DE914375C - Process for the preparation of oxygen-containing compounds - Google Patents

Process for the preparation of oxygen-containing compounds

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DE914375C
DE914375C DEB19300A DEB0019300A DE914375C DE 914375 C DE914375 C DE 914375C DE B19300 A DEB19300 A DE B19300A DE B0019300 A DEB0019300 A DE B0019300A DE 914375 C DE914375 C DE 914375C
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Dr Alfred Helms
Dr Hans Juergen Nienburg
Dr Hans Joachim Pistor
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CHEMISCHE VERWERTUNGSGESELLSCHAFT OBERHAUSEN MBH
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CHEMISCHE VERWERTUNGSGESELLSCHAFT OBERHAUSEN MBH
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/49Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide
    • C07C45/50Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide by oxo-reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
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    • B01J23/75Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation

Description

Verfahren zur Herstellung sauerstoffhaltiger Verbindungen Unter dem Namen Oxo-Synthese ist ein Verfahren bekannt, bei dem man an olefinische Doppelbindungen Kohlenoxyd und Wasserstoff unter dem katalytischen Einfluß von Kobalt oder Kobaltverbindungen anlagert. Man erhält dabei in der Regel als Primärerzeugnisse Aldehyde, die gegebenenfalls auch unmittelbar nach ihrer Entstehung zu Alkoholen hydriert werden können.Process for the preparation of oxygen-containing compounds Under the Name Oxo-Synthesis is a process known in which one at olefinic double bonds Carbon oxide and hydrogen under the catalytic influence of cobalt or cobalt compounds attaches. As a rule, the primary products obtained are aldehydes, which optionally can also be hydrogenated to alcohols immediately after their formation.

Es wird angenommen, daB der eigentliche Katalysator der Oxo-Synthese Kobaltcarbonyl bzw. Kobaltcarbonylwasserstoff ist. Um bei der kontinuierlichen technischen Anwendung der Synthese für die Anwesenheit des Katalysators in der Reaktionszone zu sorgen, stehen grundsätzlich zwei Wege zur Verfügung. Entweder leitet man die Umsetzungsteilnehmer über einen in der Reaktionszone fest angeordneten, meist aus metallischem Kobalt bestehenden oder dieses enthaltenden Katalysator, oder man führt den Katalysator, sei es als Suspension, sei es als eine gelöste Kobaltverbindung oder sei es als dampfförmiges Kobaltcarbonyl oder -carbonylhydrid, mit den Ausgangsstoffen fortlaufend zu.It is believed that the actual catalyst of the oxo synthesis Is cobalt carbonyl or cobalt carbonyl hydrogen. To with the continuous technical Use of synthesis for the presence of the catalyst in the reaction zone There are basically two ways to ensure this. Either you run them Reaction participants via a fixedly arranged in the reaction zone, mostly from metallic cobalt existing or containing catalyst, or one leads the catalyst, either as a suspension or as a dissolved cobalt compound or be it as vaporous cobalt carbonyl or carbonyl hydride, with the starting materials continuously to.

Die Anwendung fest angeordneter Katalysatoren bietet bei der technischen Ausführung der Oxo-Synthese gegenüber der laufenden Zufuhr an sich Vorteile, spart man doch z. B. die sonst erforderlichen Dosiervorrichtungen. Dennoch hat sich die technische Entwicklung mehr und mehr dem zweiten Weg zugewandt, weil im kontinuierlichen Betrieb die fest angeordneten Kobaltkatalysatoren in ihrer Wirksamkeit rasch erlahmten, denn das aus ihnen gebildete Kobaltcarbonyl oder -carbonylhydrid wird laufend von den Reaktionsprodukten aus der Reaktionszone hinausgetragen. Auch fürchtete man, daß durch zu hohe Kobaltkonzentrationen in der Reaktionszone Nebenreaktionen begünstigt würden. Tatsächlich besteht, insbesondere bei Verwendung gasförmiger Olefine, die Gefahr, daß die Umsetzung an fest angeordneten Katalysatoren unter Kohleabscheidung und Bildung von unerwünschten Nebenprodukten außer Kontrolle gerät.The use of fixed catalytic converters offers technical Execution of the oxo synthesis compared to the continuous supply per se advantages, saves one z. B. the otherwise necessary metering devices. Nevertheless, the technical development more and more turned to the second way because in the continuous operation the fixed cobalt catalysts in their effectiveness quickly flagged because the cobalt carbonyl or carbonyl hydride formed from them is continuously carried out of the reaction zone by the reaction products. Even It was feared that excessive cobalt concentrations in the reaction zone would cause side reactions would be favored. In fact, especially when using gaseous Olefins, the risk that the conversion to fixed catalysts under Coal deposition and the formation of unwanted by-products get out of control.

Es wurde nun gefunden, daß man die Oxo-Synthese auch mit fest angeordneten Katalysatoren in sehr befriedigender Weise ausführen kann, wenn man den Katalysator in Form von gepreßtem Kobaltpulver, das vorzugsweise mit einem inerten festen Füllstoff vermischt ist, anwendet.It has now been found that the oxo synthesis can also be carried out with fixed Catalysts can run in a very satisfactory manner if you use the catalyst in the form of pressed cobalt powder, preferably with an inert solid filler is mixed, applies.

Das Kobaltpulver wird zweckmäßig in einer Korngröße von i bis ioo ,u verwendet. Es kann nach verschiedenen Verfahren, z. B. durch mechanische Zerkleinerung von metallischem Kobalt, durch elektrolytische Abscheidung, durch Reduktion von Kobaltoxyd oder durch Zersetzung von Kobaltcarbonyl hergestellt werden. Das Kobaltpulver wird verpreßt, wobei mechanisch sehr feste Preßlinge entstehen. Vorzugsweise wird das Kobaltpulver vor der Pressung mit einem inerten pulverigen Material vermischt. Der Katalysator kann auch in der Weise hergestellt werden, daß Kobaltoxyd oder Kobaltsalze mit dem inerten Material vermischt werden und dann zur Erzeugung des Kobaltpulvers in dieser Mischung einer Reduktion außerhalb des Reaktionsofens unterzogen werden. Das reduzierte Gemisch wird hierauf verpreßt. Die Reduktion kann auch im Reaktionsofen erst nach der Pressung erfolgen.The cobalt powder is expediently in a grain size of 1 to 100 , u used. It can be done by various methods, e.g. B. by mechanical crushing of metallic cobalt, by electrolytic deposition, by reduction of Cobalt oxide or by decomposition of cobalt carbonyl. The cobalt powder is pressed, whereby mechanically very strong pressed parts are formed. Preferably will the cobalt powder mixed with an inert powdery material before pressing. The catalyst can also be prepared in such a way that cobalt oxide or cobalt salts are mixed with the inert material and then to produce the cobalt powder be subjected in this mixture to a reduction outside the reaction furnace. The reduced mixture is then compressed. The reduction can also take place in the reaction furnace only take place after pressing.

Durch Anwendung eines Füllmittels wird erreicht, daß auch bis zum vollständigen Verbrauch des Kobalts bei der Oxo-Synthese der Preßling seine Form erhält. Unter den Bedingungen der Oxoreaktion ist die katalytische Wirksamkeit derartiger Mischkontakte nicht nur auf die Oberfläche beschränkt, sondern sie sind erst erschöpft, wenn der Kobalt auch aus dem Innern des Preßlings entfernt ist. Der Kobaltgehalt in den Mischungen kann zwischen ro und 95% schwanken, jedoch empfiehlt es sich, ihn über 50% zu halten. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Graphit, Gips, Bariumsulfat, Kieselgel, Magnesiumoxyd, Magnesiumsilicat oder auch Mischungen dieser Stoffe. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die aufgezählten Stoffe, sondern jedes inerte Material, das sich gut verpressen läßt und auch nach Herauslösen des Kobalts nicht zu leicht zerfällt, ist als Füllmasse geeignet.By using a filler it is achieved that up to complete consumption of the cobalt in the oxo synthesis of the compact its shape receives. Under the conditions of the oxo reaction, the catalytic effectiveness is more such Mixed contacts are not only limited to the surface, they are only exhausted, when the cobalt is also removed from inside the compact. The cobalt content in the mixtures can vary between ro and 95%, but it is recommended to keep it above 50%. Suitable fillers are, for example, graphite, gypsum, Barium sulfate, silica gel, magnesium oxide, magnesium silicate or mixtures of these Fabrics. The invention is not limited to the substances listed, but rather any inert material that can be compressed well and even after the Cobalt does not break down too easily and is suitable as a filling compound.

Der bei der Herstellung der Preßlinge anzuwendende Druck beträgt in der Regel mindestens iooo at. Der Optimaldruck richtet sich nach der Art des verwendeten Kobaltpulvers und des gegebenenfalls zugemischten ,Füllstoffes. Eine Vorbehandlung der Preßlinge vor ihrer Anwendung, etwa eine Hydrierung, Ätzung u. dgl., ist im allgemeinen nicht erforderlich, aber möglich. Die Form, in der man die Freßlinge herstellt, kann beliebig sein; sie richtet sich nach der Ausführungsform der Umsetzung.The pressure to be used in the production of the compacts is in usually at least iooo at. The optimal pressure depends on the type of used Cobalt powder and the optionally mixed filler. A pretreatment of the compacts before their use, such as hydrogenation, etching and the like, is in the generally not required, but possible. The form in which you get the peckers manufactures, can be anything; it depends on the embodiment of the implementation.

Die neuen Katalysatoren können in den verschiedensten Umsetzungsgefäßen und -methoden angewandt werden, z. B. in vertikalen oder horizontalen Reaktionstürmen, bei Gleich- oder Gegenstromverfahren und für das Arbeiten in flüssiger oder Gasphase. Die bei der Umsetzung einzuhaltenden Bedingungen liegen im Rahmen der bei der Oxo-Synthese üblichen (s. a. Curt Schuster, »Die Oxo-Synthese«, Fortschritte der chemischen Forschung, Bd.2, Springer-Verlag, 195r). Im allgemeinen arbeitet man bei 5o bis 25d° und unter einem Druck von mindestens 3o at, vorzugsweise zwischen Zoo und goo at. Das Verhältnis zwischen Kohlenoxyd, Wasserstoff und Olefin kann in weiten Grenzen schwanken. Bisher arbeitete man meist mit Gemischen, welche gleiche Teile Olefin, gleiche Teile Kohlenoxyd und gleiche Teile Wasserstoff enthielten. Bei Anwendung der Katalysatoren nach der Erfindung verwendet man das Kohlenoxyd zweckmäßig in einer solchen Konzentration (Partialdruck), daß gerade so viel Kobaltcarbonyl oder -carbonylwasserstoff erzeugt wird, wie zurKatalyse notwendig ist; dabei kann das Kohlenoxyd gegenüber dem Olefin im Über- oder Unterschuß vorhanden sein. Bei Durchführung des Verfahrens unter besonders hohem Druck, z. B. von 5oo at an aufwärts, ist es vorteilhaft, einen Unterschuß von Kohlenoxyd zu verwenden.The new catalysts can be used in a wide variety of reaction vessels and methods are used, e.g. B. in vertical or horizontal reaction towers, for cocurrent or countercurrent processes and for working in the liquid or gas phase. The conditions to be complied with during the implementation are within the scope of those for the oxo synthesis usual (see also Curt Schuster, "The Oxo-Synthesis", advances in chemical research, Vol. 2, Springer-Verlag, 195r). In general, one works at 50 to 25d ° and below a pressure of at least 3o at, preferably between zoo and goo at. The ratio between carbon oxide, hydrogen and olefin can vary within wide limits. Until now one usually worked with mixtures which had equal parts olefin and equal parts carbon oxide and contained equal parts of hydrogen. When using the catalysts after According to the invention, the carbon dioxide is expediently used in such a concentration (Partial pressure) that just enough cobalt carbonyl or carbonyl hydrogen is produced becomes as necessary for catalysis; the carbon monoxide can oppose the olefin be present in excess or shortfall. When carrying out the procedure under special high pressure, e.g. B. from 500 at upwards, it is advantageous to have a shortfall of carbon dioxide to use.

Es hat sich gezeigt, daß die neuen Katalysatoren besonders für die Durchführung der Oxo-Synthese in der Gasphase geeignet sind. Man hat hierbei die Möglichkeit, das sehr empfindliche primäre Reaktionsprodukt durch eine hohe Gasströmung möglichst rasch aus dem Reaktionsraum wieder zu entfernen. Die Katalysatoren nach der Erfindung gestatten es, auch bei hoher Durchsatzgeschwindigkeit, z. B. von stündlich 2ooo bis ioo ooo N-Volumteilen Gas pro Volumteil Katalysator, noch hohe Aldehydausbeuten zu erhalten, wenn man entsprechend hohe Temperaturen, z. B. im Bereich von Zoo bis 25o°, anwendet. Unter diesen Bedingungen wird nur wenig Kobaltcarbonyl gebildet, was sich auch in einer langen Lebensdauer des Katalysators und einem geringen Kobaltgehalt des Primärproduktes günstig auswirkt. Die früher schon beim Arbeiten mit fest angeordneten Katalysatoren vorgeschlagene zusätzliche Einführung von Kobaltcarbonyl zur Verlängerung der Katalysatorlebensdauer kann auch bei dem vorliegenden Verfahren durchgeführt werden. Beispiel Ein vertikales Hochdruckgefäß füllt man mit 2,5 Volumteilen eines Katalysators, der durch inniges Vermischen von gleichen Gewichtsteilen Kobaltpulver (Korngröße 2 bis 12 ,u) mit Gips, Verpressen des Gemisches unter 7 t/cm°- zu einer harten Masse und Zerschlagen und Aussieben auf eine Korngröße von 4 bis 6 mm hergestellt worden ist.It has been shown that the new catalysts are particularly suitable for Carrying out the oxo synthesis in the gas phase are suitable. You have the Possibility of removing the very sensitive primary reaction product through a high gas flow to be removed as quickly as possible from the reaction chamber. The catalysts after of the invention allow even at high throughput speeds, e.g. B. from hourly 2,000 to 1,000,000 N parts by volume of gas per part by volume of catalyst, still high aldehyde yields to be obtained when one has correspondingly high temperatures, for. B. in the range from zoo to 25o °, applies. Little cobalt carbonyl is formed under these conditions, which also translates into a long life of the catalyst and a low cobalt content of the primary product has a beneficial effect. The ones that used to be fixed when working with Catalysts proposed additional introduction of cobalt carbonyl for extension the catalyst life can also be performed in the present process will. Example A vertical high-pressure vessel is filled with 2.5 parts by volume of a Catalyst obtained by intimately mixing equal parts by weight of cobalt powder (Grain size 2 to 12, u) with plaster, pressing the mixture below 7 t / cm ° - to one hard mass and crushing and sifting up a grain size of 4 to 6 mm has been produced.

Über diesen Katalysator leitet man bei 2id° und unter 26o at Druck stündlich im Kreislauf 16 ooo N-Volumteile eines Gases folgender Zusammensetzung: 9,6% Athylen, 42,4% Kohlenoxyd, 40,6% Wasserstoff, 7,4% Stickstoff. Durch Kühlung des Kreislaufgases werden' stündlich 1,48 Volumteile eines flüssigen Produktes erhalten, das 76% Propionaldehyd, 7,2% n-Propanol, i20/0 a-Methyl-ß-äthylacrolein und 4,76% höher kondensierte Produkte und 0,04% Kobalt enthält. Aus diesem Gemisch lassen sich die einzelnen Bestandteile in üblicher Weise rein gewinnen. Die Aktivität des Katalysators erlahmt erst, nachdem i 50o Volumteile des Produktes hergestellt wurden.One passes over this catalyst at 2id ° and under 26o at pressure 16,000 N parts by volume of a gas of the following composition per hour in the circuit: 9.6% ethylene, 42.4% carbon oxide, 40.6% hydrogen, 7.4% nitrogen. By cooling of the cycle gas, 1.48 parts by volume of a liquid product are obtained every hour, the 76% propionaldehyde, 7.2% n-propanol, i20 / 0 a-methyl-ß-ethylacrolein and 4.76% Contains higher condensed products and 0.04% cobalt. Let out of this mixture the individual components gain pure in the usual way. The activity of the The catalyst only fades after 150 parts by volume of the product have been produced.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung sauerstoffhaltiger Verbindungen durch kontinuierliches Umsetzen von Olefinen mit Kohlenoxyd und Wasserstoff in der Wärme und unter erhöhtem Druck in Gegenwart fest angeordneter, Kobalt enthaltender Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man zu Formlingen gepreBtes Kobaltpulver, vorzugsweise in Mischung mit inerten festen Füllstoffen, als Katalysator benutzt. PATENT CLAIM: A process for the production of oxygen-containing compounds by continuously reacting olefins with carbon oxide and hydrogen at high temperatures and under increased pressure in the presence of fixed, cobalt-containing catalysts, characterized in that cobalt powder pressed into moldings, preferably in a mixture with inert solid fillers, used as a catalyst.
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