DE2733496A1 - Verfahren zur herstellung von methacrylsaeure sowie estern und dem nitril dieser saeure - Google Patents
Verfahren zur herstellung von methacrylsaeure sowie estern und dem nitril dieser saeureInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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- C07C51/347—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
- C07C51/353—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton
Description
röhm ,
Pat/Dr.Htl/Kla/9
Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure sowie Estern und dem Nitril dieser Säure
Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die eine Weiterbildung der Erfindung gemäß DBP (Patentanmeldung P 24
57 993.9) darstellt, ist ein Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure, dem Nitril und den Estern dieser Säure aus
Propionsäure, bzw. aus dem Nitril oder den Estern dieser Säure.
Gemäß der Hauptanmeldung werden die genannten gesättigten Verbindungen mit Methylal in Gegenwart eines Katalysators,
insbesondere eines Katalysators, der aus AI2O3 besteht
oder dieses Oxid enthält, umgesetzt.
Als Temperaturbereich, innerhalb dessen die Umsetzung gemäß dem Hauptpatent ausweislich der Beispiele durchgeführt wird,
kann der Bereich von 300 bis 4000C gelten.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der genannten gesättigten Verbindungen mit Methylal
durch Zirkoniumdioxid katalysiert wird.
Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator kann dabei aus ZrO2 bestehen oder dieses Oxid enthalten. Gegebenenfalls
können auch Zirkoniumverbindungen aus denen unter den
XU/
Reaktionsbedingungen Zirkonimdioxid gebildet wird, in die
Reaktion eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit auch die Verwendung von Mischkontakten, beispielsweise
solcher, die neben Zirkoniumdioxid Aluminiumoxid und/oder Siliciumdioxid enthalten.
903307/0041
nöhm
GmbH Darmstadt - -£- -Lf-
2 7 "Ϊ "} A Q C
Ein besonders vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Möglichkeit, die Umsetzung der genannten
gesättigten Verbindungen mit Methylal unter Verwendung der die Erfindung kennzeichnenden Katalysatoren bei vergleichsweise
niedriger Temperatur durchführen zu können.
Die Temperatur kann beispielsweise unterhalb des Bereichs liegen, der bei Verwendung der im Hauptpatent spezifisch
genannten Katalysatoren zweckmäßigerweise eingehalten wird. Als Richtwert für die Arbeitstemperatur kann beim erfindungsgemäßen
Verfahren eine Temperatur ab 200°C, etwa der Bereich von 200 bis 3000C angesehen werden.
Die in der Regel etwa um 150 bis 200OC niedrigere Arbeitstemperatur (sowohl gegenüber dem spezifisch offenbarten
Temperaturbereich des Hauptpatents als gegenüber vergleichbaren katalytisch beschleunigten Reaktionen) bedeutet nicht
nur Energieersparnis, sondern sie sichert auch eine besonders günstige Umsetzungsbilanz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
da beispielsweise die Tendenz zur Zersetzung des nicht umgesetzten Methylais herabgesetzt ist. Die allgemein niedrigere
Arbeitstemperatur läßt beim erfindungsgemäßen Verfahren eine größere Flexibilität hinsichtlich der apparativen
Durchführung zu. Beispielsweise kann das Verfahen gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Druckgefäß durchgeführt werden.
Als Katalysatoren kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung die bekannten Formen des Zirkoniumdioxids wie
Baddelyit, p'yrogenes Zirkoniumdioxid usw. infrage, insbesondere
die handelsüblichen Formen. Die erfindungsgemäß verwendbaren Katalysatoren schließen auch die durch Glühen von
\u/
Salzen des Zirkonims mit Sauerstoffsäuren erhältlichen Produkte mit ein. Ferner sind aktivierte Formen des Zirkoniumdioxids
im Sinne der vorliegenden Erfindung anwendbar.
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röhm
Von besonderem Interesse ist die Verwendung sogenannten pyrogenen Zirkoniumdioxids, das beispielsweise analog dem
pyrogenen Siliciumdioxid aus Zirkoniumtetrachlorid hergestellt werden kann, vorzugsweise im Gemisch mit pyrogener
Kieselsäure (1 - 10 Gew.-% pyrogenes Zirkoniumdioxid wie in der DT-OS 2 349 054 beschrieben).
Ferner umfassen die erfindungsgemäß verwendbaren Zirkoniumdioxid-Katalysatoren
auch dotierte Katalysatoren, beispielsweise basisch dotierte, insbesondere die mit Alkalihydroxiden
wie KOH dotierten Katalysatoren in Analogie zu den in der DT-OS 2 349 054 für pyrogene Kieselsäure angegebenen Dotierungen.
Auch die Ausführung der Dotierung kann in Analogie zu der genannten deutschen Offenlegungsschrift erfolgen.
Weiter ist die Dotierung des Zirkoniumdioxids mit Phosphorsäure von Interesse.
Günstig auf die katalytische Wirksamkeit der zu verwendenden Katalysatoren kann sich auch eine thermische Vorbehandlung
des Zirkoniumdioxids bzw. der das Zirkoniumdioxid enthaltenden Systeme auswirken. Die thermische Vorbehandlung kann
beispielsweise der Entwässerung und/oder der Umwandlung gegebenenfalls in eine andere Modifikation der Bestandteile,
insbesondere des Zirkoniumdioxids dienen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bringt neben dem
Vorteil der Durchführbarkeit bei relativ niedrigen Temperaturen andere wesentliche Vorteile, wie den vergleichsweise
geringen Verschleiß der Katalysatoren. Als Folge davon wirken sich verfahrenstechnisch so wichtige Faktoren wie z. B.
die Frequenz, mit der der Katalysator regeneriert werden muß und der Aufwand bei der Regenerierung ebenfalls zum Vorteil
des Verfahrens aus.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insgesamt dadurch aus, daß es kostengünstig durchgeführt werden
kann* 909807/0041
iöhm ,
Die Umsetzung von Propionsäureester mit Methylal kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß anstelle des Esters
die Propionsäure zusammen mit mindestens einer äquimolaren Menge Alkohol eingesetzt werden. Dies gilt vor allem für die
Herstellung des Methylmethacrylats.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, sollen aber den nachgesuchten Schutz in keiner
Weise einschränken. Die Temperaturangaben erfolgen in Celsiusgraden. Die qualitative und quantitative Bestimmung der
Reaktionsprodukte kann mittels der üblichen analytischen Verfahren, beispielsweise der Gaschromatographie vorgenommen
werden.
909807/0041
iöhm
Aus einem Vorratsgefäß wird die Reaktionsmischung aus Propionsäuremethylester und Methylal bzw. Propionsäure,
Methanol und Methylal mit Hilfe einer Dosierpumpe auf den Verdampfer gegeben. Der Verdampfer ist ein Quarzrohr von
30 cm Länge und 3 cm Durchmesser, das mit Sattelkörpern gefüllt ist. Die nach dem Verdampfen gasförmigen Reaktionskomponenten werden mit einem konstanten Stickstoff-Strom
(30 l/h) in den mit dem Kontakt gefüllten Reaktor geleitet. Der Quarzreaktor hat eine beheizbare Länge von 72 cm bei
einem Innendurchmesser von 4 cm. Das Füllvolumen beträgt etwa 800 ml Katalysator. Die Meßstelle des Thermoelements
befindet sich in halber Höhe inmitten des Kontaktes. Die den Reaktor verlassenden Reaktionsgase werden sofort mit
einem Intensivkühler abgekühlt. Die Analytik des Gemisches erfolgt gaschromatographisch (2 m Stahlsäule, gefüllt mit dem
Säulenmaterial 4 % XE 60 auf Chromosorb G: Produkt der Fa. Perkin-Elmer). Die quantitative Auswertung wird nach der
Methode des inneren Standards durchgeführt; die in den Beispielen aufgeführten Werte sind Angaben in Gewichtsprozent.
Die Versuche wurden z.T. auch in einem Stahl-U-Rohr als
Reaktor durchgeführt. Das U-Rohr hat einen Durchmesser von 2,5 cm, eine Schenkellänge von 30 cm und einen Schenkelabstand
von 8 cm. Als Heizbad dient Schmelzsalz. Die sonstige Versuchsanordnung bleibt unverändert.
A) Versuche mit Zirkoniumdioxid im Quarzreaktor Kontaktmenge: 800 ml Zirkoniumdioxid
Durchsatz: 250 ml/h Reaktbnslösung Trägergas: 30 l/h Stickstoff
Vorheiztemperatur: 2000C
Reaktionstemperaturen: 260 - 3000C
Vorheiztemperatur: 2000C
Reaktionstemperaturen: 260 - 3000C
909807/00Ai
röhm
2733*96
Molverhältnisse: Propionsäuremethylester/Methylal =1/1
(= Mischung A)
Propionsäure/Methanol/Methylal = l/l/l (= Mischung B)
Beisp. | Reaktor- temp. in OC |
Mischung | Umsatz Propion säure bzw. Ester in % |
Selektivität Methyl- methacrylat in % bezogen auf Propion säure (ester) |
1 | 260 | A | 9,2 | 74 |
2 | 270 | A | 19,6 | 50,5 |
3 | 280 | A | 27,3 | 41,4 |
4 | 300 | A | 28,6 | 42,3 |
5 | 260 | B | 15 | 37,3 |
6 | 270 | B | 26,1 | 35,6 |
7 | 280 | B | 29,4 | 37,4 |
8 | 290 | B | 31 | 39 |
9 | 300 | B | 35,7 | 40 |
B) Versuche mit einem Mischkontakt aus Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid im Stahl-U-Rohrreaktor
90 ml γ-AI2O3 werden zusammen mit 90 ml Zirkoniumdioxid
schichtenweise in den beschriebenen Stahl-U-Rohrreaktor gegeben. Dabei beträgt das Volumen einer Schicht 10 ml. Als
Reaktionslösung wird ein Gemisch aus Propionsäuremethylester mit Methylal im Molverhältnis 1/1 auf den Reaktor
gegeben.
Durchsatz: 100 ml/h Reaktionsmischung
Trägergas: 10 ]/h Stickstoff
Vorheiztemp.: 230 - 2600C
Reaktortemperaturen: 260 - 3000C
Trägergas: 10 ]/h Stickstoff
Vorheiztemp.: 230 - 2600C
Reaktortemperaturen: 260 - 3000C
909807/00Ai
röhm
GmbH Dvmstsckt | Reaktortemp. in 0C |
--T-- " | ,8 ,3 ,9 |
2733496 | im Autoklaven |
Beisp. | 260 290 300 |
1 | Selektivität Methyl- methacrylat in % |
||
10 11 12 |
Umsatz Propionsäure- ester in % |
43,1 58 51,4 |
|||
12 14 17 |
|||||
C) Versuch mit Zirkoniumdioxid | |||||
Beispiel 13 | |||||
50 g gepulvertes Zirkoniumdioxid werden in 200 ml einer Propionsäuremethylester-Methylal-Mischung
(Molverhältnis Propionsäuremethylester/Methylal = 10/1) suspendiert. Das Reaktionsgemisch
wird in einem 0,5 1 Autoklaven unter Eigendruck auf 2800C erhitzt. Die chromatographische Analyse zeigt eine Methyl methacrylatausbeute
von 9,7 % an (bezogen auf 1/10 Mol Propionsäuremethylester).
909807/0041
Claims (10)
- Patentansprüche( 1 j Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure, dem Nitril ^ und den Estern dieser Säure aus Propionsäure bzw. dem Nitril oder den Estern dieser Säure durch Umsetzung der genannten gesättigten Verbindungen mit Methylal in Gegenwart eines Katalysators gemäß Hauptanmeldung P 2k 57 993.9»dadurch gekennzeichnet,daß die Umsetzung in Gegenwart von Zirkoniumdioxid durchgeführt wird.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Zirkoniumdioxid besteht oder dieses Oxid enthält.
- 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart von zirkoniumhaltigen Mischkontakten durchgeführt wird.
- 4. Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart von Mischkontakten aus Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid durchgeführt wird.
- 5. Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart von Mischkontakten aus Zirkoniumdioxid und Siliciumdioxid durchgeführt wird.
- 6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung oberhalb 2000C durchführt.909807/0041 " 9 "
- 7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung zwischen 200 und 4000C durchführt.
- 8. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung zwischen 200 und 3000C durchführt.
- 9. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem Druckgefäß durchführt.
- 10. Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäuremethylester, durch Umsetzung von Propionsäuremethylester oder Propionsäure in Gegenwart von Methanol und Methylal, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Zirkoniumdioxid durchführt.•3 09807/0041
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DE19772733496 DE2733496A1 (de) | 1977-07-25 | 1977-07-25 | Verfahren zur herstellung von methacrylsaeure sowie estern und dem nitril dieser saeure |
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