NL8204901A

NL8204901A - Zuivering van carbonyleringsprodukten.

Info

Publication number: NL8204901A
Application number: NL8204901A
Authority: NL
Original assignee: Halcon Sd Group Inc
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1983-07-18
Also published as: DE3248654A1; BE895508A; DE3248654C2; FR2518891B1; IT8249749A0; FR2518891A1; GB2112394A; GB2112394B; JPS58118529A; IT1158044B

Description

Zuivering van carbonyleringsprodukten.

De uitvinding heeft betrekking op de zuivering van carbonyleringsprodukten, in het bijzonder de zuivering van carbonzuren, speciaal azijnzuur.

Er zijn werkwijzen ontwikkeld ter bereiding van 5 carbonzuren, carbonzuuranhydrides en carbonzuuresters door reaktie van alkenen, alkoholen, esters, ethers of halogenide-derivaten ervan met koolmonoxyde in aanwezigheid van een katalysatorsysteem, dat bestaat uit een metaalkatalysator-component en een jodidecomponent, in het algemeen joodwaterstof 10 of een alkyljodide, in het bijzonder joodwaterstof of methyl- jodide. Werkwijzen van deze aard, waarbij een groep VIII edel metaal katalysator in het spel is, zoals rhodium, palladium, iridium en dergelijke worden bijvoorbeeld geopenbaard in de Amerikaanse octrooischriften 3·579*551» 3*579*552, 3*769*329, 15 3.772.380 en 4.115ΛΜ en in de Britse octrooischriften 1Λ68.9^0 en 1.538.782. Katalysatorsysternen van de aangegeven aard, waarbij de metaalcomponent bestaat uit nikkel of nikkel-verbindingen, worden bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 2.729.651, 4.133*963 en 1+.218.3^0. De afvoer-20 stromen van deze werkwijzen worden behandeld, gewoonlijk door destillatie, om de betrekkelijk niet-vluchtige metaalbevattende katalysatorcomponent af te scheiden en het vloeibare afvoer-stroomgedeelte wordt dan gescheiden, zoals door gefraktioneerde destillatie, in de verschillende componenten.waaronder het 25 produkt van de reaktie, of dit nu een zuur, een anhydride of een ester is. Zelfs bij een betrekkelijk doelmatige destillatie, bevatten de produkten onvermijdelijk een kleine hoeveelheid jodium of een jodiumverbinding, zoals joodwaterstof of methyl-jodide, terwijl het grootste gedeelte van de jodiumkem in de 30 afvoerstroom kan worden afgescheiden door dergelijke destillatie en gerecirculeerd naar de carbonyleringszone om te voorzien in de jodiumkern vereist bij de produktie van verdere hoeveelheden 8204901 2 * carbonyieringsprodukten van de boven aangegeven aard.

Hoewel de hoeveelheid van de jodiumkern, die in de produkten blijft, in het algemeen erg klein is, worden de produkten toch verontreinigd ii/een mate, die ongewenst is in 5 vele gevallen en vaak de benutting ervan stoort. Pogingen om de hoeveelheid jodiumverontreiniging te elimineren of te reduceren tot aanvaardbare niveau*s door gefraktioneerde destillatie hebben problemen geboden. Een van de problemen, die men ontmoet, is een gevolg van het feit dat carbonyieringsprodukten soorten 10 jodiumverontreinigingen bevatten, die zeer bestendig zijn tegen afscheiding door destillatie. Het Amerikaanse octrooischrift ^.2^6.195 voorziet in een werkwijze ter verwijdering van jodiumkernen, in het bijzonder organische jodiumverbindingen, uit carbonyieringsprodukten door behandeling van de met jodium 15 verontreinigde produkten met cesiumacetaat, kaliumacetaat of natriumacetaat. Het Amerikaanse octrooischrift 3*772.156 zuivert azijnzuur door verwijdering van jodium door multiple destillatie, gecombineerd met behandeling met een chemisch middel. Hoewel deze processen effektief zijn, is het gewenst 20 te voorzien in een minder gecompliceerde behandelingsmethode, die het jodiumgehalte zal reduceren tot lage niveau's.

Het is daarom een doel van de uitvinding te voorzien in een verbeterde werkwijze ter verwijdering van jodiumveront-reinigingen uit carbonyieringsprodukten, die effektief dergelijke 25 verontreinigingen tot lage niveau's reduceert.

Volgens de uitvinding werd nu verrassenderwijs gevonden, dat wanneer het te zuiveren carbonyleringsprodukt wordt behandeld met een anion uitwisselingshars onder matige tempera-tuuromstandigheden en gedurende betrekkelijk korte duur, de als 30 verontreinigingen in het carbonyleringsprodukt aanwezige jodium kernen, die gewoonlijk bestendig zijn tegen afscheiding door destillatie, nagenoeg volledig kunnen worden verwijderd onder achterlating van een afvoerstroom, die dan kan worden gedestilleerd onder vorming van een gezuiverd produkt, dat nagenoeg 35 vrij is van de jodiumkernen, dat wil zeggen zij blijven achter 8204901 i ----- 3 0- * in concentraties van slechts en-kele delen per miljoen en in een geheel aanvaardbare vorm voor technisch gebruik.

Volgens de werkwijze van de uitvinding brengt men een vloeistofstroom, die het te zuiveren carbonyleringsprodukt 5 bevat en verontreinigingen met jodiumkernen, in grondig contact meteen anion uitwisselingshars en destilleert de stroom dan door gewone gefraktioneerde destillatie om te voorzien in een produkt, dat nagenoeg vrij is van de jodiumverontreinigingen. Gewoonlijk bewerkstelligt men het in contact brengen door de 10 stroom, die de ongewenste jodiumverontreinigingen bevat, te voeren door een bed van de anionuitwisselingshars en uit het bed als afvoerstroom de carbonyleringsproduktstroom te winnen, die het carbonyleringsprodukt bevat maar nagenoeg vrij is van de jodium-kemen, die bestand zijn tegen verwijdering door destillatie, 15 die geadsorbeerd worden op het harsbed.

De carbonyleringsproduktvoeding naar de werkwijze volgens de uitvinding is er een, die nagenoeg bestaat uit een carbonzuur, bijvoorbeeld azijnzuur en/of een carbonzuuranhydride, bijvoorbeeld azijnzuuranhydride en/of een alkanol, bijvoorbeeld 20 aceetaldehyde en/of een alkylideendiester, bijvoorbeeld ethylideendiacetaat en/of een vinylester, bijvoorbeeld vinyl-acetaat en/of een alkaanzuurester, bijvoorbeeld methylacetaat, en die jodiumverontreinigingen bevat overeenkomend met of afgeleid van de jodiumkernen, die aanwezig zijn in de carbonyleringszone, 25 waarin de carbonyleringsvoeding wordt geproduceerd door de carbonylering van alkoholen, alkenen, esters of ethers in aanwezigheid van een groep VIII metaalbevattende katalysator en een jodiumkern, zoals beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooischriften 2.729*651, 3.579*551, 3*579*552, 3*769*329, 30 3*772.380, U.115.UUU, k. 133.963 en 1^.218.3^0 en de Britse octrooi schriften 1.U68.9UO en 1.538.782. Hetgeen in genoemde Amerikaanse en Britse octrooischriften geopenbaard wordt, moet hier als ingelast worden beschouwd. De werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd in een betrekkelijk watervrij systeem 35 of in een waterig systeem. Gewoonlijk bevatten verontreinigde 8204901 u carbonzuurstromen water en kunnen worden behandeld voor of na verwijdering van het water. In het Amerikaanse octrooischrift k.238.29^ en Brits octrooischrift 899*288 worden ionuitwisselings-harsen gebruikt ter behandeling van afvoerstromen uit de 5 katalytische oxydatie van gesubstitueerde aromatische verbindingen in aanwezigheid van katalysatorsysternen, die broom of chloor-kernen bevatten, maar dergelijke oxydatiereakties verschillen van carbonyleringsreakties, die uitgevoerd worden bij afwezigheid van zuurstof, en de halogeenverbindingen, die in deze oxydatie-10 afvoerstromen zitten, verschillen van die, welke de onderhavige werkwijze betreffen.

Het jodium-onzuiverheidgehalte van de carbonylerings-produktvoeding naar de werkwijze volgens de uitvinding kan variëren, waarbij de beperkende faktor voor het onzuiverheids-15 niveau in de voeding nagenoeg een ekonomische faktor is. Volledige verwijdering van onzuiverheden uit de voeding door destillatie voor het toepassen bij de werkwijze volgens de uitvinding is in het algemeen niet ekonomisch en is, praktisch gesproken, niet uitvoerbaar gebleken. Des te groter het gehalte aan 20 jodiumverontreiniging in de voeding naar de werkwijze volgens de uitvinding is, des te groter de vereiste harsbeddiepte of des te vaker de noodzaak voor regenerering van de anionuitwisselings-hars. In elk geval behelst het onzuiverheidsniveau in de voeding daarom een ekonomische balans tussen kosten van destillatie 25 vooraf en gebruik van de behandelingshars. Dergelijke overwegingen dicteren normaal voedingen, die minder dan 1000 delen per miljoen jodiumverontreinigingen bevatten in de voeding, in het algemeen minder dan 500 delen per miljoen en gewoonlijk hooguit 300 delen per miljoen, waarbij alle hoeveelheden slaan op het jodium dat 30 er in zit, op basis van de totale voeding.

De anionuitwisselingsharsen die nuttig zijn volgens de uitvinding zijn hetzij van het sterk basische of het zwak basische type. Beide types zijn gemakkelijk verkrijgbaar als handelsprodukten. Sterk basische harsen bevatten in het algemeen 35 kwaternaire ammoniumgroepen bevestigd aan een poly(styreen- 8204901 5 divinylbenzeen) grondmassa. Zij kunnen worden geproduceerd door chloormethylering van de copolymeerparel onder toepassing van chloormethylether en een Friedel-Crafts condensatiekatalysator, zoals AlCl^» SnCl^, FeCl^» of ZnCl,,. Typische produkten zijn 5 die afgeleid van trimethylamine, in de handel onder merken zoals Amberlite IRA-HOO, Amberlite IRA-1+01, Amberlite IRA-U02, Amberlite IRA-900, Duolite A-101-D, Duolite ES-111, Dowex 1, Dowex 11, Dowex 21K, en Ionac A-5^0 en sommige zijn afgeleid van dimethylethanolamine, bijvoorbeeld 'Amberlite IRA-U10, 10 Amberlite IRA-911, Dowex 2, Duolite A-102-D, Ionac A-5^2 en

Ionac A-5^2 en Ionac A-550. Verscheidene harsen van gemengde basiciteit, enkele van hen zwak en enkele van hen sterk, worden waarschijnlijk bereid door de alkylering van een zwak-basische hars met een alkylhalogenide of sulfaat. Voor-15 beelden van dit type hars zijn Duolite A-30 en Ionac A-300.

Zwak-basische anionuitvisselingsharsen bevatten primaire, secundaire en/of tertiaire aminegroepen, in het algemeen een mengsefrvan. Een grote verscheidenheid van produkten zijn verkrijgbaar, in het algemeen condensatieprodukten van 20 alifatische polyamines met formaldehyde of met alkyldihalogenides zoals ethyleendichloride, of met epichloorhydrine. Voorbeelden van deze produkten zijn Dowex kk, Duolite A-7· Ionac A-2o0 en Amberlite IRA-68. Een andere groep van zwak basische anion uiwisselingsharsen is die bereid door reaktie van een amine of 25 polyamine met de chloorgemethyleerde styreen-divinylbenzeen- copolymeerparel. tAmberlite IR-U5, Amberlite IRA-93> Dowex 3, Dowex MWA-1 en Duolite A-14). Zowel het geltype hars és het macroreticulaire type hars is geschikt, maar men geeft de voorkeur aan de laatste, daar organische componenten aanwezig 30 zijn in de stromen, die behandeld worden.

Het in contact brengen vein de carbonyleringsprodukt-stroom met de hars kan worden bewerkstelligd in een geroerd vat, waarin van de hars een brij wordt gemaakt met de vloeistof-stroom onder goed roeren en de vloeistofstroom wordt dan gewonnen 35 door decantering, filtrering, centrifugering en dergelijke.

8204901 6

Behandeling van de stroom wordt echter in het algemeen bewerkstelligd door haar te voeren door een vast bed kolom van de hars. De behandeling kan worden uitgevoerd als een discontinue, half-continue of continue bewerking, hetzij door regeling met de 5 hand of automatisch, waarbij men methodes en technieken gebruikt, die wel bekend zijn in de ionuitwisselingstechniek.

De ionuitwisselingsbehandeling kan worden uitgevoerd bij temperaturen in het trajekt van 10-80°C, hoewel lagere of hogere temperaturen kunnen worden gebruikt, die slechts beperkt 10 zijn door de stabiliteit van de hars. Voorkeurstemperaturen zijn die in het trajekt van 20-60°C. Wanneer temperaturen boven het kookpunt van de vloeistofstroom worden gebruikt, zal werken onder druk vereist zijn om de oplossing in de vloeibare fase te houden. De druk is echter geen kritische variabele. In het 15 algemeen gebruikt men atmosferische druk of een druk enigszins bovenatmosferisch, maar desgewenst kan men superatmosferische of subatmosferische drukken gebruiken.

De stroomsnelheid van de carbonyleringsvloeistof door de hars zal in het algemeen die zijn, welke wordt aanbe-20 volen door de harsfabrikant en zal gewoonlijk 2-12 gallons per min. per vierkante voet dwarsdoorsnedegebied zijn.

Nadat zij is uitgeput, dat wil zeggen wanneer aanzienlijke hoeveelheden jodiumkernen doorbreken in de afvoer-stroom, kan de hars worden geregenereerd door er een oplossing 25 van natriumhydroxyde doorheen te voeren. In het algemeen heeft het regenereringsmiddel een concentratie in het trajekt van 2-U %. De gebruikte hoeveelheden en procedures zijn die, welke gevestigd zijn in de techniek en aanbevolen door de harsfabrikanten.

30 De behandeling van de carbonyleringsproduktstroom kan, zoals vermeld, een discontinue of continue bewerking zijn. Het voorkeurstype bewerking is een continue, waarin de stroom wordt gevoerd door de anionuitwisselingshars, waarbij de jodiumkernen erop worden geadsorbeerd, en waarbij de afvoer-35 stroom, die nagenoeg vrij is van deze verontreinigingen, wordt 8204901 τ gewonnen. De anionuitvisselingsbehandeling kan cyclisch zijn.

Als de hars uitgeput raakt in een bed, kan de stroom van carbonyleringsprodukt worden afgeleid naar een vers bed, terwijl het uitgeputte bed wordt onderworpen aan regenerering. Des te 5 groter de diepte van het harsbed, des te minder vaak zal er de noodzaak bestaan voor regenerering, zoals duidelijk zal zijn aan deskundigen. Gewoonlijk moet de minimum beddiepte ongeveer 3 voet zijn.

Wanneer de behandeling met de anionuitwisselingshars 10 is uitgevoerd door contact in een geroerd vat, dat de hars bevat als brij in de carbonyleringsstroom, zal het natuurlijk nodig zijn de behandelde stroom te filtreren om de hars te verwijderen voor hernieuwd gebruik. Wanneer de carbonyleringsprodukt stroom door een bed van de hars wordt gevoerd, is een 15 dergelijke filtratie niet nodig, maar in beide gevallen wordt het behandelde produkt onderworpen aan een einddestillatie om het gewenste produkt te winnen in een zo zuiver mogelijke vorm. Wanneer de carbonyleringsstroom water bevat, hetgeen in het -algemeen het geval is bij een carbonzuurhoudende carbonylerings-20 produktstroom, wordt het behandelde produkt onderworpen aan een dehydrateringsdestillatie om het meeste, zo niet alle, water te verwijderen. Er kan wel geen hieropvolgende destillatie nodig zijn, hoewel men desgewenst een einddestillatie kan toepassen. Dergelijke destillaties zijn natuurlijk bekend aan 25 deskundigen en vormen geen kenmerken van de onderhavige uit vinding. In het algemeen zijn minimaal 20 theoretische schotels vereist bij de destillatietrap.

De volgende voorbeelden van specifieke toepassing zullen dienen om een vollediger begrip te krijgen van de uit-30 vinding, maar het zal duidelijk zijn dat deze voorbeelden slechts voor illustratieve doeleinden zijn gegeven, en niet als beperking van de uitvinding moeten worden beschouwd.

Voorbeeld I

In dit voorbeeld brengt men 150 ml van een zwak 35 basische hars, in de handel onder het merk Dowex MWA-1 in een 8204901 8 glazen buis met een doorsnede van 3A inch om een bed te vormen van 21 inch hoog en door dit bed voert men met een stroomsnelheid van UOOO ml/uur een stroom bestaande uit ongeveer 86 gev./« azijnzuur en 1U gev.% water en met een gehalte aan 5 jodium van 220 delen per miljoen. De stroom was verkregen uit het reaktieprodukt van de carbonylering van methanol in aanwezigheid van een groep VIII metaalkatalysator en methyljodide. Het reaktieprodukt werd van de katalysator af^-gedestilleerd en daarna onderworpen aan destillatie om bijprodukt methyl-10 acetaat, niet in reaktie getreden methanol en zo veel mogelijk methyljodide van elkaar te scheiden. De stroom werd continu door het bed gevoerd gedurende 10 uur. De totale jodiumanalyse van de harsbedafvoerstroom was 27 delen per miljoen.

Men onderwerpt de afvoerstroom dan aan destillatie 15 in een 2 inch Oldershaw kolom met 70 schotels lij een terugvoer- verhouding van 2:1 om het water van het azijnzuur te scheiden.

Het bodemprodukt van de kolom, bestaande uit nagenoeg zuiver azijnzuur, bevatte 1-3 delen per miljoen totaal jodium.

Voorbeeld II

20 Men herhaalt voorbeeld I, maar nu destilleert men de behandelde stroom als beschreven zonder haar eerst door het harsbed te voeren. Het azijnzuurbodemprodukt van de kolom bevatte 100 delen per miljoen totaal jodium.

Voorbeeld III

25 Men herhaalt de werkwijze van voorbeeld I, maar nu destilleert men de voeding eerst om water te verwijderen, alvorens zij door het katalysatorbed wordt gevoerd en de afvoerstroom van de katalysator wordt gedestilleerd als beschreven in voorbeeld I ter verkrijging van een produkt, dat equivalent is aan dat 30 beschreven in voorbeeld I.

Voorbeeld IV

Bij twee proeven herhaalt men voorbeeld I, maar nu zijn de behandelde stromen samengesteld uit azijnzuuranhydride, de ene verkregen door de carbonylering van methylacetaat en de 35 andere door de carbonylering van dimethylether. De voedingstromen 8204901 * 9 zijn nagenoeg vatervrij en bevatten jodium in een hoeveelheid van ongeveer 225 delen per miljoen. Na het gaan door het harsbed en destillatie zoals beschreven in voorbeeld I, komt het jodiumgehalte van de produktafvoerstromen overeen met dat 5 van de produktstroom verkregen in voorbeeld I.

Voorbeeld V

Men herhaalt voorbeeld IV, maar nu gaat het azijnzuur-anhydride vergezeld van ongeveer 25 % van een ester, in dit geval methylacetaat. De verkregen resultaten met betrekking 10 tot de jodiumvervijdering komen overeen met die verkregen in voorbeeld IV.

8204901

Claims

1. Werkwijze voor het zuiveren van carbonylerings-produkten om jodiumverontreinigingen eruit te verwijderen, met het kenmerk, dat men genoemde produkten behandeld met een 5 anionuitwisselingshars.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 jxet het kenmerk, dat genoemde carbonyleringsprodukten minder dan 1000 delen per miljoen van genoemde jodiumverontreinigingen bevatten.

3* Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de hoeveelheid jodiumverontreiniging wordt gereduceerd tot ten hoogste ongeveer 3 delen per miljoen. H. Elk van de werkwijzen of produkten of inrichtingen, of elke combinatie ervan, nagenoeg zoals hierin beschreven. 15 820 4 9 0 1