DE3811509A1 - Verfahren zur herstellung von formaldehyd - Google Patents
Verfahren zur herstellung von formaldehydInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
- C07C45/002—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by dehydrogenation
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von Formaldehyd durch Dehydrierung von
Methanol in Gegenwart eines Katalysators bei erhöhter
Temperatur.
Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd
aus Methanol bekannt. In der Technik ist die Oxydation von
Methanol zu Formaldehyd üblich
CH₃OH + ½ O₂ → CH₂O + H₂O
die an Eisen- und Molybdänoxyd enthaltenden Katalysatoren
bei 350°C bis 450°C durchgeführt wird. Ebenfalls üblich ist
die oxydative Dehydrierung von Methanol zu Formaldehyd
CH₃OH ⇄ CH₂O + H₂
H₂ + ½ O₂ → H₂O
an Silberkatalysatoren bei 600 bis 720°C. Beide Verfahren
werden beschrieben in Ullmanns Encycl. der techn. Chemie,
Band 11, S. 693-694, 4. Auflage, 1976, Verlag Chemie
Weinheim.
Nach diesen Verfahren erhält man eine wässerige Formaldehyd
lösung. Die Lagerung und der Transport solcher Lösungen sind
jedoch schwierig, da Niederschläge von Paraformaldehyd und
entsprechende Ablagerungen und Verstopfungen auftreten, wenn
nicht Stabilisatoren und erhöhte Lagertemperaturen verwendet
werden. Erhöhte Lagertemperatur beeinflußt aber in uner
wünschter Weise die Produktqualität durch Bildung von
Ameisensäure.
Aus diesen Gründen wurden schon Verfahren zur Herstellung
von im wesentlichen wasserfreien methanolischen Formal
dehydlösungen vorgeschlagen. Die DE-OS 25 25 174 beschreibt
einen Kupfer, Zink und Schwefel enthaltenden Katalysator.
Die US-PS 40 54 609 schildert einen Katalysator, der Kupfer,
Zink und Selen enthält.
Weitere Katalysatoren enthalten Zink und/oder Indium
(Europäische Patentschrift 01 30 068), Silber (US-PS
29 53 602), bzw. Silber, Kupfer und Silicium (US-PS
29 39 883). Alle diese Katalysatoren ermöglichen keine
wirtschaftliche Herstellung von Formaldehyd durch
Dehydrierung von Methanol.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Formaldehyd aus Methanol durch Dehydrierung
in Gegenwart eines Katalysators bei erhöhter Temperatur,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart eines
metallischen Natrium oder mindestens eine Natriumverbindung
enthaltenden Katalysators bei einer Temperatur von 300°C
bis 800°C durchgeführt wird.
Die Reaktion kann durch die Gleichung
CH₃OH ⇄ CH₂O + H₂
beschrieben werden.
Das Verfahren liefert überraschenderweise Formaldehyd mit
guter Selektivität und Ausbeute.
Das Natrium kann als Metall oder Verbindung oder in beiden
Formen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird es als Verbindung
eingesetzt, was jedoch nicht ausschließt, daß es während
der Reaktion zumindest teilweise als Metall vorliegt. Zur
Herstellung des Katalysators eignen sich vor allem das
Oxid, das Nitrat, das Carbonat, das Hydrogencarbonat, das
Sulfat, das Acetat, das Oxalat, das Molybdat und die Borate.
Vorzugsweise verwendet man neutrale oder basische Salze,
insbesondere das Carbonat, das Molybdat oder das Tetraborat.
Der erfindungsgemässe Katalysator enthält vorzugsweise
zusätzlich zu metallischem Natrium bzw. der oder den Natrium
verbindungen noch bis zu 3.0 Grammatome Indium pro Grammatom
Natrium, insbesondere 0.001 bis 3.0 Grammatome Indium pro
Grammatom Natrium. Das Indium kann dabei während der Reaktion
als Metall und/oder als Metallverbindung vorliegen; es wird
im allgemeinen als Metallverbindung aufgebracht, die während
der Reaktion oder vorab ganz oder teilweise zum Metall
reduziert werden kann.
Zur Herstellung des Katalysators eignen sich vor allem
Indiumverbindungen, wie etwa das Oxid, das Molybdat, das
Nitrat, das Carbonat, das Hydrogencarbonat, das Acetat,
das Oxalat, das Sulfat, das Sulfid oder eines der Halogenide.
Vorzugsweise verwendet man das Oxid, das Molybdat, das Nitrat,
das Sulfat, das Sulfid oder eines der Halogenide, insbesondere
das Nitrat.
Der Katalysator kann in Form von Kugeln oder Stäbchen sowie
in jeder anderen Gestalt verwendet werden. Der Katalysator
kann allein oder mit einem inerten Träger wie zum Beispiel
Siliciumdioxyd eingesetzt werden. Der Ausgangskatalysator
kann unmittelbar eingesetzt werden oder zuvor thermisch
und/oder chemisch aktiviert werden, zum Beispiel in
reduzierender Atmosphäre mit Wasserstoff.
Die Dehydrierung des Methanols kann bei Unterdruck, Normal
druck oder Überdruck, zum Beispiel 10 bar, durchgeführt werden.
Ein Bereich von etwa 0.1 bis 10 bar ist besonders geeignet,
aber der Druck ist unkritisch. Bevorzugt wird Normaldruck.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann diskontinuierlich
oder kontinuierlich durchgeführt werden, wobei letzteres
bevorzugt ist. Die Temperatur beträgt im allgemeinen 300°C
bis 800°C, bevorzugt 500°C bis 700°C. Es werden vorzugs
weise 0,1 bis 10 kg Methanol pro Stunde und pro Liter
Katalysator umgesetzt. Das Methanol kann rein oder verdünnt
mit einem zusätzlichen Gas wie Stickstoff oder Wasserstoff
am Katalysator zu Formaldehyd dehydriert werden.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert, ohne
darauf beschränkt zu sein. Die in den Beispielen
angegebenen Meßgrössen wurden wie folgt berechnet.
Als Nebenreaktion tritt lediglich eine gewisse Bildung von
CO und H2 aus Methanol ein.
Natriumkarbonat wurde stufenweise im Wasserstoffstrom
kalziniert. Die Aufheizungsgeschwindigkeit betrug 5°C/min.
Bei 100°C, 500°C, 600°C und 650°C wurde die Temperatur
jeweils drei Stunden belassen. Die Endtemperatur von 700°C
wurde fünf Stunden gehalten. Von dem so erhaltenen Kataly
sator wurden 2 g in ein Quarzrohr von 10 mm Innendurch
messer gefüllt. Stündlich wurden 0,161 mol eines Stick
stoff-Methanol-Gemisches mit 17% Methanolgehalt durch
die Katalysatorschüttung geleitet. Bei 700°C wurde das
Methanol zu 20% umgesetzt. Formaldehyd wurde mit 65%
Selektivität erhalten.
Zwei Gramm Natriumtetraborat wurden in ein Quarzrohr von 10
mm Innendurchmesser gegeben. Bei einem Zulauf von 0,171
mol/h (22% Methanol, Rest Stickstoff) und 700°C Reaktions
temperatur bildete sich Formaldehyd mit einer Selektivität
von 52%. Das Methanol wurde zu 21% umgesetzt.
Indiumnitrat und Natriumtetraborat wurden so vermischt, daß
auf ein Mol Indium 19 Mole Natrium kamen. Das Gemisch wurde
im Stickstoffstrom aktiviert. Bis 500°C wurde mit 5°C/min
aufgeheizt und drei Stunden belassen. Danach wurde mit
1°C/min bis auf 700°C aufgeheizt. Der so erhaltene Kataly
sator wurde klassiert und die 40 bis 80 Mikrometerfraktion
in ein Quarzrohr von 10 mm Innendurchmesser gegeben, so daß
eine Schütthöhe von 10 mm erhalten wurde. Durch diese
Schüttung wurden stündlich 0,154 mol eines Stickstoff-
Methanol-Gemisches geleitet, das 13% Methanol enthielt.
Formaldehyd wurde bei 700°C in 31%iger Ausbeute erhalten.
(Ausbeute=Gebildeter Formaldehyd/Zugeführtes Methanol,
beides in Mol gerechnet).
Ein Natrium und Indium enthaltender Katalysator wurde wie
in Beispiel 3 beschrieben hergestellt. Dabei wurden die
Ausgangsmengen jedoch so abgeändert, daß auf 1 Teil Indium
5,7 Teile Natrium kamen. Von der 100 bis 400
Mikrometerfraktion wurde eine 60 mm Schüttung in einem
Quarzrohr von 10 mm Innendurchmesser verwendet. Bei einem
Zulauf von 0,154 mol/h und 700°C Reaktionstemperatur wurde
Formaldehyd mit 56,5% Ausbeute erhalten. Der Zulauf bestand
zu 13% aus Methanol und zu 87% aus Stickstoff.
Natriumphosphat wurde drei Stunden bei 350°C und fünf
Stunden bei 500°C in Luft kalziniert. Von dem so erhaltenen
Katalysator wurden zwei Gramm in ein Quarzrohr von 10 mm
Innendurchmesser gegeben und stündlich 0,171 mol Zulauf
(22% Methanol, Rest Stickstoff) durch die Schüttung
geleitet. Bei 700°C bildeten sich 8% Formaldehyd. Das
Methanol wurde zu 18% umgesetzt.
In ein Quarzrohr von 10 mm Innendurchmesser wurden 2 g
Natriumsulfat gegeben. Bei einem Zulauf von 0,171 mol/h
(22% Methanol, Rest Stickstoff) und 700°C Reaktionstempe
ratur wurden 39,5% des eingesetzten Methanols umgesetzt.
Formaldehyd bildete sich mit 16,5% Ausbeute und 41,8%
Selektivität.
Natriummolybdat wurde bei 110°C getrocknet und drei Stunden
bei 300°C sowie fünf Stunden bei 500°C aktiviert. Durch
eine Schüttung von 17 mm Höhe in einem Quarzrohr von 10 mm
Innendurchmesser wurden 0,161 mol/h eines Gemisches aus 17%
Methanol und 83% Stickstoff geleitet. Bei 700°C wurde das
Methanol zu 30% umgesetzt. Formaldehyd bildete sich mit 14%
Ausbeute und 47% Selektivität.
Natriumhydrogenkarbonat wurde bei 250°C in Natriumkarbonat
umgewandelt. Von dem so erhaltenen Natriumkarbonat wurde
die 40-80 Mikrometerfraktion in ein Ouarzrohr von 10 mm
Innendurchmesser gegeben, so daß eine Schütthöhe von 10 mm
erhalten wurde. Durch diese Schüttung wurden stündlich
0,136 mol eines Stickstoff-Methanol-Gemisches geleitet, das
14% Methanol enthielt. Bei 650°C wurde das Methanol zu 56%
umgesetzt und Formaldehyd mit 65% Selektivität erhalten.
99 Teile Natriumkarbonat und 1 Teil Indiumoxyd wurden ver
mischt. Dabei wurde das Natriumkarbonat wie in Beispiel 8
beschrieben hergestellt. Von dem so erhaltenen Katalysator
wurde die 40-80 Mikrometerfraktion in ein Quarzrohr von
10 mm Innendurchmesser gegeben, so dass eine Schütthöhe von
10 mm erhalten wurde. Durch diese Schüttung wurden
stündlich 0,136 mol eines Methanol-Stickstoff-Gemisches
geleitet, das 14% Methanol enthielt. Bei 650°C wurde das
Methanol zu 40% umgesetzt und Formaldehyd mit 78%
Selektivität gebildet.
Natriummolybdatdihydrat wurde bei 100°C und 0,2 bar Abso
lutdruck entwässert. Die 40-100 Mikrometerfraktion wurde
mit Indiumoxyd der Korngröße 40-80 Mikrometer vermischt,
wobei auf 1 Teil Indiumoxyd 5,6 Teile Natriummolybdat
kamen. Der so erhaltene Katalysator wurde in ein Quarzrohr
von 10 mm Innendurchmesser gegeben, so daß eine Schütthöhe
von 10 mm erreicht wurde. Durch diese Schüttung wurden bei
700°C stündlich 0,133 mol eines Methanol-Stickstoff-
Gemisches geleitet, das 12% Methanol enthielt. Formaldehyd
wurde mit 46% Ausbeute und 74% Selektivität erhalten.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd aus Methanol
durch Dehydrierung in Gegenwart eines Katalysators bei
erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die
Umsetzung in Gegenwart eines metallischen Natrium oder
mindestens eine Natriumverbindung enthaltenden
Katalysators bei einer Temperatur von 300°C bis 800°C
durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator zusätzlich bis zu 3.0 Grammatome Indium
pro Grammatom Natrium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator zusätzlich 0.001 bis 3.0 Grammatome
Indium pro Grammatom Natrium enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß man bei einer Temperatur von 500°C bis 700°C
arbeitet.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883811509 DE3811509A1 (de) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | Verfahren zur herstellung von formaldehyd |
EP88108653A EP0294684A3 (de) | 1987-06-06 | 1988-05-31 | Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883811509 DE3811509A1 (de) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | Verfahren zur herstellung von formaldehyd |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3811509A1 true DE3811509A1 (de) | 1989-10-19 |
Family
ID=6351465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883811509 Withdrawn DE3811509A1 (de) | 1987-06-06 | 1988-04-06 | Verfahren zur herstellung von formaldehyd |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3811509A1 (de) |
-
1988
- 1988-04-06 DE DE19883811509 patent/DE3811509A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8130 | Withdrawal |