FI85137C - Foerfarande foer framstaellning av n-vinylformamid. - Google Patents

Description

1 85137

Menetelmä N-vinyyliformamidin valmistamiseksi

Patenttijulkaisusta DE-PS 12 24 304 tunnetaan muun muassa menetelmä kaavan 5 ch2=ch-nh-cho (I) mukaisen N-vinyyliformamidin valmistamiseksi, jossa kaavan 10 CHo-CH-NH-CH0 (II)

3 I CN

mukainen formyylialaniininitriili pyrolysoidaan kiinteit-15 ten aineitten ollessa läsnä katalysaattorina alennetussa paineessa lämpötiloissa edullisesti välillä 450 - 650 °C. Pyrolyysissä lohkeaa yhdisteestä II yhdisteen I muodostuessa syaanivetyä. Pyrolyysituotteet, samoin kuin reagoimaton formyylialaniininitriili, kondensoidaan alenne-20 tussa paineessa ja ilmakehän paineeseen tasauksen jälkeen suoritetaan jakeittainen tislaus. Syaanivety, jota saadaan ensimmäisenä jakeena jakeittaisessa tislauksessa, käytetään uuden lähtöaineen valmistamiseen pyrolyy-siä varten. Tällaisessa menetelmätavassa, joka voidaan 25 myös suorittaa jatkuvana, kertyy kuitenkin huomattavia määriä syaanivetyä, jonka varastoinnissa ja käsittelyssä on noudatettava ankaria turvallisuustoimenpiteitä.

Formyylialaniininitriili (II) voidaan esimerkiksi valmistaa saattamalla alfa-aminopropionitriili reagoi-30 maan muurahaishappometyyliesterin kanssa tai julkaisun US-PS 3 822 306 menetelmän mukaan asetaldehydisyaanihyd-riinin reaktiossa formamidin kanssa happojen toimiessa katalysaattorina.

Keksinnön tehtävä on antaa käytettäväksi menetelmä 35 N-vinyyliformamidin valmistamiseksi, jossa ei esiinny 2 85137 suurempien syaanivetymäärien varastointi- ja käsittely-ongelmaa .

Tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti kaavan 5 CH2=CH-NH-CHO (I) mukaisen N-vinyyliformamidin valmistusmenetelmällä pyro-lysoimalla kaavan 10 CH^-CH-NH-CHO (II)

ύ I CN

mukaista formyylialaniininitriiliä kiinteitten aineitten ollessa läsnä katalysaattorina alennetussa paineessa, 15 lämpötiloissa 250 - 650 °C ja jäähdyttämällä pyrolyysi-tuotteet, jotka muodostuvat olennaisesti yhdisteestä (I) ja syaanivedystä, samoin alennetussa paineessa ja eristämällä (I) siten, että pyrolyysituotteet jäähdytetään paineessa 10 - 150 mbaaria lämpötilaan välille 200 -20 -10 °C niin, että tapahtuu laajamittainen kondensoidun yhdisteen (I) ja kaasumaisen syaanivedyn jakeittainen erottuminen, (I) erotetaan kondensaatista jakeittaisella tislauksella ja erottumattomalle syaanivedylle seuraa-vaksi suoritetaan paineessa 5 - 140 mbaaria suunnilleen 25 moolisuhteessa kemisorptio asetaldehydillä lämpötiloissa -20 - +30° tunnetulla tavalla maitohapponitriilin muodostuessa ja eristetään se ilmakehän paineeseen tasauksen jälkeen, jolloin maitohapponitriili haluttaessa voidaan muuttaa kaavan II mukaiseksi yhdisteeksi saattamalla se 30 reagoimaan tunnetulla tavalla formamidin kanssa happojen läsnäollessa katalysaattorina ja pyrolysoimalla.

Yhdisteen (II) pyrolyysi tapahtuu kiinteillä aineilla. Tätä varten voidaan käyttää niitä kiinteitä aineita, jotka on annettu julkaisussa DE-PS 12 24 304, sa-35 moin kuin alkali ja maa-alkalikarbonaatteja, kuten nat- i 3 85Ί 37 riumkarbonaattia, kaliumkarbonaattia, magnesiumkarbonaattia, strontiumkarbonaattia, bariumkarbonaattia, marmoria, dolomiittia, liitua ja magnesiittia. Sen lisäksi sopivia ovat myös magnesiumoksidi, kalsiumoksidi ja bariumoksidi.

5 Erityisen edullisiksi ovat osoittautuneet sellaiset katalysaattorit, jotka sisältävät alkali- ja/tai maa-alkali-karbonaatteja alfa-alumiinioksidilla kantaja-aineena. Edullisesti käytetään kalsiumkarbonaattia, dolomiittia tai kalsiumkarbonaatin ja magnesiumkarbonaatin seoksia 10 alfa-alumiinioksidilla. Tällaiset katalysaattorit valmistetaan kyllästämällä alfa-alumiinioksidi vesiliukoisilla suoloilla, esim. kalsiumasetaatti, ja muuttamalla vastaaviksi karbonaateiksi tai oksideiksi lämpökäsittelyllä.

Pyrolyysi suoritetaan lämpötiloissa 250 - 650, 15 edullisesti 300 - 550" ja paineessa 10 - 150, edullisesti 10 - 50 mbaaria.

Pyrolyysissä lohkeaa kaavan (11) mukaisesta yhdisteestä N-vinyyliformamidin (I) muodostuessa syaanivetyä. Pyro-lyysituotteet koostuvat olennaisesti yhdisteestä (I) ja 20 syaanivedystä, mutta sisältävät kuitenkin vielä pieniä määriä reagoimatonta (11) sekä pieniä määriä epäpuhtauksia.

On osoittautunut erityisen suotuisaksi suorittaa yhdisteen (II) pyrolyysi 0,1-2 moolin formamidia, las-25 kettuna yhtä moolia kohti kaavan (II) mukaista yhdistettä, läsnäollessa. Formamidi täyttää tällöin useita funktioita. Se toimii laimentimena pyrolyysissä ja johtaa tässä katalysaattoreitten käyttöajan pidentymiseen. Sitäpaitsi erityisesti puhtaan N-vinyyliformamidin saaminen 30 jakeittaisen tislauksen avulla helpottuu formamidin läsnäollessa.

Katalysaattorin valinnasta riippuen formamidi hajoaa pyrolyysissä osittain syaanivedyksi ja vedeksi. Syaanivedyn lisämuodostus formamidista on toivottua, jot-35 ta uudelleen kiertoprosessia varten on riittävä määrä 4 85137 syaanivetyä käytettävissä lähtöyhdisteen (II) valmistusta varten. Mikäli pyrolyysissä käytetään erilaisia katalysaattoreita, niin reaktiota voidaan ohjata niin, että ensin pyrolysoituu kaavan (II) mukainen yhdiste ja reaktio-5 seos johdetaan sitten kosketuksen läpi, joka edullisesti lohkaisee formamidia. Kosketukset, jotka edullisesti lohkaisevat formamidia, ovat esimerkiksi julkaisusta DE-PS 12 09 561 tunnettuja. Kysymyksessä ovat pääasiassa rauta-sinkki-oksidit. Pyrolyysi voidaan johtaa eri kata-10 lysaattorityyppien toisistaan eroavien murskien läpi samoin kuin pyrolyysireaktorissa toisistaan eroavien lämpö-tilaprofiilien läpi.

Reaktiotuotteet, jotka lähtevät pyrolyysireakto-rista, jäähdytetään painealueella 10 - 150 mbaaria lämpö-15 tilaan alueella 200 - -10, edullisesti 60 - -10 °C niin, että tapahtuu kondensoidun N-vinyyliformamidin ja kaasu-muotoisen syaanivedyn laajalle ulottuva jakeittainen erotus. Mikäli pyrolyysi suoritetaan formamidin läsnäollessa, kondensoidaan lohkeamaton formamidi yhdessä N-vinyy-20 liformamidin ja mahdollisesti muuttumattoman yhdisteen (II) kanssa. Lisäksi, mikäli kaikki formyylialaniinini-triili (II) ei pyrolysoidu, sisältää kondensoitu N-vinyy-liformamidi reagoimattoman yhdisteen (II). N-vinyylifor-mamidin erottaminen yhdisteestä (II) tai formamidista 25 tislaamalla ei tuota minkäänlaisia vaikeuksia. Pyrolyysi-kaasujen jäähdyttäminen suoritetaan edullisesti kahdessa tai useammassa toisistaan erotetuissa jäähdyttimissä, joissa kulloinkin on erottimet. Esimerkiksi pyrolyysikaa-su jäähdytetään ensimmäisessä lämmönvaihtimessa lämpöti-30 laan 60 °C, toisessa 20 °C ja seuraavassa kolmannessa jäähdyttimessä lämpötilaan -10 °C, jolloin yksittäisistä lämmönvaihtimista peräisin olevat kondensaatit kerätään erikseen. Tällainen pyrolyysikaasun jakeittainen erottuminen saavutetaan olennaisissa rakenneosissa, nimittäin 35 kondensoidussa N-vinyyliformamidissa ja kaasumaisessa

II

5 85137 syaanivedyssä. Syaanivedyn erottaminen jäähdyttämällä, jota harjoitetaan tunnetuissa menetelmissä, jää pois keksinnön mukaisesta menetelmästä.

Kondensaateista voidaan N-vinyyliformamidi erottaa 5 jakeittain tislaamalla, jolloin pienet määrät sinihappoa, jotka ovat liuenneet kondensoituun N-vinyyliforma-midiin, voidaan käyttää uudelleen.

Pyrolyysistä peräisin olevalle syaanivedylle suoritetaan edullisesti korkealla kiehuvien aineosien kon-10 densoinnin jälkeen paineessa 5 - 140, edullisesti 5-45 mbaaria suunnilleen moolisuhteessa kemisorptio asetalde-hydillä lämpötiloissa -20 - +30, edullisesti -5 - +15 °C. Tällöin muodostuu maitohapponitriiliä, joka voi liittyä formamidiin liuottimena. Joko kemisorption jälkeen lisä-15 tään formamidia tai edullisesti syaanivedyn kemisorptio suoritetaan formamidin läsnäollessa liuottimena. Lisäämällä pieniä määriä emästä, edullisesti tert. amiineita, kuten trietyyliamiinia, ohjataan kernisoprtioliuoksen emäksisyyttä niin, että asetaldehydin ja syaanivedyn vä-20 linen reaktio sujuu äärimmäisen nopeasti. Emäsmäärä on välillä 0,005 - 0,02 moolia laskettuna yhtä syaanivety-moolia kohti.

Yllättävästi on havaittavissa, että keskenään reagoivat aineet, joilla on näin korkeat höyrynpaineet, ku-25 ten syaanivedyllä (kp 27 °C normaalipaineessa) ja asetal-dehydillä (kp 21 °C normaalipaineessa), voidaan saattaa reagoimaan käytännöllisesti katsoen kvantitatiivisesti aina 5 mbaariin alennetussa paineessa. Asetaldehydili-säyksen säätely voi tapahtua hopeaelektrodipotentiaalin 30 välityksellä ja säädetään niin, että formaldehydiliuoksen syaanivetypitoisuus asettuu edullisesti välille 0,05 ja 0,1 painoprosenttia. Amiinilisäystä voidaan ohjata lasi-elektrodipotentiaalin välityksellä. Kuitenkin myös tyhjö-ohjattu amiinilisäys on mahdollinen, koska pienemmässä 35 tert. amiiniväkevyydessä formamidiliuoksessa sinihapon ja 6 85137 asetaldehydin reaktionopeus pienenee Ja sen vuoksi tapahtuisi paineen kohoaminen niin, että tyhjö voisi raueta.

Syaanivedyn kemisorptio voidaan suorittaa esimerkiksi kolonnissa, Joka aina tarpeen mukaan on jäähdytet-5 tävissä tai lämmitettävissä. Edullisesti kolonnin päähän valellaan liuosta, joka sisältää formamidia, asetaldehy-diä ja tertiääristä emästä, ja johdetaan syaanivety samoin tästä kohdasta kolonniin. Erottimeen kerääntyy sitten maitohapponitriilin formamidiliuos, josta maitohappo-10 nitriili voidaan eristää ilmakehän paineeseen tasauksen jälkeen. Jatkuvassa ajossa maitohapponitriilin sisältävä formamidiliuos johdetaan kiertoon, johon ennen syaanivedyn kemisorptiota syötetään formamidia, asetaldehydiä ja tert. amiinia ja tapahtuneen kemisorption jälkeen poiste-15 taan maitohapponitriiliä ja formamidia. Kemisorptiokier-tokulussa työskennellään edullisesti käyttäen sellaisia formamidimääriä, että saadaan maitohapponitriilin liuos formamidissa moolisuhteessa 1:1,5 - 2, edullisesti 1:1,8. Tämä liuos voidaan julkaisun US-PS 3 822 306 menetelmän 20 mukaan kondensoida lähtötuotteeksi (II), jolle sitten voidaan suorittaa pyrolyysi yhdisteen (I) valmistamiseksi.

Tämän menetelmätavan erityisen mielenkiintoinen näkökohta on nähtävissä siinä tosiasiassa että teknises-25 sä laitoksessa tunnittain esiintyvät syaanivetymäärät - panoksella 10 kmol/tunti tämä tarkoittaa 270 kg syaanive-tyä - sekuntien murto-osissa reagoivat ja tuottavat välittömästi palautuskelpoisen maitohapponitriilin liuoksen formamidissa syaanivetypitoisuudeltaan enintään 0,1 30 painoprosenttia. Keksinnön mukainen menetelmä tarkoittaa täten turvallisuusteknisille alueille huomattavaa edistysaskelta.

7 85137

Esimerkki 1 N-vinyyliformamidin ja syaanivedyn jakeittainen erottaminen

Pyrolyysireaktorin muodostaa pystysuorassa seisova 5 jalometalliputki halkaisijaltaan 40 mm ja pituudeltaan 650 mm. Reaktori on lämmitettävissä kolmella toisistaan riippumattomalla lämmitysvyöhykkeellä. Reaktorin eteen on kytketty ohutkalvohöyrystin, reaktorin ulosmeno on yhdistetty kolmeen lauhduttimeen, joissa hajoamiskaasut por-10 taittain jäähdytetään, nimittäin ensimmäisessä lauhdutti-messa 50 °C:seen, toisessa -5 °C:seen ja kolmannessa -80 °C:seen. (Hajoamiskaasun jakeittainen jäähdyttäminen 50 ja -5 °C:seen on esillä olevan keksinnön olennainen piirre.) Jalometalliputki täytetään kokeita a) - d) var-15 ten kulloinkin taulukossa I annetuilla katalysaattoreilla. Laitteesta poistetaan sitten kaasu niin, että ohut-kalvohöyrystimessä pidetään 30 mbaarin paine. Laitteen läpi johdetaan 10 N/l hiilimonoksidia tunnissa ja lämmitetään katalysaattori lämpötilaan 380 - 420 °C.

20 12 tunnin ajanjakson kuluessa höyrystetään sitten tunnittain 331 g (3,38 moolia) yhdistettä (II) ja 134 g (2,98 moolia) formamidia. Höyryt johdetaan katalysaatto-rikerrosten läpi yllä esitettyyn lämpötila-alueeseen ja lauhdutetaan sitten lauhduttimissa 50, -5 tai -80 °C:-25 seen. Jakeet 1 ja 2 sisältävät N-vinyyliformamidia, kun taas kondensaatti 3 (saatu jäähdyttämällä -80 eC:seen) muodostuu melkein puhtaasta syaanivedystä. Kaavan (II) mukaisen yhdisteen ja formamidin reaktiopanokset tai for-mamidin ja sinihapon saannot on annettu taulukossa.

8 85137 +

H

M £ • ω

X -H

—' m Ό o o oo o de -H o o σι o -P | X — m m dj 4-5 oo vo vo oo h tn oo oo oo oo

H

H H

de E

'—ra (No o ld

E (N (N (N

P H

<U o % k*

iB

•H -Ö VO tn (N o P ^ 0Ί (Ti (Ti (Tl

(Ö S O O O O

H Q (N (N 00 (N

-Hra N· H Γ0 Tf | 5! d ® :(0 O o o o o

W H (N (N (N (N

-H X Ν' Ν’ H· N* ui tn ·§ * <u ora φ x P tn m m o o g $ • · x o oooo oo o g j i ro :ra mm m h ,_j g

: : S Ö $ ή -H

αχ Λί g |H

- -H O Π

. . . H H ·<* (N

.1 r e »- i *- EU1 o σι o E oo ^ oo h M oo T- o oo d Βω tn vo vo vo * .... 4.

h r- ra ra ra m h -p | h H H o

CO iH »H iH CN

* - m m m Sj I U ·· < » « " < » U -H ^ °(Ν0Ν°Νχ1 t S § 8 § 8 § 8 § 8 sn??’* p ra :ra ra ;ra ro £ 3 v v m (0 ra r—iOi—ilOi—ionin ra 2 X 0 o o « ω <c xh ra (n ra<NQ o ω m m m m rh I 4 Ä 8 8 8 8 5 i ,3 - Janes . ‘ - § -H H fll A O Ό S ..........

p Se * < pq u q w 9 85137

Esimerkki 2

Pyrolyysi suoritetaan jalometalliputkessa, jonka halkaisija on 53 mm ja pituus 1000 m, ja joka on täytetty taulukossa 1 kuvatulla katalysaattorilla E. Pyrolyysiputken 5 eteen on kytketty ohutkalvohöyrystin. Pyrolyysikaasut jäähdytetään kahdessa lauhduttimessa, nimittäin 1. lauhduttimes-sa lämpötilaan 50°C ja 2.:ssa lämpötilaan -5°C. Kondensoitu-mattomat aineosat, pääasiassa syaanivetyä, johdetaan kemi-sorptio-kiertoreaktoriin. Tämä laite muodostuu täyteaineko-10 lonnista, johon liittyy erotin. Noin 5 kg formamidia pumpataan kiertoon pyrolyysilaitteeseen yhdistetyn kolonnin päässä olevan suulakkeen läpi. Vakiotilan saavuttamiseksi johdetaan kiertoon johdettuun formamidivirtaan lisäksi formamidia, asetaldehydiä ja trietyyliamiinia katalysaattoriksi. Täyte-15 ainekolonnissa tapahtuu sitten syaanivedyn kemisorptio. In-ertit kaasut, joita muodostuu sivutuotteina, johdetaan pois erottimen päästä tyhjöpumpun välityksellä. Pidetään yllä 20 mbaarin painetta. Kiertoon johdetun kemisorptioliuoksen lämpötila on 5°C. Kiertoon on sitäpaitsi rakennettu erottimen 20 ja kiertopumpun välille jäähdytin, jonka avulla kiertoon johdettu formamidiliuos pidetään lämpötilassa 5°C.

Yllä kuvattua laitetta käytetään jatkuvasti samalla, kun höyrystetään tunnissa 1478 g formyylialaniininitriiliä (II) ohutkalvohöyrystimessä ja johdetaan katalysaattorin E 25 yli, jonka ylin kolmannes on lämmitetty lämpötilaan 400 ja loppu lämpötilaan 420°C. Molemmissa lauhduttimissa erottuu tunnissa 74 g:n reagoimatonta (II) ja pienen määrän sivutuotteita, kuten formamidia, syaanivetyä ja maitohapponitriiliä, ohella 895 g N-vinyyliformamidia, joka otetaan pois lauhdut-30 timista ja jolle suoritetaan jakeittainen tislaus. N-vinyyli-formamidisaanto on 88 % laskettuna reagoineesta yhdisteestä ·:» (ID.

Kondensoitumaton syaanivety saatetaan täyteainekolon-nin päässä yhteyteen formamidiliuoksen kanssa, joka sumute-35 taan suulakkeen kautta täyteainekolonniin ja johon annostel- 10 851 37 laan jatkuvasti suulakkeesta kulloinkin tunnissa 594 g ase-taldehydiä, 1094 g formamidia ja 10 g trietyyliamiinia. Samanaikaisesti otetaan tunnissa kierrosta erottimen pohjalta 2063 g reaktioliuosta, joka sisältää vakiotilan saavuttami-5 sen jälkeen 46,2 painoprosenttia maitohapponitriiliä forma-midiin liuenneena hyvin pienten trietyyliamiini- ja vesimäärien ohella. Kierrosta otettu maitohapponitriililiuos forma-midissa sisältää vähemmän kuin 0,1 painoprosenttia vapaata sinihappoa. Siihen lisätään stabiloimiseksi muurahaishappoa 10 ja se voidaan kondensoida yhdisteeksi II ja seuraavaksi py-rolysoida keksinnön mukaisesti.

I;

Claims (6)

11 85137

1. Menetelmä N-vinyyliformamidin valmistamiseksi jolla on kaava 5 ch2=ch-nh-cho (I) pyrolysoimalla formyylialaniininitriiliä, jolla on kaava 10 CH„-CH-NH-CHO (II) 3 | CN kiinteiden aineiden ollessa läsnä katalysaattorina alennetussa paineessa, lämpötiloissa välillä 250 - 650 °C ja 15 jäähdyttämällä pyrolyysituotteet, jotka muodostuvat olennaisesti yhdisteestä I ja syaanivedystä, samoin alennetussa paineessa ja eristämällä I, tunnettu siitä, että pyrolyysituotteet jäähdytetään paineessa 10 -150 mbaaria lämpötilaan välille 200 - -10 °C niin, että 20 tapahtuu laajamittainen kondensoidun yhdisteen I ja kaasumaisen syaanivedyn jakeittainen erottuminen, I eristetään kondensaatista jakeittaisella tislauksella ja erottumattomalle syaanivedylle seuraavaksi suoritetaan paineessa 5 - 140 mbaaria suunnilleen moolisuhteessa kemi-25 sorptio asetaldehydillä lämpötiloissa -20 - +30 °C tunnetulla tavalla maitohapponitriilin muodostuessa ja eristetään se ilmakehän paineeseen tasauksen jälkeen, jolloin maitohapponitriili haluttaessa voidaan muuttaa kaavan II mukaiseksi yhdisteeksi saattamalla se reagoimaan tunne-30 tulla tavalla formamidin kanssa happojen läsnäollessa katalysaattorina ja pyrolysoimalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysi suoritetaan paineessa välillä 10 - 50 mbaaria ja lämpötilassa välillä 35 300 - 550 °C ja syaanivedyn kemisorptio paineessa 5-45 i2 851 37 mbaaria ja lämpötilassa -5 - +15 °C katalyyttisesti vaikuttavien emäsmäärien läsnäollessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että II pyrolysoidaan 0,1-2 5 moolin formamidia läsnäollessa laskettuna yhdestä moolista II.

4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorien kantaja-aineena käytetään alfa-alumiinioksidia.

5. Patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syaanivedyn kemisorptio suoritetaan formamidin läsnäollessa, jolloin seuraavaksi tällöin muodostunut maitohapponitriilin ja formamidin seos tunnetulla tavalla saatetaan reagoimaan tuotteeksi 15 II happojen läsnäollessa katalysaattorina.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhdisteen II pyrolyysi, yhdisteen I ja syaanivedyn jakeittainen erotus, syaanivedyn kemisorptio, maitohapponitriilin ja formamidin reaktio 20 yhdisteeksi II suoritetaan jatkuvina ja näin saatu yhdiste II panostetaan pyrolyysiin. li 13 851 37