SE506138C2 - Ett förfarande (I) för framställning av cesiumformiat - Google Patents

Description

506 138 Formiater har befunnits uppvisa utmärkta stabiliserande egenskaper vid höga temperaturer vilket resulterar i en kritisk temperatur överstigande 200°C, såsom beskrivs i forskningsrapporten "High Temperature Stabilisation of Xanthan in Drilling Fluids by the Use of Formate Salts", av J.D. Downs - Koninklijke/Shell Explorative en Produktie Laboratorium, Holland - Physical Chemistry of Coloids and Interfaces in Production, Paris 1992, sidorna 197-202. J.D. Downs ger i denna rapport en detaljerad beskrivning av formiater och deras stabiliserande effekt.

Dessutom beskriver också de europeiska patentansökningarna 269939 och 572113 användning av formiater i borrvätskor.

Saltlösningar baserade på eller innehållande cesiumformiat, till exempel i kombination med andra formiater har en alltmer ökande användning. Det flnns således enalltmer ökande efterfrågan på större kvantiteter. Cesiumformiat har en stor potential för användning som avslutnings- och packvätskor eftersom densiteter upp till 2,3 SG kan uppnås. Cesiumformiat används dessutom till exempel som ersättning för den mycket giftiga och korrosiva zinkbromidsaltlösningen.

Cesiumformiat framställs för närvarande normalt genom att reagera kolmonooxid med cesiumhyclroxid enligt reaktionsformel l nedan.

Reaktionsformel I: CO + CsOH -> HCOOCs Framställningsmetoden enligt reaktionsformel I är ganska långsam och utförs genom att man absorberar kolmonooxid, befriad från sura gaser, i 50-80 viktprocent cesiumhydroxid. Nackdelarna med att tillverka cesiumformiat på det sättet är uppenbara och kan sammanfattas sålunda, hög temperatur, högt tryck och långsam reaktion.

En industriellt användbar process för tillverkning av cesiumformiat vilken ger högt utbyte och är tillförlitlig är för närvarande inte tillgänglig. Tillgängligheten av denna förening är således begränsad och en ökad efterfrågan är omöjlig att tillfredsställa.

BNSDQ_ClQ:_;<_§Eš_~__Å_50613BC2;_I_? ____ _ _ _ SÛGÃQE8 Cesiumformiat kan naturligtvis tillverkas genom den fundamentala menindisstriellt olämpliga eller besvärliga reaktionen mellan cesiumhydroxid och myrïsjëïienligt reaktionsformel II nedan, varvid cesiumformiat och vatten bildas. 'fífl Reaktionsformel II: HCOOH + Cs0H -> HCOOCs + H20 * ' Föreliggande uppfinning ger ett snabbt och tillförlitligt förfarande för-ßatftïå högt utbyte framställa cesiumformiat på ett industriellt lämpligt och bekvämt sätt.

Förfarandet ger cesiumformiat och metanol genom reaktion mellan formaldehyd och cesiumhydroxid. Reaktionen utförs i vâtskefas, företrädesvis v-azttfiårilvid ett molförhâllande mellan formaldehyd till cesiumhydroxid av l,0:l,0 štlllffä,0:l,0, såsom l,5:1,0 till 2,5:1,0 eller l,8:l,0 till 2,2:1,0. Reaktionstemperaturen är 0-l00°C, såsom S-90°C eller 30-70°C. En för hög reaktionstemperatur kommer att orsaka missfärgning.

Reaktionen enligt det uppfunna förfarandet har en stor fördel i att vara iffr" Reaktionen sker enligt reaktionšformel III nedan, varvid 2 mol formaldoli-gtïftfit och l mol cesiumhydroxid ger en mol cesiumformiat och l mol metanol.

Reaktionsformel III: ZHCHO + CsOH -æ HCOOCs + CH,OH.

Reaktionen utförs vid föredragna utföringsformer av förfarandet vid e tryck av högst 760 mm Hg, företrädesvis högst 100 mm Hg, varvid metanol 1 sölfi bildas under reaktionen tillåts att avdunsta kontinuerligt. - ï f Förfarandet kan företrädesvis utföras satsvis, varvid en vattenlëïfitïing av cesiumhydroxid sätts till en vattenlösning av formaldehyd under högst ïfifïimmar, företrädesvis under 1 till 2 timmar. Formaldehydlösningen har llfifiigen en formaldehydhalt av 15-65 viktprocent, företrädesvis 30-50 viktpråcent.

Motsvarande halt cesiumhydroxid år lämpligen 20-60 viktprocent, fötffizåziï-fillidesvis 30-50 viktprocent i cesiumhydroxidlösningen. Den efter tillsatstiden»Éåulwv reaktionstiden ligger normalt inom intervallet 30 minuter till 6 timmar. _ ___ .i När ett överskott av cesiumhydroxid i förhållande till formaldehydïlfiainvânds avslutas processen lämpligen genom neutralisering med en syra, såsom myr-syra. . .=.;'""'5J.. _ n, ..

BNsoomo; , _ , ,_ _ 506 138 Nämnda tillsats- och reaktionstid liksom nämnda procentsatser och neutralisation är naturligtvis giltiga också för andra utföringsformer av uppfinningen som inte är satsvisa processer, såsom kontinuerliga processer.

Förfarandet enligt uppfinningen konverterar normalt minst 99 % av den teoretiskt konverteringsbara formaldehyden till cesiumformiat. Denna ovanligt höga konverteringsgraden beror på det faktum att reaktionen såsom nämns ovan är irreversibel.

Den erhållna metanolen som under processen företrädesvis men inte nödvändigtvis avdunstas, kan lämpligen återvinnas och användas för framställning av formaldehyd och således utnyttjas som råmaterial för ytterligare tillverkning av cesiumformiat vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Ett överskott av formaldehyd eller cesiumhydroxid kan återvinnas enligt kända metoder och återanvändas vid förfarandet enligt uppfinningen. Överskott av cesiumhydroxid kan dessutom såsom beskrivits ovan neutraliseras med en syra, såsom myrsyra. Därvid erhålles» ett cesiumsalt vilket i sig kan utgöra en separat produkt eller sättas till mängden cesiumformiat som erhålles från processen.

De större fördelarna med förfarandet enligt föreliggande uppfinning inkluderar en snabb och enkel reaktion, en låg reaktionstemperatur, atmosfärstryck eller reducerat tryck, en hög konverteringsgrad och inga biprodukter som ger avfallsproblem. Allt detta möjliggör en säker och tillförlitlig liksom industriellt lämplig och praktisk framställning av stora kvantiteter av cesiumformiat.

Detta och andra ändamål och åtföljande fördelar kommer att förstås bättre av den detaljerade beskrivningen tagen tillsammans med nedanstående utföringsexempel, varvid cesiurnforrniat framställs genom en utföringsform av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Exempel 130 g av en vattenlösning av formaldehyd (l,99 mol formaldehyd) med ett formaldehydinnehåll av 46 viktprocent satsades i ett reaktionskärl utrustat med en kylare försedd med ett förlag, en omrörare, en tryckmätare och anordningar för uppvärmning och kylning av kärlet. 450 g av en vattenlösning av cesiumhydroxid (l,20 mol cesiumhydroxid) med ett cesiumhydroxidinnehåll av 40 viktprocent sattes under 45 minuter till formaldehydlösningen. Reaktionsblandningen rördes om under tillsatsen och reaktionskärlet var vattenkylt. Efter tillsatsen av cesiumhydroxid värmdes reaktionskärlet till 50°C och trycket sänktes till 10-20 mm BNSDOCID: 506šfl38 Hg. Metanol bildad under reaktionen avdunstades kontinuerligt och upp: ades i förlaget. Reaktionen fick fortsätta vid 50°C och 10-20 mm Hg under m3, timmar.

Trycket justerades nu till atmosfärstryck och överskottet av cesiumhydlionid i den erhållna reaktionsblandningen neutraliserades med ll g myrsyra och Lkyldes till rumstemperatur.

Reaktionskärlet innehöll 371,9 g vattenhaltig reaktionsblandning innehållande ==57 viktprocent cesiumformiat, <0,0l viktprocent formaldehyd och ~0,02 viktprocent metanol. Det flyktiga innehållet i reaktionsblandningen avdunstades och 211,9 g cesiumformiat erhölls. Den erhållna mängden cesiumformiat kan härledas iailunda, 35.6 g erhölls genom neutralisation med myrsyra och 176,3 g från reaktionen mellan formaldehyd och cesiumhydroxid. Detta ger en konvertewring på 99,6 % av formaldehyden till cesiumformiat (möjliga förluster i sailibafzfid med reaktionen, materialhanteringen och analyserna är inte beaktade). Deriïiteoretiska mängden är 177,0 g (0,995 mol). Även om en speciell och föredragen utföringsform av uppfinningen har ínses det naturligtvis att uppfinningen inte är begränsad till denna. Många moilišäeringar kan göras och det är därför avsett att med bifogade patentkrav täcka alla sådana modifieringar som faller innanför uppñnningens ram. - -_. iii; .

BNSDOCID:

Claims (1)

1. 506 138 Patentkrav

1. BNSDOCID, Förfarande för framställning av cesiumformiat k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att cesiumformiat och metanol erhålles genom en reaktion mellan formaldehyd och cesiumhydroxid, varvid reaktionen utföres i vätskefas, företrädesvis vatten vid ett molförhållande mellan formaldehyd och cesiumhydroxid av 1,0:1,0 till 3,0:l,O, såsom 1,5:l,0 till 2,5:1,0 eller 1,8:l,0 till 2,2:1,0 och en temperatur av 0-l00°C, företrädesvis 30-70°C. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att reaktionen utförs vid ett tryck av högst 760 mm Hg, företrädesvis högst 100 mm Hg. kännetecknat därav,attdet utförs satsvis, varvid en vattenlösning av cesiumhydroxid sätts till en Förfarande enligt krav 1 eller 2, vattenlösning av formaldehyd. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t (i ä r a v, att cesiumhydroxidlösningen sätts till formaldehydlösningen under högst 24 timmar, företrädesvis under 1 till 2 timmar. kännetecknat formaldehydhait 15-65 Förfarande enligt krav 3 eller 4, d ä r a v, att formaldehydlösningen företrädesvis 30-50 viktprocent. har en av viktprocent, Förfarande enligt något av kraven 3-5, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att cesiumhydroxidlösningen har en cesium hydroxidhalt av 20-60 viktprocent, företrädesvis 30-50 viktprocent. Förfarande enligt något av kraven 3-6, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att det utförs vid ett molförhållande mellan formaldehyd och cesiumhydroxid av 1:1 till företrädesvis myrsyra. 2:1 och att det avslutas genom neutralisation med en syra, Förfarande enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att metanol som bildas under reaktionen tillåts avdunsta kontinuerligt, Förfarande enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att minst 99 % av den teoretiskt konverteringsbara formaldehyden konverteras till cesiumformiat.