DE975502C - Process for the production of propionaldehyde - Google Patents

Process for the production of propionaldehyde

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DE975502C
DE975502C DEB28601A DEB0028601A DE975502C DE 975502 C DE975502 C DE 975502C DE B28601 A DEB28601 A DE B28601A DE B0028601 A DEB0028601 A DE B0028601A DE 975502 C DE975502 C DE 975502C
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propionaldehyde
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Hans Dr Haeuber
Werner Dr Hagen
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C27/00Processes involving the simultaneous production of more than one class of oxygen-containing compounds
    • C07C27/20Processes involving the simultaneous production of more than one class of oxygen-containing compounds by oxo-reaction
    • C07C27/22Processes involving the simultaneous production of more than one class of oxygen-containing compounds by oxo-reaction with the use of catalysts which are specific for this process

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Description

AUSGEGEBEN AM 14. DEZEMBER 1961ISSUED DECEMBER 14, 1961

B 28601 IVb /12 οB 28601 IVb / 12 ο

Die unter dem Namen »Oxosynthese« bekanntgewordene Anlagerung von Kohlenoxyd und Wasserstoff (Synthesegas) an Olefine unter dem Einfluß von Kobaltkatalysatoren bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck verläuft bei verschiedenen Ausgangsstoffen mit durchaus unterschiedlicher Leichtigkeit. Man weiß, daß bei der Umsetzung des Äthylens die Reaktion mit großer Geschwindigkeit und hoher Wärmetönung verläuft. Dementsprechend hat man für diese Reaktion empfohlen, besondere Vorsichtsmaßnahmen, z. B. das Arbeiten in inerten organischen Lösungsmitteln oder in wäßrigem Medium, anzuwenden. Gegenstand der deutschen Patentschrift 891 842 ist unter anderem ein Verfahren zur Herstellung von Propionaldehyd durch Oxoreaktion des Äthylens, bei dem man dampfförmige Kobaltverbindungen, insbesondere Kobaltcarbonyl und carbonylwasserstoff, als Katalysator verwendet und das Äthylen zunächst mit dem katalysatorhaltigen Synthesegas unterhalb der Reaktionstemperatur, vorzugsweise bei 60 bis ioo°, vermischt und die erhaltene Mischung auf Reaktionstemperatur, vorzugsweise 110 bis i8o°, bringt. Aber selbst bei diesem Verfahren kann es zu örtlichen Überhitzungen kommen, die zu sekundären, die Ausbeute an monomeremThe addition of carbon monoxide and carbon dioxide, which has become known under the name of "oxo synthesis" Hydrogen (synthesis gas) to olefins under the influence of cobalt catalysts at elevated temperature and under increased pressure, different starting materials take place with quite different processes Ease. It is known that the reaction with the implementation of the ethylene with great Speed and high calorific rate. Accordingly, one has for this reaction recommended to take special precautionary measures, e.g. B. working in inert organic solvents or in an aqueous medium. Subject of German patent specification 891 842 is among other things a process for the production of propionaldehyde by oxo reaction of ethylene, in which vaporous cobalt compounds, in particular cobalt carbonyl and hydrogen carbonyl, used as a catalyst and the ethylene initially with the catalyst-containing synthesis gas below the reaction temperature, preferably at 60 to 100 °, mixed and the obtained Bring the mixture to the reaction temperature, preferably 110 to 180 °. But even with this procedure local overheating can occur, which leads to secondary, the yield of monomeric

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Propionaldehyd schädigenden Nebenreaktionen führen,, wie ζ. B. die Aldolisierung des Aldehyds und eine Zersetzung des Äthylens unter Rußabscheidung. Ferner hat das Verfahren den Nachteil, daß ein Teil des Hochdruckräums für die Vermischung und Aufheizung der Gase verwendet werden muß.Propionaldehyde-damaging side reactions lead ,, like ζ. B. the aldolization of the aldehyde and a decomposition of the ethylene with soot deposition. The method also has the disadvantage that part of the high pressure chamber is used for the mixing and heating of the gases must become.

Es wurde nun gefunden, daß man diese bei der Oxoreaktion des Äthylens auftretenden Schwierigkeiten in besonders einfacher Weise vermeidet, wenn man das Äthylen oder das katalysatorhaltige Synthesegas oder beide auf nahezu Synthesetemperatur, mindestens aber ioo°, vorerhitzt und zu einem Synthesegas in mindestens dem Dreifachen der theoretisch erforderlichen Menge enthaltendem Gasgemisch intensiv, besonders mittels Mischdüse, mischt und mit hoher Geschwindigkeit durch die Reaktionszone leitet und wenn man die Endgase nach Abtrennung des Propionaldehyds in die Reaktionszone zurückführt. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß sich das Verfahren mit wesentlich größerer Sicherheit durchführen läßt, da die Temperatur genau eingehalten und Kohleabscheidung und Verstopfung vermieden werden können.It has now been found that these difficulties occurring in the oxo reaction of ethylene can be avoided avoids in a particularly simple way if you use the ethylene or the catalyst Synthesis gas or both to almost synthesis temperature, but at least 100 °, preheated and to a synthesis gas containing at least three times the theoretically required amount Intensive gas mixture, especially by means of a mixing nozzle, mixes and at high speed passes through the reaction zone and when the end gases after separation of the propionaldehyde returned to the reaction zone. This mode of operation has the advantage that the process is easy with Can perform much greater security, since the temperature is precisely maintained and carbon deposition and constipation can be avoided.

Bereits bei dem Verfahren der deutschen Patentschrift 891 842 war es möglich, das Synthesegas in mehr als der theoretisch erforderlichen Menge anzuwenden. Bei der vorliegenden Arbeitsweise ist dies eine notwendige Voraussetzung für das einwandfreie Gelingen der Reaktion. Man wendet das Synthesegas in mindestens dem doppelten Überschuß an. Die Ausbeute an Propionaldehyd wird indessen noch besser, wenn man noch höhere, z. B. 10- bis 2ofache Überschüsse anwendet. Die obere Grenzte ist ledig-Hch durch wirtschaftliche Überlegungen bestimmt, Das Synthesegas wird im übrigen zweckmäßig im Kreislauf geführt und damit zur Temperaturregelung benutzt und lediglich so viel Frischgas mit dampfförmigem Katalysator zugesetzt, wie dem Verbrauch an Kohlenoxyd und Wasserstoff entspricht. Um einen möglichst gleichmäßigen Dauerbetrieb mit Kreisgasumlauf durchführen zu können, hält man das Verhältnis CO : H2 auf etwa 1:1, obgleich grundsätzlich die Umsetzung auch durchführbar ist, wenn einer der Bestandteile des Kreisgases im Überschuß ist.Already in the process of German patent specification 891 842 it was possible to use the synthesis gas in more than the theoretically required amount. In the present procedure, this is a necessary prerequisite for the perfect success of the reaction. The synthesis gas is used in at least twice the excess. The yield of propionaldehyde is, however, even better if you use even higher, z. B. 10 to 2-fold excess applies. The upper limit is only determined by economic considerations. The synthesis gas is expediently circulated and thus used for temperature control and only as much fresh gas with vaporous catalyst is added as corresponds to the consumption of carbon oxide and hydrogen. In order to be able to carry out continuous operation with circulating gas that is as uniform as possible, the ratio of CO: H 2 is kept at about 1: 1, although in principle the reaction can also be carried out if one of the constituents of the circulating gas is in excess.

Das Verfahren wird zweckmäßig in leeren Hochdruckgefäßen, insbesondere -rohren, durchgeführt, die einzeln oder in Bündeln horizontal, vertikal oder geneigt angeordnet sein können. Um in der Reaktionszone die optimalen Bedingungen einhalten zu können, umgibt man die Rohre zweckmäßig mit einem Heiz- bzw. Kühlmantel, durch 'den Dampf oder geeignete Flüssigkeit zirkulieren kann. Die Strömungsgeschwindigkeit wird vorzugsweise so gewählt, daß die Verweilzeit des Äthylens in der Reaktionszone unter 1 Stunde liegt, zweckmäßig 2 bis 15 Minuten beträgt. Um die der Reaktion zugeführten Gase möglichst intensiv zu mischen, bedient man sich vorzugsweise einer wirksamen Mischdüse. Eine solche ist schematisch in der Abbildung im Schnitt beispielsweise dargestellt. Bei A tritt das eine der Gase in das zentral gebohrte Rohr, das es mit hoher 'Geschwindigkeit bei B verläßt und wo es in den Mischraum eintritt. Bei C tritt das andere Gas in den äußeren Ringraum ein, den es bei D verläßt. Zur Verbesserung der Mischwirkung kann man im Ringraum schräg laufende Flächen oder Nuten vorsehen, so daß .dem Gas ein Drall erteilt wird.The method is expediently carried out in empty high-pressure vessels, in particular pipes, which can be arranged individually or in bundles horizontally, vertically or at an angle. In order to be able to maintain the optimum conditions in the reaction zone, the tubes are expediently surrounded by a heating or cooling jacket through which steam or suitable liquid can circulate. The flow rate is preferably chosen so that the residence time of the ethylene in the reaction zone is less than 1 hour, expediently 2 to 15 minutes. In order to mix the gases fed into the reaction as intensively as possible, an effective mixing nozzle is preferably used. Such is shown schematically in the figure in section, for example. At A , one of the gases enters the centrally drilled pipe, which it leaves at high speed at B and where it enters the mixing space. At C the other gas enters the outer annulus which it leaves at D. To improve the mixing effect, inclined surfaces or grooves can be provided in the annular space so that a swirl is imparted to the gas.

Der dampfförmige Katalysator wird zweckmäßig dem Frischgas in der Weise zugeführt, daß man dieses oder einen Teilstrom davon kontinuierlich mit Kobalt oder in Kobaltcarbonyle überführbare Kobaltverbindungen bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck zusammenbringt. Dies kann beispielsweise gemäß dem Verfahren der französischen Patentschrift 996 378 oder der britischen Patentschrift 690 149 oder auch durch-Leiten durch "die Lösung eines Kobaltsalzes in einem hochsiedenden inerten Lösungsmittel geschehen. Die Menge des mit dem Synthesegas eingebrachten Kobalts kann klein gehalten werden; im allgemeinen genügen 0,05 bis ο, ι % Co, bezogen auf das umzusetzende Äthylen.The vaporous catalyst is expediently fed to the fresh gas in such a way that this or a partial stream thereof is continuously mixed with cobalt or with cobalt carbonyls brings together transferable cobalt compounds at elevated temperature and pressure. This can be done, for example, according to the method of French patent specification 996 378 or British Patent 690,149 or also by passing through "the solution of a cobalt salt done in a high-boiling inert solvent. The amount of the syngas introduced cobalt can be kept small; in general, 0.05 to ο, ι% Co are sufficient, based on the ethylene to be converted.

- Die Temperatur der in die Reaktionszone eintretenden Gase liegt zwischen 100 und i6o°, zweckmäßig 20 bis 400 unterhalb des Optimums der Reaktionstemperatur; wenn diese z. B. 190 bis 210° beträgt, ist die Temperatur der Gase zweckmäßigetwa i6o°. Man kann alle der Mischung zuzuführenden Gase auf diese Temperatur vorwärmen oder auch einen Teil der Gase entsprechend höher.- The temperature of the incoming gases in the reaction zone is between 100 and I6O °, suitably from 20 to 40 0 below the optimum temperature of the reaction; if this z. If, for example, 190 to 210 °, the temperature of the gases is suitably about 160 °. You can preheat all of the gases to be added to this temperature, or some of the gases can be correspondingly higher.

Beispielexample

In ein mit einem Dampfmantel versehenes leeres, senkrecht stehendes Hochdruckrohr von 5 m Länge und 120 mm Durchmesser leitet man durch eine im oberen Fünftel eingesetzte Gasmischdüse stündlich folgende Gasmengen: 1. 3,4Nm3 Äthylen; 2. 4,5 Nm3 eines Gemisches aus 50% CO und 5θΌ/ο H2, das vorher in üblicher Weise mit etwa ι g Co/m3 in Form von Kobaltcarbonylhydrid beladen wurde (Frischgas); 3. etwa 50 Nm3 eines Gemisches von etwa 60% CO, 30% H2 und 10% C2-KW-stoffen (Kreisgas).In an empty, vertical high-pressure pipe with a length of 5 m and a diameter of 120 mm and which is provided with a steam jacket, the following amounts of gas per hour are passed through a gas mixing nozzle inserted in the upper fifth: 1. 3.4 Nm 3 ethylene; 2. 4.5 Nm 3 of a mixture of 50% CO and 5θ Ό / ο H 2 , which was previously charged in the usual way with about ι g Co / m 3 in the form of cobalt carbonyl hydride (fresh gas); 3. about 50 Nm 3 of a mixture of about 60% CO, 30% H 2 and 10% C 2 hydrocarbons (cycle gas).

Alle drei Gase werden in die Düse unter einem Druck von 250 Atmosphären eingeführt, nachdem sie auf i6o° vorgewärmt wurden, und zwar die Gase ι und 3 in den äußeren Ringraum, und das Gas 2 in die zentrale Bohrung der Düse. Das Hochdruckrohr wird von außen mit Dampf von i8o° geheizt. Durch die frei werdende Reaktionswärme steigt die Innentemp-eratur bis zur Rohrmitte auf 190 bis 2io°. Das am unteren Rohrende austretende Reaktionsgemisch gelangt in einen auf 150 gekühlten Abscheider, wo sich das gebildete Primärprodukt flüssig abscheidet. Etwa 50 Nm3 nicht verbrauchtes Gas werden durch einen Rückflußkühler geleitet, um die unkondensierten Aldehydreste zu verflüssigen, und darauf mittels eines Hochdruckgebläses, z. B. einer Maulwurfpumpe, in das Rohr zurückgepumpt>: nachdem sie wiedex aufAll three gases are introduced into the nozzle under a pressure of 250 atmospheres after they have been preheated to 160 °, namely gases 1 and 3 in the outer annulus, and gas 2 in the central bore of the nozzle. The high-pressure pipe is heated from the outside with steam at 180 °. Due to the heat of reaction released, the internal temperature rises to 190 to 20 ° up to the middle of the tube. The exiting at the lower tube end in a reaction mixture passes at 15 0 cooled precipitator, where the primary product formed separates liquid. About 50 Nm 3 of unused gas are passed through a reflux condenser in order to liquefy the uncondensed aldehyde residues. B. a mole pump, pumped back into the pipe>: after they wiedex on

i6o° angewärmt wurden. Das übrige nicht unigesetzte Gas und das flüssige Produkt werden entspannt. Es werden stündlich 8,9 kg flüssiges Produkt erhalten, das zu 90 Volumprozent aus monomeren! Propionaldehyd besteht. Etwa 10% des eingeführten Äthylens werden zu Äthan hydriert, etwa 5 bis 6% werden nicht umgesetzt.i6o ° were warmed up. The rest is not unimplemented The gas and the liquid product are expanded. There are 8.9 kg of liquid per hour Product obtained that is 90 percent by volume monomeric! Propionaldehyde consists. About 10% of the imported ethylene are hydrogenated to ethane, about 5 to 6% are not converted.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM: Verfahren zur Herstellung von Propionaldehyd durch Umsetzen von Äthylen mit Kohlenoxyd und Wasserstoff bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in der Gasphase in Gegenwart von Kobaltcarbonylverbindüngen als Katalysator unter Vorerhitzung und intensiver Vermischung der Reaktionsteilnehmer, Durchleiten derselben durch die Reaktionszone, Abtrennen des entstandenen Aldehyds und Kreislaufführung der Endgase, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorerhitzung der Reaktionsteilnehmer auf mindestens ioo° erfolgt, ein mindestens dreifacher Überschuß der theoretisch erforderlichen Menge Synthesegas verwendet wird und die Durchführung der Reaktionsteilnehmer durch die Reaktionszone mit hoher Geschwindigkeit erfolgt.Process for the production of propionaldehyde by reacting ethylene with carbon oxide and hydrogen at elevated pressure and elevated temperature in the gas phase in the presence of cobalt carbonyl compounds as a catalyst with preheating and intensive mixing of the reactants, passing them through the reaction zone, separating the aldehyde formed and recycling the end gases , characterized in that the reactants are preheated to at least 100 °, an at least three-fold excess of the theoretically required amount of synthesis gas is used and the reactants are carried out through the reaction zone at high speed. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 888843, 891842; USA.-Patentschrift Nr. 2327066.
Considered publications:
German Patent Nos. 888843, 891842; U.S. Patent No. 2327066.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2327066A (en) * 1938-09-19 1943-08-17 Roelen Otto Production of oxygenated carbon compounds
DE888843C (en) * 1942-08-11 1953-09-03 Chemische Verwertungsgesellsch Process for the production of oxygen-containing organic compounds
DE891842C (en) * 1951-08-12 1953-10-01 Basf Ag Process for the production of oxygen-containing organic compounds

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