DE2739226A1 - Alkene di:halide, prepd. from corresp. satd. hydrocarbon - by oxyhalogenation, used in prepn. of nitrile(s) partic. adiponitrile - Google Patents
Alkene di:halide, prepd. from corresp. satd. hydrocarbon - by oxyhalogenation, used in prepn. of nitrile(s) partic. adiponitrileInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Process for the production of
Alkendihalogeniden Die Erfindung betrifft die Herstellung von Alkendihalogeniden aus entsprechenden gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Alkenedihalides The invention relates to the preparation of alkenedihalides from corresponding saturated aliphatic hydrocarbons.
Es ist bekannt, daß Alkendihalogenide, insbesondere Dihalogenbutene, besonders brauchbar für die Herstellung von Adiponitril über Dicyanbuten sind. Das Dicyanbuten kann aus dem Dihalogenbuten viel leichter als aus Butadien hergestellt werden, da die Zwischenstufe Dicyanbuten durch direkte Umsetzung des Dihalogenbuten mit HCN hergestellt werden kann, während bei Butadien als Ausgangsstoff eine Umwandlung mit HCN zu Dicyanbuten schwierig ist und einen komplexen Katalysator notwendig macht. Frühere Versuche, Dichlorbutene z.B. durch Oxichlorierung von n-Butan herzustellen, ergaben geringe Umwandlungsraten und große Mengen unerwünschter Nebenprodukte; ein möglicher, nicht aufgeklärter Grund dafür ist, daß ansonsten geeignete Katalysatoren bei der Umsetzung instabil waren und zu größeren Selektionsschwankungen führten. Ein brauchbares Verfahren zur Herstellung von Alkendihalogeniden, einschließlich Dibrombuten, aus dem gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoff würde den Schritt der Umwandlung des gesättigten Kohlenwasserstoffs in das Dien (z.B. n-Butan in Butadien) vor der Herstellung des Dicyanalkens als Vorstufe bei der Herstellung von Nitrilen, z.B. Adiponitril, unnötig machen; es wäre ein wesentlicher Fortschritt gegenüber den bisherigen Verfahren und ist daher Gegenstand der vorliegenden Erfindung.It is known that alkenedihalides, especially dihalobutenes, are particularly useful for the production of adiponitrile via dicyanobutene. That Dicyanbutene can from dihalobutene much more easily than from butadiene be prepared, as the intermediate dicyanobutene by direct implementation of the Dihalobutene can be produced with HCN, while butadiene is used as the starting material a conversion with HCN to dicyanobutene is difficult and a complex catalyst makes necessary. Earlier attempts to obtain dichlorobutenes e.g. by oxychlorination of n-butane manufacture resulted in low conversion rates and large amounts of undesirable by-products; a possible, unexplained reason for this is that otherwise suitable catalysts were unstable during implementation and led to greater selection fluctuations. A useful process for the preparation of alkene dihalides, including Dibromobutene, from the saturated aliphatic hydrocarbon, would take the step the conversion of the saturated hydrocarbon into the diene (e.g. n-butane into butadiene) before the production of the dicyanalkene as a precursor in the production of nitriles, e.g., make adiponitrile unnecessary; it would be a major advance over that the previous processes and is therefore the subject of the present invention.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Alkendihalogenids mit 4 bis 5 Kohlenstoffen aus dem entsprechenden gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoff, wobei der gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoff mit freiem Sauerstoff und Halogen in Gegenwart eines stabilisierten Katalysatorgemisches, das Kupfer (II)-halogenid enthält, oxihalogeniert wird. In diesem Verfahren werden Sauerstoff, Halogen und Kohlenwasserstoff in der Gasphase und mit kontrollierten Geschwindigkeiten und Temperaturen in ein Reaktionsgefäß eingeführt, in dem Einspeisegeschwindigkeit, Druck und Temperatur bei den für die Förderung der Alkendihalogenidbildung notwendigen Werten gehalten werden.The invention relates to a process for the preparation of an alkene dihalide with 4 to 5 carbons from the corresponding saturated aliphatic hydrocarbon, being the saturated aliphatic hydrocarbon with free oxygen and halogen in the presence of a stabilized Catalyst mixture, the copper (II) -halide contains, is oxyhalogenated. In this process, oxygen, Halogen and hydrocarbon in the gas phase and at controlled speeds and temperatures introduced into a reaction vessel in which feed rate, Pressure and temperature at those necessary to promote the formation of alkene dihalides Values are maintained.
Das Alkendihalogenid wird aus dem Sauerstoff, Halogen, nicht umgesetzten gesättigten Kohlenwasserstoff und Wasser enthaltenden Reaktionsgemisch durch selektive Kondensation des ausströmenden Reaktionsgemisches gewonnen.The alkene dihalide is not converted from the oxygen, halogen saturated hydrocarbon and water-containing reaction mixture by selective Won condensation of the outflowing reaction mixture.
Als gesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff kann die Alkanserie mit gerader oder verzweigter Kette mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen verwendet werden. Selbstverständlich können darin Substituenten außer Kohlenstoff und Wasserstoff vorhanden sein, sofern sie praktisch nicht reagieren und die Reaktion unter den gegebenen Bedingungen nicht nachteilig beeinflussen. Die bevorzugten Kohlenwasserstoffe sind das normale (unverzweigte)Butan und Pentan. Am meisten bevorzugt wird n-Butan, wobei 1,4-Dibrombuten-2 und 3,4-Dibrombuten-l die am meisten bevorzugten Alkendihalogenidprodukte sind.The alkane series can be used as a saturated aliphatic hydrocarbon straight or branched chain with 4 to 5 carbon atoms can be used. Of course, it can contain substituents other than carbon and hydrogen be present, provided they practically do not react and the reaction under the do not adversely affect the given conditions. The preferred hydrocarbons are the normal (unbranched) butane and pentane. Most preferred is n-butane, 1,4-dibromobutene-2 and 3,4-dibromobutene-1 being the most preferred alkene dihalide products are.
Es wurde gefunden, daß ein wirksamer Kupfer (II)-halogenidkatalysator durch Zugabe von Kalium- oder Amoniumhalogenid stabilisiert werden kann. Die Aufrechterhaltung der Katalysatorstabilität ist wesentlich und bisher wurde dazu kein anderes Verfahren als die Verwendung dieser bestimmten Verbindungen als Teil des Katalysatorgemisches gefunden.It has been found to be an effective copper (II) halide catalyst can be stabilized by adding potassium or ammonium halide. The maintenance catalyst stability is essential and no other method has been used to date than using these particular compounds as part of the catalyst mixture found.
Überraschenderweise können nicht einmal die Salze der anderen Alkalimetalle das Kupfer (II)-halogenid in zufriedenstellender Weise stabilisieren. Die Menge des stabilisierenden Salzes ist zwar nicht kritisch, zufriedenstellende Ergebnisse wurden jedoch mit Mengen von 23 bis 50% des Gesamtgewichtes des Katalysatorgemisches erzielt.Surprisingly, not even the salts of the other alkali metals can stabilize the copper (II) halide in a satisfactory manner. The amount of the stabilizing salt is not critical, but gives satisfactory results however, amounts of 23 to 50% of the total weight of the catalyst mixture were used achieved.
Das Katalysatorgemisch wird vorzugsweise in die Reaktion auf einem praktisch inerten Träger, wie Bimsstein, eingebracht. Dieser wurde mit einer Lösung des Katalysatorgemisches gesättigt, wobei das Lösungsmittel anschließend durch Filtrieren und/oder Verdampfen entfernt und der Träger in einem Stickstoffstrom bei etwa 150 OC getrocknet wurde, so daß eine Katalysatorgemischkonzentration von etwa 5 bis 10 Gew.%, bezogen auf den Bimssteinträger, verblieb.The catalyst mixture is preferably used in the reaction on a practically inert carrier, such as pumice stone, introduced. This one came up with a solution of the catalyst mixture is saturated, the solvent then being filtered off and / or evaporation removed and the carrier in a nitrogen stream at about 150 OC was dried so that a catalyst mixture concentration of about 5 to 10% by weight, based on the pumice stone support, remained.
Unter den verschiedenen Halogenen für das Speisegas und den entsprechenden Halogenkomponenten des Katalysators (und Katalysatorstabilisators) erwies es sich, daß Brom höhere Ausbeuten und Selektivitäten für das Dihalogenid ergab als die anderen Ilalogene. Außerdem werden, auf Grund der grösseren Labilität der Dibrombutene im Vergleich zu den entsprechenden Verbindungen mit anderen Halogenen, in dem Cyanierungsschritt bei der Herstellung von Adiponitril grössere Selektivitäten erzielt. Brom ist deshalb das bevorzugte Halogen.Among the various halogens for the feed gas and the corresponding Halogen components of the catalyst (and catalyst stabilizer) were found to that bromine gave higher yields and selectivities for the dihalide than the other ilalogens. In addition, due to the greater instability of the dibromobutenes compared to the corresponding compounds with other halogens, in the cyanation step achieved greater selectivities in the production of adiponitrile. Bromine is therefore the preferred halogen.
Je nach dem verwendeten gesättigten, aliphatischen Kohlenwasserstoff, der Apparatur, der Katalysatorkonzentration und dem gewählten Halogen können eine Vielzahl von Druck-und Temperaturbedingungen gewählt werden, unter denen Alkendihalogenide mit Selektivitätsgraden hergestellt werden können, die weit über den bisher bekannten liegen. Die Dampfphasenreaktion wird vorzugsweise in einem Einstufenreaktionsgefäß mit Fließ- oder Festbett bei Temperaturen von über 250 OC und unter etwa 300 OC bei Atmosphärendruck durchgeführt. Es wurde gefunden, daß übermäßiges Kracken und Verkohlen der Reaktionsteilnehmer in den Produkten auftritt, wenn die Reaktion bei über 300 OC durchgeführt wird.Depending on the saturated aliphatic hydrocarbon used, the apparatus, the catalyst concentration and the halogen chosen can be a Variety of pressure and temperature conditions can be chosen under which alkene dihalides can be produced with degrees of selectivity that far exceed those previously known lie. The vapor phase reaction is preferably carried out in a single stage reaction vessel with a fluidized or fixed bed at temperatures above 250 OC and below about 300 OC carried out at atmospheric pressure. It has been found that excessive cracking and Charring of the reactants in the products occurs when the reaction occurs is carried out above 300 OC.
Um nicht umgesetztes Halogen und Ober-Halogenierung zu vermeiden, sollte der gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoff gegenüber dem Halogen im Überschuß verwendet werden. Bei der Oxibromierung von Butan bewirkt ein molares Einspeiseverhältnis von Sauerstoff und Brom zu Kohlenwasserstoff von etwa 0,2 bis 0,6 bzw. 0,1 bis 0,5 einen stöchiometrischen Butan- Überschuß, wodurch übermäßige Bromierung und der Verlust von nicht umgesetztem Brom vermieden werden. Ferner erwies es sich als vorteilhaft, aber nicht notwendig, die Speisegase mit Stickstoff zu verdünnen, um die Entflammbarkeitsbereiche des Kohlenwasserstoffs zu vermeiden. So sollten z.B. molare Verhältnisse von Sauerstoff und Luft zu Butan von 0,8 bis 4,9 bzw. 1,9 bis 8,5 vermieden werden. Selbstverständlich sollten die Einspeisegeschwindigkeiten der verschiedenen Komponenten individuell eingestellt werden, um eine maximale Selektivität für das gewünschte Produkt zu erreichen, unter Berücksichtigung der gewählten Apparatur, der Katalysatorkonzentration, Druck, Temperatur, sowie des als Ausgangsmaterial gewählten bestimmten gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffs und des Halogens.To avoid unreacted halogen and over-halogenation, the saturated aliphatic hydrocarbon should be in excess over the halogen be used. In the oxibromination of butane, a molar feed ratio is used from oxygen and bromine to hydrocarbon from about 0.2 to 0.6 and 0.1 to 0.5, respectively a stoichiometric butane Excess, causing excessive bromination and the loss of unreacted bromine can be avoided. It also turned out to be it is advantageous, but not necessary, to dilute the feed gases with nitrogen, to avoid the flammability ranges of the hydrocarbon. So should e.g., molar ratios of oxygen and air to butane of 0.8 to 4.9 and 1.9, respectively to 8.5 can be avoided. Of course, the feed speeds should the various components can be set individually for maximum selectivity for the desired product, taking into account the equipment chosen, the catalyst concentration, pressure, temperature, as well as the starting material chosen particular saturated aliphatic hydrocarbon and halogen.
Zur Gewinnung des Alkendihalogenids kann jedes wirksame selektive Kondensationsverfahren verwendet werden. Bevorzugt wird ein Dreistufenkondensator, der bei verschiedenen Temperaturen betrieben werden kann.For the recovery of the alkene dihalide, any effective selective Condensation processes can be used. A three-stage capacitor is preferred, which can be operated at different temperatures.
Beispiele Als Reaktionsgefäß wurde ein 2 x 50 cm Pyrexrohr verwendet, an dem ein Speisegas-Vorwärmer angebracht war. Zur Aufrechterhaltung der Temperatur von Reaktionsgefäß und Vorwärmer wurde ein Wirbelsandbad verwendet. Zur Aufnahme des Ausstroms nus dem Reaktionsgefäß wurde eine Reihe von Kondensatorfallen vorgesehen. Diese wurden für eine erste Kondensationstemperatur von 25 OC, eine zweite von 0 OC und eine dritte von -78 OC eingestellt. Für den Katalysator wurde ein Bimssteinträger verwendet. Der Bimsstein wurde mit Kupfer (II)-bromid und Kaliumbromid in den angegebenen, auf das Gewicht des Bimssteins bezogenen prozentualen Anteilen imprägniert. Das Kaliumbromid wurde zur Verringerung der Sublimationstemperatur des Kupfer (II)-bromid und zur Erhöhung der Katalysatorstabilität verwendet. Der Bimssteinträger wurde mit einer alkoholischen Lösung des Katalysators gesättigt. Das Lösungsmittel wurde dann durch Verdampfen bei 80 OC entfernt und der mit dem Katalysator imprägnierte Bimsstein wurde etwa 2 Stunden in einem Reaktionsgefäß bei 150 OC in einem Stickstoffstrom getrocknet, so daß etwa 30 g des festen Katalysators auf dem Bimsstein mit einer Siebgrösse von 40 bis 140 vorhanden waren. Die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde bei der angegebenen Reaktionstemperatur gehalten, bie der das Katalysatorbett mit Stickstoff durchströmt wurde. Die Reaktionsgase wurden bei 25 °C in den angegebenen Mengen eingespeist. Fast das gesamte Wasser der bromierten Kohlenwasserstoffe wurde in der ersten Falle bei 25 OC aufgefangen. Die Ergebnisse sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.Examples A 2 x 50 cm Pyrex tube was used as the reaction vessel, to which a feed gas preheater was attached. To maintain the temperature A fluidized sand bath was used for the reaction vessel and preheater. To record The effluent from the reaction vessel became a series of condenser traps intended. These were for a first condensation temperature of 25 OC, a second of 0 OC and a third set from -78 OC. A pumice stone support was used for the catalyst used. The pumice stone was made with copper (II) bromide and potassium bromide in the specified, impregnated as a percentage of the weight of the pumice stone. That Potassium bromide was used to lower the sublimation temperature of the copper (II) bromide and used to increase the catalyst stability. The pumice stone carrier was saturated with an alcoholic solution of the catalyst. The solvent was then removed by evaporation at 80 OC and the impregnated with the catalyst Pumice stone was left in a reaction vessel at 150 OC in a stream of nitrogen for about 2 hours dried so that about 30 g of the solid catalyst on the pumice stone with a Sieve sizes from 40 to 140 were available. The temperature of the reaction vessel was kept at the specified reaction temperature, the catalyst bed with Nitrogen was flowed through. The reaction gases were at 25 ° C in the specified Quantities fed in. Almost all of the water's brominated hydrocarbons were made caught in the first trap at 25 OC. The results are from the following Table.
Tabelle I Gas-Einspeisemengen bei 25 °C Atmosphä- Produktzusammensetzung rendruck ml/min mol % Katalysator Tempe- Verweil- andere Biespiel Zusammen- ratur dauer Dibrom- bromierte bromierte Nr. setzung °C s C4H10 O2 Br2 N2 butene Butane Butanone andere 1 10% CuBr2 290 1,6 100 50 15 450 60* 10 30 3%+ KBr auf Bimestein 2 10% CuBr2 300 1,5 100 62 16 400 25 40 35 10% KBr auf Bimestein 3 6% CuBr2 300 1,5 100 -O- 45 500 45 40 -O- 15 Tetra-6% NaBr bromauf äthylen Bimestein 4 10% CuBr2 275 1,6 199 75 51HBr 400 40 25 35 3% KBr auf Bimsstein *trans-1,4-Dibrombuten-2 (30%) cis-1,4-Dibrombuten-2 (13%) 3,4-Dibrombuten-1 (17%)Table I Gas feed rates at 25 ° C atmosphere - product composition pressure ml / min mol% catalyst tempe- rature- other example assemblage duration dibromobrominated brominated number setting ° C s C4H10 O2 Br2 N2 butene butane Butanone other 1 10% CuBr2 290 1.6 100 50 15 450 60 * 10 30 3% + KBr on pebble 2 10% CuBr2 300 1.5 100 62 16 400 25 40 35 10% KBr on pumice 3 6% CuBr2 300 1.5 100 -O- 45 500 45 40 -O- 15 Tetra-6% NaBr bromine on ethylene Bimestein 4 10% CuBr2 275 1.6 199 75 51HBr 400 40 25 35 3% KBr on pumice stone * trans-1,4-dibromobutene-2 (30%) cis-1,4-dibromobutene-2 (13%) 3,4-dibromobutene-1 (17%)
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