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DE1957167C3 - Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasser in Gegenwart eines Katalysators, der aus Orthophosphorsäure, Bortrifluorid und Wasser erhältlich ist - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasser in Gegenwart eines Katalysators, der aus Orthophosphorsäure, Bortrifluorid und Wasser erhältlich ist

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Publication number
DE1957167C3
DE1957167C3 DE1957167A DE1957167A DE1957167C3 DE 1957167 C3 DE1957167 C3 DE 1957167C3 DE 1957167 A DE1957167 A DE 1957167A DE 1957167 A DE1957167 A DE 1957167A DE 1957167 C3 DE1957167 C3 DE 1957167C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
water
carbon monoxide
isobutene
catalyst
boron trifluoride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE1957167A
Other languages
English (en)
Other versions
DE1957167B2 (de
DE1957167A1 (de
Inventor
Henk Gerard Merkus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Original Assignee
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shell Internationale Research Maatschappij BV filed Critical Shell Internationale Research Maatschappij BV
Publication of DE1957167A1 publication Critical patent/DE1957167A1/de
Publication of DE1957167B2 publication Critical patent/DE1957167B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1957167C3 publication Critical patent/DE1957167C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/10Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide
    • C07C51/14Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide on a carbon-to-carbon unsaturated bond in organic compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/14Phosphorus; Compounds thereof
    • B01J27/16Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

Bortrifluorid/Orthophosphorsäure 4,5:1 verwendet
von
: 1
von von bis
Es ist bekannt, daß Carboniumionen mit Kohlenmonoxid-Molekülen unter Bildung von Acyliumionen reagieren können. Ein Beispiel für solche Carbonium-
CH1 H3C-C-CH3 + CO ionen ist das terL-Butylkaüon, dessen Umsetzung nach Gleichung 1 erfolgt.
CH1
H3C-C-CH3
(D
Das so erhaltene Acyiiumion kann sich mit einem Hydroxylion zu einem Carbonsäuremolckül umsetzen.
Die hier in Betracht kommenden Carboniumionen entstehen unter dem Einfluß stark saurer Stoffe aus den verschiedensten Verbindungen, z. B. aus Olefinen
CH, H3C-C=CH2 + CO + H2O oder Alkoholen. Die Gesamtreaktion erfolgt dementsprechend z. B. nach den Gleichungen 2 oder 3, wobei Isobuten bzw. Isobutanol als Beispiele für Olefine bzw. Alkohole herangezogen wurden:
CH,
H3C-C-COOH
CH3
(2)
CH,
C-OH + CO
CH3
CH,
H3C-C-COOH
CH3
(3)
Die zur Bildung der Carboniumionen benötigten sauren Verbindungen können als Katalysatoren für solche im allgemeinen unter der Bezeichnung »Koch-Reaktionen« bekannte Umsetzungen angesehen werden. Diese Koch-Reaktionen Werden z. B. im Buch »Synthesen mit Kohlenmonoxyd« (1967) von Jürgen Falbe, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, auf Seite 120 bis 145 beschrieben. Auf Seite 123 des vorgenannten Buches wird erläutert, daß Carboniumionen zur Isomerisierung neigen, so daß die Koch-Reaktion zur Bildung von Carbonsäuren mit Molekularstrukturen führen kann, die den Strukturen der Ausgangsverbindungen .iicht genau entsprechen. Wenn die Umsetzung jedoch nach einer der vorgenannten Gleichungen (2 und 3) verläuft, tritt diese Komplikation nicht auf. Sowohl aus Isobuten als auch aus Isobutanol erhält man nach der Koch-Reaktion als Endprodukt Pivalinsäure (Trimethylessigsäure).
Eine weitere, ebenfalls auf Seite 123 des Buchs von Falbe erwähnte Komplikation besteht im Auftreten von Polymerisations- und Abbauvorgängen, die zur Bildung von Säuren führen, die eine höhere oder niedrigere Anzahl von C-Atomen aufweisen als im Hinblick auf die jeweils eingesetzten Ausgangsverbindüngen zu erwarten war. Es wurde festgestellt, daß insbesondere tert.-Butylgruppen leicht abgespalten werden. Dies bedeutet natürlich, daß größere Carboniumionen die Neigung besitzen, tert.-Butylkationen abzuspalten. Es wurde hier jedoch festgestellt, daß diese Abspaltung lediglich dann in einem merklichen Ausmaß erfolgt, wenn der Rest des Kations leicht umwandelbar ist. Das Gleichgewicht ist offensichtlich auf die Seite der ursprünglichen Carboniumionen verlagert. Es kann jedoch gestört werden und die Umlagerung der ursprünglich vorhandenen Carboniumionen kann weitergehen, wenn die vorstehende Bedingung erfüllt ist. Das Kation der ^ Formel I
CH3 CH3
I H2 I
H3C-C-C-C-CH3
CH3
(D
ergibt z. B. zusätzlich zum tert.-Butylkation ein Isobutenmolekül, das zur Aufnahme eines Protons befähigt ist, wobei ein weiteres tert.-Butylkation entsteht. tert.-Buten-Polymere neigen dementsprechend dazu, sich nach der Koch-Reaktion in derselben Weise wie monomeres tert.-Buten umzuwandeln. Propylen-Polymere werden demgegenüber als solche, d. h. ohne Abbau, umgesetzt Dasselbe gilt für Diisobuten-
Isomere, wie für die Verbindungen der Forme! II
H3C-
oder Formel IiI
CH3 CH3 I H I H2 C-C=C-C-CH3 H
CH3 CH3 CH3
H3C-C-C=C-CH3 H
(HD
Bei der Abspaltung von tert-Butylkationen aus Carboniumionen. die den vorgenannten Olefinen entsprechen, sind die gleichzeitig gebildeten Olefine nicht leicht umwandelbar. Wenn diese ein Proton aufnehmen, erhält man aus ihnen keine tert-Butylkationen, da ihr Kohlenstoff-Grundgerüst nicht die dazu erforderliche Struktur aufweist
Technische Isobutcn-Polymere können durch Isomere verunreinigt sein, die keine Isobuten-Polymere im echten Sinn sind. Solche Isomere neigen gemäB der Koch-Reaktion dazu. Säuren mit einer höheren Anzahl von C-Atomen zu ergeben, als die bei Verwendung von Isobuten als Ausgangsverbindung erhaltene Pivalinsäure aufweist. Isomere von Isobuten-Polymeren können auch bei dieser Reaktion entstehen, wenn von monomerem Isobuten ausgegangen wird. Wenn die Umsetzungsgeschwindigkeit bei einer Koch-Reaktion niedrig ist, entstehen im allgemeinen durch Polymerisation und/oder Abbau auch Nebenprodukte. Auf Seite 121 des Buchs von Falbe wird erläutert, daß man Olefine zu Carbonsäuren und/oder Estern nach der Koch-Reaktion in einem Zweistufen-Verfahren umsetzen kann, wobei man in der zweiten Stufe zur Umwandlung der in der ersten Stufe entstandenen Acyliumkationen Wasser oder einen Alkohol zusetzt. Es ist denkbar, daß diese Acyliumkationen an aus dem Katalysdator stammende anorganische Anionen gebunden sind, so daß das Reaktionsgemisch gemischte Säureanhydride enthält. Dies hat jedoch keinerlei Einfluß auf die in der zweiten Umsetzungsstufe erhaltenen Produkte.
Bei einem bekannten einstufigen Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren aus Olefinen mittels Umsetzung mit Kohlenmonoxid und Wasser (vgl. US-PS 30 59 004) werden Katalysatoren in Form von Gemischen und/oder Komplexen eingesetzt, die durch Vermischen von Orthophosphorsäure mit Bortrifluorid und Wasser erhalten werden, wobei das Molverhältnis Bortrifluorid/Orthophosphorsäure 0,8:1,3 bis 1,3:0,8 beträgt. Der Wasseranteil ist relativ gering und beträgt etwa 7 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an BF3 und H3PO4. Solche Katalysatorsysteme führen zur Bildung merklicher Anteile von Produkten, die von den gewünschten Carbonsäuren verschieden sind, sowie zu schwerwiegender Korrosion der Werkstoffe, aus denen die verschiedenen Teile der verwendeten Vorrichtung bestehen, insbesondere bei höheren Temperaturen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues einstufiges Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren gemäß der Koch-Reaktion zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten vermieden werden. Gegenstand der Erfindung ist somit ein einstufiges Verfahren gemäß der Koch-Reaktion zur Herstellung mindestens einer Carbonsäure mit bis zu 19 C-Atomen im Molekül aus mindestens einem tertiären Olefin mit bis zu 18 C-Atomen im Molekül durch Einwirkung von Kohlenmonoxid auf ein flüssiges Reaktionsgemisch, das als Katalysator ein(en) durch Vermischen von Orthophosphorsäure mit Bortrifluorid und Wasser erhaltenes(n) Gemisch und/oder Komplex enthält, bei Temperaturen unterhalb 150°C und wobei in der Gasphase oberhalb des flüssigen Reaktionsmediums ein ίο Kohlenmonoxid-Partialdruck von 30 bis 150 kg/cm2 eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator mit einem Molverhältnis Wasser/ Bortrifluorid von 1,2 :1 bis 2 :1 und mit einem Mol verhältnis von Bortrifluorid/Orthophosphorsäure von 23 :1 bis 4,5 :1 verwendet
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens treten die vorgenannten Schwierigkeiten, wenn überhaupt, nur in sehr beschränktem Umfang auf. Insbesondere sind die eingesetzten Katalysatorsysteme so wenig korrosiv, daß bei höheren Temperaturen als sonst üblich gearbeitet werden kann, was sich günstig auf die erzielte Ausbeute an Endprodukt auswirkt. Weiterhin tremu sich das Reaktionsgemisch leicht in zwei Phasen auf, so daß die gewünschten Carbonsäuren in einfacher Weise isoliert werden können, während die Katalysatorphase im Kreislauf zurückgeführt wird.
Besonders geeignete Ausgangsverbindungen im Verfahren der Erfindung sind Isobuten und Diisobutcn. In diesem Fall erhält man als Verfahrensprodukt jo Trimethylessigsäure, die auch als α,Λ-Dimethylpropionsäure bezeichnet werden kann und unter dem Trivialnamen »Pivalinsäure« bekannt ist. Diese Carbonsäure ist ein in der Praxis häufig zur Herstellung der verschiedensten organischen Verbindungen verwendetes Ausgangsmaierial.
Es wurde festgestellt, daß die Pivalinsäure-Ausbeute bei Verwendung von Isobuten als Ausgangsverbindung ansteigt, wenn das Reaktionsmedium mindestens eine Carbonsäure mit 9 C-Atomen enthält, die sich ;on Diisobuten und/oder dessen Isomeren ableitet. Solche Carbonsäuren werden dementsprechend vorzugsweise in die Umsetzungsstufe zurückgeführt, wenn sie bei der Herstellung von Pivalinsäure als Nebenprodukte erhalten werden.
Umsetzungstemperaturen von 50 bis 150"C sind sehr zweckmäßig, da die in Freiheit gesetzte Reaktionswärme in diesem Fall leicht vernichtet werden kann und da Nebenreaktionen nur in unbedeutenden-. Ausmaß auftreten. Umsetzungstemperaturen von 60 bis 120°C werden bevorzugt. Die optimale Wirksamkeit des Katalysators wird im allgemeinen erzielt, wenn das Katalysatorgemisch (oder der Komplex) ein Molverhältnis Bortrifluorid/Orthophosphorsäure von 3:1 bis 4,5 :1 aufweist.
Man kann im Verfahren der Erfindung als Gas ein Gemisch aus Kohlenmonoxyd mit mindestens einem Inertgas, wie Wasserstoff, Stickstoff oder gasförmige Alkane, einsetzen. Die Konzentration des Kohlenmonoxyds in einem solchen Gas soll jedoch vorzugsweise mindestens 50 Vol.-% betragen, wobei der Einsatz von im wesentlichen reinem Kohlenmonoxyd besonders bevorzugt wird. Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren entwickeln keine Dämpfe, die einen wesentlichen Beitrag zum Gesamtdampfdruck in der Gasphase oberhalb des flüssigen Reaktionsmediums liefern. Wenn man reines Kohlenmonoxyd einsetzt, kann man dessen Partialdruck daher dem Gesamtdruck gleichsetzen.
Beim Verfahren der Erfindung können in der Reaktionszone inerte Lösungs- oder Verdünnungsmittel eingesetzt werden. Man soll im allgemeinen solche Lösungs- oder Verdünnungsmittel verwenden, die unter den in der Reaktionszo^e herrschenden Bedingungen flüssig sind. Besonders geeignet sind unverzweigte Alkane oder deren Gemische mit aromatischen Kohlenwasserstoffen (vgl. das Buch von Falbe, Seite 128). vorausgesetzt natürlich, daß sie bei den bei der Umsetzung herrschenden Temperaturen w und Drücken flüssig sind.
Zur Verringerung der Bildung unerwünschter Nebenprodukte ist es häufig zweckmäßig, im Verfahren der Erfindung ein inertes Verdünnungsmittel einzusetzen, wie n-Pentan, n-Hexan oder insbesondere η- π Heptan. Wenn man als Ausgangsverbindung jedoch Diisobuten einsetzt, wird durch die Verwendung eines inerten Verdünnungsmittels die Ausbeute an Pivalinsäure nicht in merklichem Maße beeinflußt. Wenn man ein inertes Verdünnungsmittel einse'zt, bringt man λ dieses zweckmäßig gemeinsam mit dem oder den Olefinen) der Beschickung in den Reaktor ein.
Man kann das Verfahren der Erfindung diskontinuierlich durchführen, vorzugsweise wird jedoch kontinuierlich gearbeitet. Man erkennt, daß das Molverhältnis Wasser/Bortrifluorid in der dem Reaktor einzuverleibenden Beschickung im allgemeinen höher sein muß als im Reaktionsmedium, da die Umsetzung Wasser verbraucht. Bei einem kontinuierlichen Verfahren kann das Molverhältnis Wasser/Bortrifluorid im m aus dem Reaktor abfließenden Gemisch jedoch ungefähr dem entsprechenden MolverhälKiis im Reaktionsmedium gleichgesetzt werden, insbesondere wenn man das Reaktionsmedium durch gründliches Rühren im wesentlichen homogen hält. 3·;
Der Katalysator kann im allgemeinen in die Reaktionszone zurückgeführt werden, wobei man frische Anteile der drei Bestandteile zusetzt, insbesondere Wasser, das bei der Umsetzung verbraucht wird.
Das Volumenverhältnis des Katalysator-Gemisches oder -Komplexes zum oder zu den Olefin(en) ist nicht besonders kritisch. Zweckmäßig beträgt dieses Volumenverhältnis 6 :1 bis 0,5 :1, vorzugsweise 4 :1 bis 1 :1.
B e i s ρ i e 1 1
Bei den nachstehenden Versuchen wird die Umsetzung in einem 1 Liter fassenden Autoklav durchgeführt, der aus einer im Handel erhältlichen Nickellegierung (etwa 51% Ni, 15,5 bis 17,5% Cr, 16 bis 18% Mo, 5% W, 4 bis 7% Fe und 0,15% C) besteht und mit einem Vierblatt-Schaufelrührer ausgerüstet ist. Zuerst werden 200 ml eines Gemisches aus H3PO4, BF1 und H2O in den Reaktor eingespeist. Anschließend werden innerhalb von 30 Minuten 120 g Isobuten und 30 g Wasser gleichzeitig in den Reaktor eingepumpt, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührers 800 U/Min, beträgt, und wobei im Reaktor, der mit
Tabelle I
einem reines Kohlenmonoxyd enthaltenden Vorratskessel in Verbindung steht, ein konstanter Druck von 100 kg/cm- aufrechterhalten wird. Der Kohlenmonoxyd-Partialdruck entspricht praktisch dem Gesamtdruck. Man erkennt, daß der Druck der in den Reaktor eingepumpten Flüssigkeiten den Reaktor-Innendruck überwinden muß. Isobuten wird dementsprechend in flüssigem Zustand eingespeist, wobei die Dichte etwa 0,6 beträgt Das Vol'itr.enverhältnis des Katalysators zur Gesamtmenge Isobuten beträgt daher etwa 1:1. Der während der ersten Stufe der Umsetzung gemeinsam mit dem Isobuten eingespeiste Wasseranteil entspricht etwa dem durch die Umsetzung verbrauchten Wasseranteil, ausgenommen bei jenen Versuchen, bei denen die auf eingesetztes Isobuten bezogene Ausbeute an Carbonsäuren geringfügig ist Bei den anderen Versuchen kann jedoch das Molverhältnis BF3/H2O während der Umsetzung vom entsprechenden Anfangsverhältnis, d. h. zu Beginn der Beschickung des Reaktors mit Isobuten und Wasser, nicht stark verschieden gewesen sein.
Nach beendeter Zugabe von Isobuten und Wasser werden der Kohlenmonoxyd-Druck und die Rührgeschwindigkeit noch so lange aufrechterhalten, bis keine Absorption von Kohlenmonoxyd mely beobachtet werden kann. Nach dem Ablassen des Drucks wird der Reaktorinhalt in einem Scheidetrichter übergeführt, in dem sich bei Raumtemperatur eine die Carbonsäuren enthaltende obere und eine den Katalysator enthaltende untere Schicht ausbilden. Während der Umsetzung besteht dagegen nur eine einzige flussige Phase, soweit dies nachgeprüft werden kann.
Nach der Auftrennung der beiden Schichten wird die den Katalysator enthaltende Phase dreimal mit n-Pentan extrahiert, und die erhaltenen Extrakte werden mit dem Material der oberen Schicht vereinigt. Die Gesamtmenge der auf diese Weise erhaltenen organischen Flüssigkeit wird mit gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen, getrocknet und zur Entfernung der gegebenfalls vorhandenen niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffe, wie von Pentan und nicht umgewandeltem Isobuten, destilliert. Gegebenenfalls vorhandene höhersiedende neutrale Verbindungen, insbeondere Isobutenpolymere sowie Isomerisierungs- und/oder Abbauprodukte dieser Polymere, bleiben zurück. Die Zusammensetzung des Destillationsrückstands wird gaschromatographisch bestimmt.
Aus Tabelle I sind die Umsetzungstemperatur, das Anfangs-Molverhältnis BF}/H;O, das Molverhältnis BF1/H3PO4 und die Analysenergebnisse aller Versuche ersichtlich. Bei den Versuchen 1 bis U wird Isobuten als solches eingesetzt, während bei den Versuchen 12 bis 19 das Dimer verwendet wird. Die für die Ausbeuten angegebenen Werte der Tabelle beziehen sich jedoch in jedem Fall auf eingespeistes Isobuten, wobei ein Molekül Diisobuten als aus zwei Molekülen Isobuten bestehend betrachtet werden kann.
Versuch Tempe Anfangs- Molverhältnis Ausbeute (bezogen auf Isobuten), Molprozent neutrale
Nr. ratur Molverhältnis BF3/H3PO4 Verbindungen
H2(VBF3 Pivalin- _
säure Cij-Carbon- Cu-Carbon- höhersiedende -
(C") sauren säuren
1 61 1,98 : 1 2,51 : 1 75
2 60 2.00 : 1 2.50 : 1 74 25
22 4
h Tempe 7 19 1 57 167 8 C1; . Molprozent Verbindungen
ratur 28
Anfangs- (bezogen auf Isobuten -Carbon- höhersiedende -
vlolverha'llnis . Molverhaltnis /vusbcute säuren neutrale 29
Fortscl/unp ( C) · " I2O/BF3 BhVH3FO4 Cv-Carbon- 4
Versuc 40 Pivalin- süuren _ -
Nr. 60 säure 1 -
41 ,93 : - 13 1 -
61 .93 : 2,68 59 18 4 -
40 ,87: 2,68 81 14 6 -
3 60 .87 : 3.00 56 22 3 5
4 40 ,82: 3,00 70 19 7 -
5 60 SI ■ 3,50 75 17 3 1
6 61 ,70: 3,50 80 17 - -
7 60 ,63 : 4,00 76 15 1 1
8 60 ,70: 4,00 82 12 - 1
9 8 ,67: 4,00 88 55 6 2
10 20 1 ,80: 3,00 39 53 4 -
11 40 ,63 : 3.50 47 86 -
12 60 ,63 : 4,00 7 84 1
13 .- 63 ,63 : 4,00 12 70 -
14 80 ,63: 4,00 29 56 -
15 ,63: 4,00 42 35
16 ,63: 4,00 63 27
17 4,00 73
18
19
Die Bildung von Carbonsäuren mit 9 oder 13 C- eingesetzte Dimer enthält etwa 10% Isomere, die kein
Atomen anstelle von Pivalinsäure, die 5 C-Atome 35 Diisobuten im echten Sinne sind und daher nicht leicht
aufweist, kann auf die Polymerisation von Isobuten zur Bildung von tert-Butylkationen befähigt sind,
zurückzufahren sein. Das bei den Versuchen 12 bis 19
Beispiel 2
Der bei diesen kontinuierlich durchgeführten Versuchen eingesetzte Reaktor besteht aus demselben Material wie der in Beispie! !"verwendete Reaktor, er . besitzt jedoch ein Fassungsvermögen von 250 ml und ist mit vier Prallblechen sowie mit einem Zweiblatt-Propellerrührcr ausgerüstet, der mit einer Geschwindigkeit von 1000 U/Min, rotiert. Während des Betriebs werden zwei getrennte Ströme kontinuierlich in den Reaktor eingeleitet, von denen der erste HjPO«, BFj und H2O, der zweite aus Isobuten, n-Heptan und Kohlenmonoxyd besteht. Letzteres gilt mit Ausnahme von Versuch 1, 9 und 10, bei denen lediglich Isobuten und Kohlenmonoxyd eingesetzt werden. Bei den anderen Versuchen beträgt das Volumenverhältnis n-Heptan/Isobuten 1:1, mit Ausnahme der Versuche 11 bis 13, bei denen es 2 :1 beträgt Der zweite Strom wird in die Nähe der Spitzen der Rührerblätter eingespeist w> Die aus dem Reaktor abfließenden Gemische werden ebenfalls kontinuierlich abgezogen.
Bei allen Versuchen beträgt die Verweilzeit der Materialien im Reaktor 90 Minuten. Der Kohlenmonoxyd-Partialdruck entspricht praktisch dem Gesamtdruck. Bei den Versuchen 1 bis 8 wird Isobuten als solches, bei den Versuchen 9 bis 13 in Form seines Dimers eingespeist Sowohl das Monomer als auch das Dimer sind natürlich bei den für das Pumpen in den Reaktor benötigten Drücken flüssig. Die Einleitungsgeschwindigkeit des Isobutens oder Diisobutens beträgt bei den Versuchen 1 sowie 4 bis 8 143.5 kg/m3 Reaktorvolumen ■ h, bei Versuch 2 103.0 kg/m} · h, bei Versuch 3 143,3 kg/mJ - h und bei den Versuchen 9 bis 13 16H.2 kg/m J ■ h.
Nach dem Ablassen des Drucks aus dem Reaktor und Abkühlen der abfiiessenden Gemische auf Kaumtemperatur trennen sich diese in eine obere und eine untere Schicht auf, wie bei Beispiel 1 beschrieben wurde. Die obere, die entstandenen Carbonsäuren enthaltende Schicht wird mit Wasser gewaschen und gaschromatographisch analysiert Das Molverhältnis Schicht wird mit Wasser gewaschen und gaschromatographisch analysiert Das Moiverhältnis
H3PCVBF3/H2O der unteren Schicht wird durch Wasserzugabe wieder auf jenen Wert eingestellt der im ersten der beiden in den Reaktor eingespeisten Ströme benötigt wurde, und die Flüssigkeit wird anschließend in den Reaktor zurückgeführt
Aus Tabelle II sind sowohl die noch nicht erläuterten Verfahrensbedingungen als auch die Analysenergebnisse aller Versuche ersichtlich.
230213/19
Tem Druck 9 HoI- I so- 1 I2OZBFj I ,70 I 19 57 1:3 1 1 67 -h.iltnis 10 C1-Cs- Cv-Car- C,3-Car ■ höher j
pera iltnis verhältnis m Kata- 1 ,64 1 im Reaktor I \l Carbon- bon- bon siedende I
tur VoI urne n- K ata- 1 ysalor (Be- 1 ,74 1 1 i'o4 säuren säuren sauren neutrale I
vcrli lysalors i buten Schickung) 1 92 1 Mol 1 MoI- Ver
lies Z U 111 (oder Di- 1 ,82 verhältnis 1 ve bindungen
isobuten) 1 ,90 IUVB 1 Bf i
(kg/ 2,0 1 .81 1,33 1 H1 1.4 2,7 2,4 <0,l I
( C) cm2) 2,0 1 ,88 1,25 1 1 0.8 4,8 0,3 0,1 1
100 100 2,3 1 ,58 1,39 1 1 Ausbeuten (be/ogcn auf Isobuten). Mol-% 0.1 2,9 0.3 0.1 I
100 100 1.3 1 ,61 1.31 1 1 0,8 2,6 1,8 0.1 I
100 100 2,8 1 ,67 1,53 1 ! l'ivalin 0.2 2,1 <0.1 <0,l I
Tabelle Il 100 100 1,9 1 ,90 1,48 1 4 1 säure 0,4 4,2 0,5 0,1
Ver 100 100 1,9 1 ,66 1,40 1 4 1 0,5 2.0 <0.l 0,2 I
such 100 100 2,6 1.57 4 1 0,6 5,2 1,8 0,1 9
Nr. 100 70 2,0 1.24 4 1 1,6 46,5 5,7 <0,l f
100 50 2.0 1,18 4 1 2,5 15,8 <0,l <0,l j
60 y 70 2,0 1.32 4 1 93,5 <0,l 57,3 <0,l <0,l I
100 70 2,0 1,45 4 1 94.0 0,6 17.1 <0,l <0,l i
60 70 1,9 1,18 4 1 96.6 1,9 13,1 <0,l <0,l 1
100 70 4 1 94.7 9
100 70 4 97.6 9
4 94,8 9
1 4 97.3 1
2 4 92.3 1
3 46,2
1 J1 81,7
I 5 42,7
I 6 82,3
I 7 85,0
I χ
I 9
I 10
11
12
13
Die Entstehung von Carbonsäuren, die von Pivalinsäure verschieden sind, kann auf die bereits bei Beispiel 1 angegebenen Ursachen zurückzuführen sein. Das in den Versuchen 9 bis 13 eingesetzte Diisobuten weist wiederum einen Isomerengehalt von etwa 10% auf.
Beispiel 3
Die außerordentlich niedrige Korrosität der erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatorsysteme, die zu einem Wassergehalt von etwa 17 bis 28 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtsystem, führen, ergibt sich aus den nachstehenden Versuchen, die an Probeplättchen von 60 χ 20 mm und 2 bis 3 mm Dicke im Laboratorium durchgeführt wurden.
(a) Die Probeplättchen aus rostfreiem Stahl [enthält neben Fe (in Gewichtsprozent): Cr (17,9), Ni (13,4), Mo (2,48) und V (0,07)] wurden in zugeschmolzenen Carius-Rohren bei 8O0C während 7 Tagen der Einwirkung der betreffenden Katalysatoren ausgesetzt
Dc- fabrigmäßig verAcndete Katalysator A enthielt 13 Mol BF3 pro Mol H3PO« sowie ca. 10 Gewichtsprozent H2O. Der erfindungsgemäße Katalysator B enthielt dagen 4 Mol BFj pro Mol HjPO« und ca. 25 Gewichtsprozent H;O.
Die Korrosion betrug:
Katalysator A: 0,16—0,17 mm/Jahr,
Katalysator B: 0,036-0,042 mm/Jahr.
(b) In kontinuierlich durchgeführten Versuchen in einem aus dem rostfreien Stahl von (a) bestehenden Reaktor unter Verwendung von Isobuten als Ausgangsmaterial wurden Probeplättchen aus einer Ni/Mo-Legierung [enthält (in Gewichtsprozent): Ni (66.9), Mo (22,5), Fe (4,92), Co (4,7), Cr (0,40). V (0,25), Mn (0,19). C (0,01) und Si (0.28)] bei lOO'C der Einwirkung des Reaktionsgemisches ausgesetzt In Gegenwart von Vergleichskatalysator A dauerte die Einwirkung 159 Stunden, in Gegenwart des erfindungsgemäßen Katalysators B 105 bis 368 Stunden. Die Katalysatoren hatten die unter (a) angegebene Zusammensetzung.
Die Korrosion betrug:
Katalysator A: 0,14 mm/Jahr
Katalysator B: 0,006—0,008 mm/Jahr.

Claims (1)

  1. Einstufiges Verfahren gemäß der Koch-Reaktion zur Herstellung mindestens einer Carbonsäure mit bis zu 19 C-Atomen im Molekül aus mindestens einem tertiären Olefin mit bis zu 18 C-Atomen im Molekül durch Einwirkung von Kohlenmonoxyd auf ein flüssiges Reaktionsgemisch, das als Katalysator ein(en) durch Vermischen von Orthophosphorsäure mit Bortrifluorid und Wasser erhahenes(n) Gemisch und/oder Komplex enthält, bei Temperaturen
    Patentanspruch:
    IO unterhalb 150" C und wobei in der Gasphase oberhalb des flüssigen Keaktionsmediums ein Kohlenmonoxyd-Partialdruck von 30 bis 150 kg/cm2 eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator mit einem Molverhältnis Wasser/Bortrifluorid
    1,2:1 bis 2:1 und mit einem Mol verhältnis
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