B. beschrieben in der deutschen Patentschrift 942 987, 972 291 und 972 )15 Eine Ausführung dieser auch als Koch'sche Carbonsäuresynthese bekannten Reaktion wird in der Rieselphase durchgeführt, um eine intensive Vermischung des zweiphasigen Reaktionssystems zu erzielen (vgl. deutsche Patentschrift 1 142 167). Man arbeitet hierbei in einer Rieselzone, die mit Füllkörpern versehen ist. Zweckmäßig führt man die Schwefelsäure im Kopf des Reaktors für sich allein zu, sättigt mit Kohlenmonoxid und gibt die organischen Reaktionspartner an einer tiefer gelegenen Stelle zu.
  • Eine solche Rieselfahrweise hat Jedoch den Nachteil, daß sie bereits nach kurzen Wegstrecken randgängig wird, d.h. das Reaktionsgemisch fließt nicht gleichmäßig über die Rieselkörper. Ferner ist es außerordentlich schwierig, die Reaktionswärme in einer Rieselzone abzuführen. Dies gilt umso mehr als es sich um eine stark exotherme Reaktion handelt. Deshalb liegt in der Reaktionszone ein uneinheitliches Temperaturprofil vor, was zur Bildung von erheblichen Mengen an Nebenprodukten führt. Schließlich treten allein beim Vermischen von konzentrierter Schwefelsäure mit Alkoholen erhebliche Wärmetönungen auf, die ebenfalls zu Ausbeuteverlusten und Bildung von Nebenprodukten führen. Darüber hinaus ist ein erheblicher Katalysatorverbrauch zu verzeichnen. Nicht zuletzt bedarf das Verfahren nach dem Stand der Technik eines erheblichen Überschusses an Schwefelsäure bei gleichzeitiger Mitverwendung von organischen Lösungsmitteln.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Carbonsåuren in einer kontinu ierlichen Arbeitsweise durch Umsetzen von Olefinen oder Cycloolefinen, Alkanolen oder Gycloalkanolen mit Kohlenmonoxid unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Schefelsäure bei einer Temperatur von #0 bis +80°C und anschließende Zersetzung des Reaktionsprodukts mit Eiswasser vorteilhafter als bisher erhält, wenn man die Umsetzung in einem Umlaufsystem durchfuhrt, wobei das Reaktionsgemisch fortlaufend über einen äußeren Kreislauf in die Reaktionszone zurückgeführt wird.
  • Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß die Reaktionswärme sehr gut abgeführt und ein einheitliches Temperaturprofil über die gesamte Reaktion eingehalten wird. Dadurch wird die Bildung von Nebenprodukten vermindert. Ferner hat das neue Verfahren den Vorteil, daß man mit einer geringemn Menge an Schwefelsäure auskommt.
  • Bevorzugt verwendet man als Ausgangsstoffe Olefine mit 7 bis 20 Kohlenstoffatomen, Cycloolefine mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen jeweils mit einer olefinischen Doppelbindung im Molekül sowie Alkanole mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen oder Cycloalkanole mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen. Geeignete Olefine sind beispielsweise Propylen, Butylen, Isobutylen, Pentene, Hexene, Nonene, Hexadecene und Gemische solcher Olefine, ferner Cyclohexen, Cycloocten oder Cyclododecen. Geeignete Alkanole sind beispielsweise Butanole, 2-Athylhexanol, Cyclohexanol, Methylcyclohexanol oder Decahydronaphthol.
  • Besondere technische Bedeutung haben erlangt Isobutylen, 2-thylhexanol, -Methylpentanol, Diisobutylen oder C6- bis C10-Olefinschnitte.
  • Kohlenmonoxid kann in reiner Form angewandt werden. Daneben ist es auch möglich, weniger reines Kohlenmonoxid,zoB bis zu 50 volumenprozentiges Kohlenmonoxid, zu verwenden. Neben Kohlenmonoxid können solche Kohlenmonoxid enthaltenden Gase Inerte, wie Stickstoff oder Wasserstoff, enthalten. In der Regel wendet man mindestens die stöchiometrische Menge an Kohlenmonoxid, bezogen auf die eingesetzten Ausgangsstoffe, an. Vorteilhaft wendet man jedoch Kohlenmonoxid im ueberschuß, z.B. bis zu 200 Molprozent, an.
  • Die Umsetzung wird bei Temperaturen von +0 bis +800C durchgeführt. Besonders bewährt haben sich Temperaturen von 10 bis 6000, insbesondere 20 bis 400C. Ferner hält man vorteilhaft einen Druck von 50 bis 700 at ein.
  • Als Katalysator wird Schwefelsäure bei der Reaktion mitverwendet. Vorteilhaft wendet man Schwefelsäure mit mehr als 90 Gewichtsprozent, insbesondere mit mehr als 95 Gewichtsprozent an. Es hat sich bewährt, je Mol Ausgangsstoff 0>5 bis 10 Mol Schwefelsäure anzuwenden. Bevorzugt verwendet man je Mol Ausgangsstoffe 1 bis 5 Mol Schwefelsäure.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Umsetzung in einem Umlaufsystem durchgeführt wird. Hierbei wird das Reaktionsgemisch fortlaufend der Reaktionszone entnommen und über einen äußeren Kreislauf wieder zurückgeführt. Nach einer möglichen Ausführungsform entnimmt man das Reaktionsgemisch in der Nähe des oberen Endes der Reaktionszone und führt es über einen äußeren Kreislauf am unteren Ende der Reaktionszone wieder zu. Vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Reaktionsgemisch in der unteren Hälfte der Reaktionszone entnommen und dieser wieder unten zugeführt wird. Es versteht sich, daß aus dem Umlaufsystem das Reaktionsgemisch in dem Maß entnommen wird wie Ausgangsstoffe zugeführt werden.
  • Zweckmäßig entnimmt man das Reaktionsgemisch zur Weiterverarbeitung in der Nähe des oberen Endes der Reaktionszone.
  • Vorteilhaft hat die verwendete Reaktionszone ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1 : 1 bis 100 : 1. Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch 1 bis 100mal in der Stunde über den äußeren Kreislauf umgewälzt. Die Reaktionstemperatur wird zweckmäßig durch Kühlen des äußeren Kreislaufs eingestellt.
  • Die Ausgangsstoffe können getrennt oder gemeinsam in das Umlaufsystem eingebracht werden Schwefelsäure und flüssige Ausgangsstoffe bringt man vorzugsweise im äußeren Kreislauf kurz vor Wiedereintritt in die Reaktionszone ein, während man die gasförmigen Ausgangsstoffe, z.B. Kohlenmonoxid, vorteilhaft am unteren Ende der Reaktionszone zugibt. Um eine intensive Durchmischung der Reaktionsteilnehmer insbesondere mit dem gasförmigen Kohlenmonoxid zu gewährleisten, hat es sich bewährt, eine Strahlpumpe anzuwenden, wie sie z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift 2 129 564 beschrieben ist. In der Regel hält man in dem Umlaufsystem eine Verweilzeit des Reaktionsgemischs von 20 bis 500 Minuten ein, Das Reaktionsgemisch wird entsprechend der Zuführung von Ausgangsstoffen vqrzugsweise am oberen Ende der Reaktionszone entnommen und mit Wasser oder Eis hydrolysiert. Vorteilhaft wendet man 20 bis 95 Teile Wasser bzw. Eis, bezogen auf das Reaktionsgemisch, an.
  • Aus dem Hydrolysat trennt man die Carbonsäuren entweder als organische Phase ab und gewinnt sie z.B. durch Destillation, oder man extrahiert sie aus dem Hydrolysat mit wasserunlöslichen Lösungsmitteln, wie aliphatische, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe, und gewinnt sie ebenfalls durch fraktionierte DestillWation in reiner Form.
  • Carbonsäuren, die nach dem Verfahren der Erfindung erhalten werden, eignen sich zur Herstellung von Schmiermitteln, Sikkativen, Estern, die als Lösungsmittel verwendet werden, oder Peroxyestern, die als Polymerisationsinitiatoren verwendet werden.
  • Das Verfahren nach der Erfindung sei an folgenden Beispielen veranschaulicht.
  • Beispiel 1 Ein Hochdruckrohr aus Edelstahl von 90 mm Durchmesser und 5000 mm Länge mit einem effektiven Volumen von 16 1, das mit einem äußeren Umlauf versehen list, wird zunächst mit Stickstoff gespült und anschließend 50 bar Kohlenmonoxid aufgepreßt.
  • Dann wird über eine Kolbendosierpumpe Schwefelsäure im Hochdruckrohr vorgelegt. Anschließend werden 500 bar Kohlenmonoxid aufgepreßt und der Inhalt über den mit dem Wärmeaustauscher versehenen äußeren Kreislauf gepumpt, wobei man das Reaktionsgemisch im H'ochdruokrohr auf 2000 einstellt. Dann dosiert man stündlich 2 1 Schwefelsäure (96 gewichtspro'zentig)- und 1 l 2-Äthylhexynol zu. Schwefelsäure und 2-Äthylhexanol werden in den äußeren Kreislauf kurz vor Wiedereintritt in das Hochdruckrohr zugegeben. Das Gewichtsverhältnis von Schwefelsäure zu 2-Öthylhexanol beträgt 3,68 : 0,84. Über den äußeren Kreislauf werden stündlich 60 1 Reaktlonsgemisch umgewälzt. Man achtet darauf, daßl das in das Hochdruckrohr wieder eintretende Reaktionsgemisch eine Temperatur von 16 bis 18°C hat, um die Temperatur im Hochdruckrohr von 2000 aufrechterhaltenà zu können.
  • Das Reaktionsgemisch wird entsprechend dem Zulauf von Ausgangsstoffen am oberen Ende des Reaktionsrohres kontinuierlich entnommen und auf Normaldruck entspannt, in einem drucklosen Behälter gesammelt und anschließend mit Eis hydrolysiert, wobei sich eine untere Schwefelsäurephase und eine ölige Oberphase bilden. Je Volumenteil Reaktionsgemisoh wendet man 1 Volumenteil Eis an. Die ölige Obrphase wird abdekantiert, mehrmals mit Wasser gewaschen, bis sie frei von Sulfat ist,.
  • und man gewinnt reine 2-Methyl-äthylcapronsäure daraus durch Destillation. Man erhält über eine Versuchsdauer von 5 Tagen gemittelt 2-Methyl-2-äthylcapronsäure mit einer Ausbeute von 73,2 %, bezogen auf eingesetztes Äthylhexanol )stündlich 746 g 2-Methyläthylcapronsäure=.
  • Beispiel 2 Man verführt wie in Beispiel 1 beschrieben, hält jedoch eine Reaktionstemperatur von 35°C ein und führt stündlich 4 l konzentrierte Schwefelsäure und 2 1 2-Äthylhexanol dem Umlaufsystem zu Nach analoger Aufarbeitung erhält man 2.-Methyi-2-äthylcapronsäure in einer Ausbeute von 80% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 2-Äthylhexanol (stündlich 1630 g 2-Methyl-2-äthylcapronsäure).
  • Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel ) In einem Hochdruckrohr von 45 mm Durchmesser und -6 m Länge mit einem Inhalt von ca. 7 1, das mit Glasfüllkörpern geführt ist, werden stündlich 2 1 konzentrierte Schwefelsäure und l Liter 2-Äthylhexanol am oberen Ende des Hochdruckrohrs zugepumpt; Gleichzeitig hält man durch Zudosierung von Kohlenmonoxid am obersten Ende des Reaktors einen Druck von 300 at Kohlenmonoxid aufrecht. Die Temperaturen im Reaktionsgemisch schwanken zwischen 20 und 35°C. Das so am unteren Ende erhaltene Reaktionsgemisch wird wie in Beispiel 1 beschrieben hydrolysiert.
  • Man erhält 2-Nethyl-2-äthylcapronsäure mit einer durchschnittlichen Ausbeute von 64 , bezogen auf eingesetztes Äthylhexanol (stündlich 653 g 2-Methyl-2-äthylcapronsäure).
  • Beispiel 4 (Vergleichsversuch) Man verfährt wie in Beispiel 5 beschrieben mit dem Unterschied, daß man stündlich 4 1 Schwefelsäure und 2 1 2-Athylhexanol zudosiert. Nach analoger Verfahrensweise und Aufarbeitung erhält man 2-Methyl-2-äthylcapronsäure mit einer mittleren Ausbeute (7,5 Tage) von 55 ffi der Theorie, bezogen auf eingesetztes Äthylhexanol (stündlich 561 g 2-Methyl-2-äthylcapronsäure).

Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Carbonsäuren durch Umsetzen von Olefinen oder Cycloolefinen, Alkanolen oder Cycloalkanolen mit Kohlenmonoxid unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Schwefelsäure bei einer Temperatur von +0 bis 480°C und anschließende Zersetzung des Reaktionsprodukts mit Eiswasser, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem Umlaufsystem durchführk, wobei das Reaktionsgemisch fort aus fend über einen äußeren Kreislauf in die Reaktionszone zurück geführt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2384736A1 (fr) * 1977-03-24 1978-10-20 Gulf Research Development Co Procede de production d'acides carboxyliques a partir d'olefines d'acide sulfurique aqueux concentre, de monoxyde de carbone et d'eau
FR2507179A1 (fr) * 1981-06-05 1982-12-10 Ashland Oil Inc Procede pour produire des acides carboxyliques a partir de fluorures d'acyle formes par carbonylation
WO2014191090A1 (de) * 2013-06-01 2014-12-04 Oxea Gmbh Gemische enthaltend tertiäre isononansäuren ausgehend von 2-ethylhexanol, verfahren zur ihrer herstellung sowie die herstellung von folgeprodukten
WO2016029978A1 (de) * 2014-08-30 2016-03-03 Oxea Gmbh Verfahren zur herstellung von gemischen enthaltend tertiäre isononansäuren ausgehend von 2-ethylhexanol

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CN106458822A (zh) * 2014-08-30 2017-02-22 Oxea有限责任公司 基于2‑乙基己醇制备含有叔异壬酸的混合物的方法
US9695100B1 (en) 2014-08-30 2017-07-04 Oxea Gmbh Method for the production of mixtures containing tertiary isononanoic acids based on 2-ethylhexanol

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