NL8001550A

NL8001550A - Werkwijze ter bereiding van benzeenmonocarbonzuren.

Info

Publication number: NL8001550A
Application number: NL8001550A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1980-03-15
Filing date: 1980-03-15
Publication date: 1981-10-16
Also published as: CA1173459A; EP0036233B1; IN153672B; EP0036233A1; BR8101515A; JPS56147742A; ES8201520A1; DE3172290D1; JPH0437058B2; ES500322A0; US4339599A

Description

* 3165

Stamicarbon B.V.

Uitvinders: Cornells JONGSMA. te Oirsbeek

Godefridus M. VAN DORTMQNT te Terheijden

WERKWIJZE TER BEREIDING VAN BENZEENMONQCARBONZUREN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een benzeenmonocarbonzuur door oxidatie van een monoal-kylbenzeenverbinding in de vloeistoffase met behulp van een gas dat moleculaire zuurstof bevat in aanwezigheid van een in het reactie-5 mengsel oplosbare kobalt- en een dito mangaanverbinding als katalysator. Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187.

Bij de werkwijze volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187 wordt benzoëzuur bereid door oxidatie van tolueen bij nagenoeg 10 volledige afwezigheid van een lager vetzuur en/of een halogeenver-binding, en in tegenwoordigheid van een kobaltverbinding en een mangaanverbinding waarbij de gewichtsverhouding kobaltmetaal/mangaan-metaal kleiner dan 99,8 : 0,2, d.w.z. de mangaan/kobalt-atoomver-houding groter dan 1 : 466, dient te zijn. Aan deze werkwijze is het 15 nadeel verbonden, dat de selectiviteit van de reactie naar het gewenste benzeenmonocarbonzuur te wensen overlaat.

De uitvinding beoogt hierin verbetering te brengen. De werkwijze volgens de uitvinding is hierdoor gekenmerkt, dat men een mangaan/kobalt-atoomverhouding toepast welke ligt tussen 1 : 500 en 20 1 : 100.000. Bij een dergelijke kleine mangaan/kobalt-atoomverhouding is de selectiviteit van de reactie naar het gewenste benzeenmonocarbonzuur beduidend beter dan bij de werkwijze volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187. Dit is een verrassend resultaat omdat in de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187 duidelijk wordt afgeraden om 25 mangaan/kobalt-atoomverhoudingen kleiner dan 1 : 466 toe te passen 800 15 50 r· 2 daar een dergelijke katalysator geen practische verbetering zou opleveren ten opzichte van een katalysator welke alleen uit een kobaltverbinding bestaat. De nadelen van het gebruik van alleen een kobaltverbinding als katalysator worden in betreffende octrooiaanvrage opgesomd. Tevens 5 leert de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187 dat juist het toepassen van mangaan/kobalt-atoomverhoudingen vele malen groter dan 1 : 466 te verkiezen zou zijn boven het toepassen van een mangaan/kobalt-atoom-verhouding in de grootteorde van 1 : 466.

Bijzonder geschikte atoomverhoudingen tussen mangaan en 10 kobalt bij de werkwijze volgens de uitvinding liggen tussen 1 : 500 en 1 : 10.000, bij voorkeur tussen 1 : 600 en 1 : 6000.

Als mangaan- en kobaltverbindingen worden bij voorkeur gebruikt de zouten van het te bereiden benzeenmonocarbonzuur. De metalen kunnen ook worden toegevoegd als onder meer de vrije metalen, zouten 15 van alifatische carbonzuren met 1-20 koolstofatomen, oxiden, hydroxiden, complexe verbindingen, andere organische zouten en alcoholaten. Onder de reactieomstandigheden. ontstaan uit de toegevoegde stoffen .gemakkelijk de zouten van het te bereiden benzeenmonocarbonzuur.

Als uitgangsverbinding bij de werkwijze volgens de uitvinding 20 wordt een monoalkylbenzeenverbinding gebruikt. De monoalkylbenzeen-verbinding kan naast de alkylgroep ook nog één of meerdere onder de reactieomstandigheden inerte substituenten bevatten; bijvoorbeeld chloor, broom, nitro-, tertiaire alkyl-, alkoxy-, aryloxy- en cyaan-groepen.

25 De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor het oxideren van tolueen tot benzoözuur. Benzoözuur wordt bijvoorbeeld toegepast voor de bereiding van fenol.

De werkwijze volgens de uitvinding vindt bij voorkeur plaats bij nagenoeg volledige afwezigheid van een alifatisch carbonzuur en/of 30 een als promotor dienende halogeenverbinding. Men vermijdt dan dat het reactieproduct gescheiden en gezuiverd moet worden van het ali-fatische carbonzuur en/of de als promotor dienende halogeenverbinding, hetgeen extra bewerkingen met zich zou meebrengen. Er zijn extra kosten verbonden aan het gebruik van een alifatisch carbonzuur 'en/of 35 een als promotor dienende halogeenverbinding bijvoorbeeld om het deel 800 1 5 50 ♦ ί- « 3 van het alifatische carbonzuur en/of de als promotor dienende halogeen-verbinding, dat tijdens een der processtappen verloren gaat aan te vullen en om het alifatische carbonzuur te regenereren. Om dezelfde hoeveelheid monoalkylbenzeenverbinding gedurende een bepaalde tijd 5 met zuurstof te laten reageren is een groter reactorvolume nodig dan bij de werkwijze volgens de voorkeursuitvoeringsvorm, omdat het benodigde alifatische carbonzuur ook ruimte in beslag neemt. Doordat alifatische carbonzuren veelal sterkere zuren zijn dan benzeenmono-carbonzuren zullen deze alifatische carbonzuren corrosieproblemen op-10 roepen. Ook de als promotor dienende halogeenverbindingen zijn.·· corrosieve verbindingen.

Algemene reactie-omstandigheden bij de werkwijze volgens de uitvinding zijn beschreven in 'Hydrocarbon Processing', 13, In].

173-176 (1964) en in de Nederlandse octrooiaanvrage 7311187.

15 Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan gebruik gemaakt worden van stoffen die dienen als initiator of activator voor de reactie, bijvoorbeeld peroxiden en aldehyden. Tevens kunnen naast de verbindingen van kobalt en mangaan in het reactiemengsel oplosbare verbindingen van nog andere metalen als cokatalysator aanwezig zijn, 20 b.v. magnesium, koper, strontium, zink, cadmium, kwik, aluminium, lood, tin, antimoon, bismuth, zilver, nikkel, ijzer, rubidium, cesium, hafnium, titaan, gallium,.wolfraam, platina, chroom en in het bijzonder zirkoon.

De oxidatie wordt uitgevoerd met behulp van een gas dat 25 moleculaire zuurstof bevat. Voorbeelden van bruikbare gassen zijn lucht, met zuurstof verrijkte lucht, met stikstof verdunde lucht, zuivere zuurstof, ozon en mengsels van deze gassen.

Temperatuur en druk zijn niet kritisch mits gedurende de reactie een vloeibare fase in het reactiesysteem wordt gehandhaafd, 30 maar voorkeur verdient een temperatuur tussen 390 K en 500 E en een druk tussen 200 kPa en 2000 kPa. Bijzonder geschikt zijn temperaturen tussen 400 K en 460 K en drukken tussen 300 kPa en 800 kPa.

Uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding kan zowel ladingsgewijs als continu plaatsvinden.

8001550 4 f? -*»

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaand reaktieschema.

Aan oxidatiereactor 1 wordt via leiding 2 vloeibare tolueen en via leiding 3 lucht toegevoerd. De tolueen bevat 10 tot 1000 gew, 5 cLpjm kobalt (II) acetaat als opgeloste katalysator. In reactor 1 wordt bij een temperatuur van 413 tot 438 K en een druk van 300 tot 1000 kPa de tolueen in de vloeibare fase geoxideerd. Via leiding 4 wordt het afgas van de reactor naar condensor 5 geleid. De niet condenseerbare gassen ontwijken via leiding 6, het condensaat wordt via leiding 7 10 naar scheider 8 geleid, waar het zich scheidt in een organische laag en een waterige laag. De waterige laag wordt via leiding 9 verwijderd. De organische laag wordt via leiding 10 naar oxidatiereactor 1 teruggevoerd. Het vloeibare oxidatiemengsel vloeit uit oxidatiereactor 1 door leiding 11 naar destillatiekolom 12. Hierin worden alle compo- 15 nenten die lager koken dan benzöezuur, plus bij voorkeur enig benzöezuur afgedestilleerd en via leiding 14 afgevoerd. Dit topprodukt bestaat hoofdzakelijk uit tolueen en kan hetzij, in zijn geheel, hetzij na destillatieve winning van een weinig benzaldehyde, worden teruggevoerd naar oxidatiereactor 1.

20 Het bodemproduct vloeit door leiding 13 naar destillatiekolom 15 waarin alle aanwezige benzöezuur wordt afgedestilleerd van de hoger kokende producten, welke teer genoemd worden.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende niet beperkende voorbeelden en vergelijkende experimenten.

25 Voorbeeld I

Men oxideert in de continue oxidatiereactor 1 tolueen in de vloeibare fase met zuurstof uit de lucht, bij een temperatuur van 433 K en een druk van 500 kPa, in aanwezigheid van 80 gew.dp.rn, kobalt '(toegevoegd als acetaat).

30 Tevens is in het reactiemengsel een zodanige hoeveelheid mangaan (ook toegevoerd als acetaat) aanwezig dat de mangaan/kobalt-atoom-verhouding 1 : 3300 bedraagt.

In de destillatiekolom 12 worden bij atmosferische druk de lager dan benzöezuur kokende bestanddelen en enig benzöezuur uit de bodemstroom 8001550 i * * 5 van reactor 1 afgedestilleerd. Het bodemproduct van destillatiekolom 12 wordt in destillatiekolom 15 bij atmosferische druk verder gedestilleerd, totdat vrijwel alle benzoezuur uit het reaktieproduct verwijderd is.

Voor iedere 1000 mol tolueen welke aan de reactor wordt toegevoegd, 5 kan men onder deze omstandigheden 913 mol benzo'êzuur winnen.

Voorbeeld II

Men herhaalt voorbeeld I, echter nu met een mangaan/kobalt-atoomverhouding van 1 : 1000.

Voor iedere 1000 mol tolueen, welke aan de reactor wordt toegevoegd, 10 kan ijlen nu ook 913 mol benzoezuur winnen.

Vergelijkend experiment A

Men herhaalt voorbeeld I, echter nu met een mangaan/kobalt-atoomverhouding van 1 : 67.

Voor iedere 1000 mol tolueen, welke aan de reactor wordt toegevoegd, 15 kan men nu slechts 908 mol benzoezuur winnen.

Vergelijkend experiment B

Men herhaalt voorbeeld I, echter nu bij nagenoeg volledige afwezigheid van mangaan in het reactiemengsel.

Voor iedere 1000 mol tolueen, welke aan de reactor wordt toegevoegd, 20 kan men nu slechts 909 mol benzoezuur winnen.

Hoewel in de voorbeelden gewerkt wordt met kobaltgehalten van ca. 80 gew.*d.p.m. zijn kobaltgehalten tussen 10 en 1000 gew. d.p.m. goed toepasbaar.

Het gehalte aan mangaan bedraagt bij voorkeur tenminste 25 0,01 gew. d.p.m.

80 0 1 5 50

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van een benzeenmonocarbonzuur door oxidatie van een monoalkylbenzeenverbinding in de vloeistoffase net behulp van een gas dat moleculaire zuurstof, bevat in aanwezig- .heid van een in het reactiemengsel oplosbare kobalt- en een dito man-5 gaanverbinding als katalysator, met het kenmerk, dat men een mangaan/ kobalt-atocmveitiouding toepast welke ligt tussen 1 : 500 en 1 : 100.000.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de atoomver-houding tussen mangaan en kobalt ligt tussen 1 : 500 en 1 : 10.000.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de atoom- 10 verhouding tussen mangaan en kobalt ligt tussen 1 : 600 en 1 : 6000.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men de werkwijze uitvoert bij nagenoeg volledige afwezigheid van een alifatisch carbonzuur en/of een als promotor dienende halogeen-verbinding.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men benzoezuur bereidt door oxidatie van tolueen.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat als katalysator de betreffende zouten van het benzeenmonocarbonzuur worden gebruikt.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men als cokatalysator tevens een in het reactiemengsel oplosbare zirkoonverbinding toepast.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, zoals in hoofdzaak is beschreven en/of in de voorbeelden nader is toegelicht.

9. Benzeenmonocarbonzuur, bereid onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 1-8. 800 1 5 50