DE3030044A1 - Verfahren zur herstellung von vinylestern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von vinylestern

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DE3030044A1
DE3030044A1 DE19803030044 DE3030044A DE3030044A1 DE 3030044 A1 DE3030044 A1 DE 3030044A1 DE 19803030044 DE19803030044 DE 19803030044 DE 3030044 A DE3030044 A DE 3030044A DE 3030044 A1 DE3030044 A1 DE 3030044A1
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mixt
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acetylene
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DE19803030044
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English (en)
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Bernhard Dr. 4047 Dormagen Schleppinghoff
Herbert Tschorn
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Erdoelchemie GmbH
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Erdoelchemie GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/04Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Vinylestern
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vinylestern von Carbonsäuren durch katalytisch angeregte Reaktion von Acetylen mit Carbonsäuren in der Gasphase.
  • Es ist bekannt, aus Acetylen und Carbonsäuren in der Gasphase durch heterogene Katalyse Vinylester herzustellen (Ullmann's Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band XVIII, Seite 75 ff., besonders 79, Verlag Urban und Schwarzenberg, München-Berlin-Wien, 1967). Beispielsweise wird zur Herstellung von Vinylacetat ein Gasgemisch aus 85 Vol.-% Acetylen und 15 Vol.-% Essigsäure über eine Aktivkohle von 3 mm Korngröße geleitet, die mit Zinkacetat imprägniert ist.
  • Die Reaktionstemperatur beträgt bei frischen Katalysatoren etwa 160 bis 1700C, mit zunehmendem Betriebsalter des Katalysators muß man die Temperatur allmählich bis auf etwa 205 bis 2100C steigern. Dieser Katalysator hat den Nachteil, daß die Kontaktaktivität relativ schnell nachläßt, daß die bei nachlassender Aktivität gesteigerte Temperatur zu verstärkten Nebenreaktionen führt und daß der Katalysator auf speziellem Wege hergestellt werden muß.
  • Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Vinylestern von Carbonsäuren durch katalytisch angeregte Reaktion von Acetylen mit Carbonsäuren in der Gasphase gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als katalytisch wirksame Masse ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen aus zwei Stoffgruppen nimmt, wobei mindestens ein Stoff aus der Gruppe der als inerte Katalysatorträger bekannten Stoffe kommt und mindestens ein Stoff ein Element der II. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente (Mendelejew) in elementarer oder gebundener Form ist, wobei das Mischungsverhältnis der aus beiden Stoffgruppen stammenden Stoffe 0,1 bis 10 Vol.-Teile aus der ersten Stoffgruppe pro 1 Vol.-Teil aus der zweiten Stoffgruppe beträgt und wobei die Stoffe in einer Teilchengröße von 0,1 mm bis 20 mm vorliegen.
  • Zu der Gruppe der als inerte Katalysatorträger bekannten Stoffe zählen beispielsweise die verschiedenen Modifikationen von Aluminiumoxid, wie f-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Aktivkohle, Alumosilikate, sowie Silicagel, Siliziumcarbid, Magnesiumoxid, Erdalkalicarbonate oder -sulfate, wie Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat oder Bariumcarbonat und Spinell sowie Zeolithe und Monolithe.
  • Bevorzugt seien aus dieser Gruppe <ß-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Aktivkohle, besonders bevorzugt Aktivkohle, genannt. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere der genannten Stoffe gegebenenfalls als Gemisch, anzuwenden.
  • Als Element der II. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente (Mendelejew) sei beispielsweise genannt: Zink, Cadmium oder Quecksilber, bevorzugt Zink oder Cadmium, besonders bevorzugt Zink. Das Element aus der II. Nebengruppe kann in elementarer oder gebundener Form vorliegen. Als gebundene Form sei beispielsweise das Oxid oder ein Salz, wie das Chlorid, das Sulfat, das Acetat, das Benzoat, Chromat, Silikat, Aluminat und Oxalat genannt. Beispiele für einzelne Stoffe sind: Zink, Cadmium, Zinkoxid, Cadmiumoxid, Zinkchlorid, Cadmiumchlorid, Zinksulfat, Cadmiumsulfat, Zinkacetat, Cadmiumacetat, Zinkbenzoat, Cadmiumbenzoat. Zinkchromat, Zinksilikat, Zinkaluminat, Zinkoxalat, Cadmiumchromat, Cadmiumsilikat, Cadmiumaluminat, Cadmiumoxalat.
  • Es ist ebenso möglich, zwei oder mehrere der genannten Stoffe im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzen. Die Stoffe aus den beiden Stoffgruppen werden als physikalische Mischung eingesetzt. Das Mischungsverhältnis wird als Verhältnis der Schüttvolumina der Stoffe aus den beiden Stoffgruppen angegeben. Das Verhältnis beträgt beispielsweise 0,1 bis 10 Vol.-Teile eines oder mehrerer Stoffe aus der ersten Stoffgruppe pro ein Vol.-Teil eines oder mehrer Stoffe aus der zweiten Stoffgruppe. Das bevorzugte Mischungsverhältnis ist 0,5 bis 2 Vol.-Teile aus der ersten Stoffgruppe pro ein Vol.-Teil aus der zweiten Stoffgruppe.
  • Die Stoffe beider Stoffgruppen können unabhängig voneinander in der Konsistenz eines groben Pulvers bis zu einer stückigen Konsistenz vorliegen. Beispielsweise sei eine Körnung von 0,1 mm bis 20 mm, bevorzugt 1 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 2,5 bis 4 mm, genannt. Als Mischungen beider Stoffgruppen sei beispielsweise ein nahezu ideales Gemisch, ein schichtförmiges Einbringen der Stoffe in den Reaktionsraum, wobei abwechselnd je eine Schicht aus den beiden Stoffgruppen stammt, oder Zwischenstufen zwischen der idealen Mischung und der Schichtung genannt. So kann beispielsweise als unterste Schicht in einen Reaktionsraum eine Schicht aus einem Stoff, der als inerter Katalysatorträger bekannt ist, eingebracht werden. Darüber kann beispielsweise eine Schicht aus einem Stoff eines Elementes der II. Nebengruppe in elementarer oder gebundener Form folgen oder es kann auf die unterste Schicht ein Gemisch aus den beiden Stoffgruppen folgen. Nach mehreren aufeinanderfolgenden Schichten der genannten Art im Katalysatorraum kann sodann beispielsweise wieder eine Schicht aus einem als inerter Katalysatorträger bekannten Stoff als Abschluß der Katalysatorpackung nach oben hin folgen. Die Stoffe für die einzelnen Schichten können hierbei untereinander völlig verschiedene Körnung innerhalb des obengenannten Bereiches besitzen. Die bevorzugte Variante ist die des nahezu idealen Gemisches. Hierbei ist es wiederum bevorzugt, die Stoffe aus den beiden Stoffgruppen in etwa der gleichen Körnung anzuwenden.
  • Es ist überraschend, daß das Gemisch aus mindestens zwei Stoffen aus zwei Stoffgruppen, die jede für sich allein weitgehend inaktiv in Bezug auf die Bildung von Vinylestern ist, hohe katalytische Aktivität bei der Bildung dieser Vinylester zeigt. Der Temperaturbereich für die erfindungsgemäße Umsetzung liegt beispielsweise bei 130 bis 3000C, vorzugsweise bei 170 bis 230"C. Die Umsetzung soll möglichst in isothermer Fahrweise erfolgen.
  • Der Druckbereich wird beispielsweise zwischen 1 und 1,5 bar eingestellt. Die Verweilzeit der Reaktionspartner im Reaktionsraum kann beispielsweise von 2 bis 100 Sek., bevorzugt bei 10 bis 30 Sek., schwanken. Die Leerraumgeschwindigkeit liegt bei 0,5 bis 20 cm.Sek 1, bevorzugt bei 20 bis 25 cm.Sek 1.
  • Das Volumenverhältnis von Acetylen zur Carbonsäure liegt beipsielsweise bei 2:1 bis 20:1, bevorzugt bei 5:1 bis 10:1. Als Carbonsäure sei beispielsweise Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Ameisensäure genannt.
  • Bevorzugt ist die Reaktion zwischen Acetylen und Essigsäure.
  • Als Beispiel der Herstellung von Vinylacetat aus Acetylen und Essigsäure unter Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems sei das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert: Beispielsweise werden handelsübliches Zinkoxid und handelsübliche Aktivkohle in einer Korngröße von 3 bis 4 mm in einem Volumen- verhältnis von beispielsweise 2:1 weitgehend ideal gemischt und in einen von außen mit einer Wärmeträgerflüssigkeit durchflossenen Rohrreaktor eingefüllt.
  • Acetylen und Essigsäure werden in dem oben angegebenen Mischungsverhältnis gemischt und nach einer Vorwärmung auf etwa 1700C bei einem Druck von 1,03 bar und einer Verweilzeit von 30 Sek. über den in den einzelnen Röhren des Rohrreaktors gefüllten Katalysator geleitet.
  • Die Temperatur im Katalysatorbett wird auf etwa 200"C gehalten. Das Reaktionsgemisch wird stufenweise abgekühlt und bis auf nicht umgesetztes Acetylen weitgehend kondensiert. Das gebildete Vinylacetat wird dem Reaktionssystem als Fertigprodukt entnommen, während die nicht umgesetzten Ausgangsstoffe zu den Einsatzstoffen zurückgeführt werden können.
  • Beispiel 1 9 ml Essigsäure werden stündlich in ein mit 1700C hei-Bem Wärmeträgermittel beheiztes Rohr aus Glas von 0,8 m Länge und 5 mm lichter Weite gepumpt, in dem die Aufheizung und Verdampfung erfolgt. Am Ausgang des Vorwärmers und Verdampfers erfolgt die gleichzeitige Einspeisung von stündlich 35,5 1 Acetylen, die mit Hilfe eines Dreiwegestutzens mit dem Essigsäuredampf vereint und somit gleichzeitig gemischt wird. Das Volumenverhältnis der beiden Gasströme Acetylen und Essigsäure beträgt somit 10:1.
  • Das Gasgemisch wird durch zwei weitere auf 1700C beheizte Rohre von jeweils 6 m Länge und 4 mm lichter Weite geleitet und gelangt anschließend in einen Doppelmantelreaktor von 1,05 m Länge und einem inneren Durchmesser von 25 mm aus V2A-Stahl, dessen äußerer Mantel mit einem auf 2000C temperiertem Wärmeträgermittel durchströmt wird. Der Reaktionsinnenraum ist mit einem Gemisch aus Zinkoxid und Aktivkohle im Volumenverhältnis von 1:1 in einer Füllhöhe von 45 cm beschickt. Die Körnung beträgt 3 mm. Jeweils 30 cm ober- bzw. unterhalb des Katalysators besteht die Füllung aus Aluminiumoxid als Inertmaterial. Das den Reaktor verlassende Gasgemisch wird in mehreren Stufen über 400C, 200C bis auf letzlich -250C abgekühlt. Evtl. nicht kondensierte Anteile werden in einer Kühlfalle (-850C) zurückgehalten.
  • Es wurde folgendes Ergebnis erhalten: Umsatz: 94 % (bez. auf Essigsäure) Selektivität: 95 % Beispiel 2 Beispiel 1 wurde in gleicher Form wiederholt, jedoch wurde mit einem Katalysatorgemisch von Zinkoxid und Aluminiumoxid im Volumenverhältnis von 1:1 bei einer Reaktorinnentemperatur von 2300C gearbeitet.
  • Umsatz: 73 % Selektivität: 89 % Beispiel 3 Beispiel 1 wurde in gleicher Form wiederholt, jedoch wurde mit einem Katalysatorgemisch von mit Zinkacetatgetränktem Aluminiumoxid und Aktivkohle im Volumenverhältnis von 1:1 bei einer Reaktorinnentemperatur von 2100C gearbeitet.
  • Umsatz: 95 % Selektivität: 95 % Beispiel 4 Beispiel 3 wurde in gleicher Form wiederholt, jedoch wurde mit einem Katalysatorgemisch von Zinkoxid mit Aktivkohle im Volumenverhältnis von 2:1 gearbeitet.
  • Umsatz: 94,7 % Selektivität: 91,5 % Beispiel 5 Beispiel 4 wurde in gleicher Form wiederholt, jedoch wurde mit einem Volumenverhältnis des genannten Gemisches von 1:2 bei einer Temperatur von 2000C gearbeitet.
  • Umsatz: 99,1 8 Selektivität: 92,5 % Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel) Beispiel 1 wurde in gleicher Form wiederholt, es wurde jedoch mit reinem ZnO in einer Korngröße von 4 mm gearbeitet.
  • Umsatz: 0 % Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel) Beispiel 6 (1) wurde in gleicher Form wiederholt, in diesem Versuch wurde reine A-Kohle (Handelsprodukt Tx IV der Fa. Bayer) in einer Körnung von 2 - 3 mm eingesetzt.
  • Umsatz: 9,4 % (bez. auf Essigsäure) Selektivität: 73 %

Claims (4)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Vinylestern von Carbonsäuren durch katalytisch angeregte Reaktion von Acetylen mit Carbonsäuren in der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß man als katalytisch wirksame Masse ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen aus zwei Stoffgruppen nimmt, wobei mindestens ein Stoff aus der Gruppe der als inerte Katalysatorträger bekannten Stoffe kommt und mindestens ein Stoff ein Element der II. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente (Mendelejew) in elementarer oder gebundener Form ist, wobei das Mischungsverhältnis der aus beiden Stoffgruppen stammenden Stoffe 0,1 bis 10 Vol.-Teile aus der ersten Stoffgruppe pro ein Volumenteil aus der zweiten Stoffgruppe beträgt und wobei die Stoffe in einer Teilchengröße von 0,1 mm bis 20 mm vorliegen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Gemisch eingesetzten Stoffe in gekörntem Zustand mit einer Körnung von etwa 1,5 bis etwa 8 mm vorliegen.
  3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis 0,5 bis 2 Vol.-Teile aus der ersten Stoffgruppe pro 1 Vol.-Teil aus der zweiten Stoffgruppe beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe aus den beiden Stoffgruppen in Form einer nahezu idealen Mischung eingesetzt werden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6307095B1 (en) 1996-10-15 2001-10-23 Johannes Jacobus Keijsper Process for the preparation of vinylesters
CN113620802A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 中国石油化工股份有限公司 用于乙炔法醋酸乙烯合成的催化剂

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307095B1 (en) 1996-10-15 2001-10-23 Johannes Jacobus Keijsper Process for the preparation of vinylesters
CN113620802A (zh) * 2020-05-08 2021-11-09 中国石油化工股份有限公司 用于乙炔法醋酸乙烯合成的催化剂
CN113620802B (zh) * 2020-05-08 2024-05-07 中国石油化工股份有限公司 用于乙炔法醋酸乙烯合成的催化剂

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