Способ получения фталимида

)Ф ТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт неорганической и физическойхимии АН АЗССР(56) Роюз Я.Р., Озава а А. В, Ра 3 пт 1 псПа, 1969,ч.19, ЛЬ 7, р.31 - 34 и 43.Патент США М 3819648,кл. 260-326 В, 1974.Мехтиев С.Д, и др, Азербайджанский химический журнал, 1964, с. 77-80.Мехтиев С.Д, и др, Азербайджанский химический журнал, 1967, М 5, с. 61-64.Яте 1 ап 6., СЬегп. е пав., 1972, ч. 54, %11,р,984-989.Патент США М 2838558,кл, 260-465, 1968.Авторское свидетельство СССРМ 123156, кл. С 07 О 209/48, 1958,Колодина И.С, и др. Известия АНКаз.ССР, сер.хим., 1962, вып. 2(22), с, 92-97,Авторское свидетельство СССРМ 691447, кл, С 07 О 209/48, 1978.Алиева Т.Ч. и др, Деп,рукопись В 4777,1986. - В.ВИНИТИ.Ризаев Р.Г. и др. Кинетика и катализ,1986, т, 27, вып, 2, с, 435-439,Синтез и исследование мономеров и полимеров: Сб./Под ред, Б.А,Жубанова и др., Алма-Ата: Наука, 1983, с. 24 - 42.Багирзаде Г.А Материалы И Республиканской конференции молодых ученых-химиков, Баку, 1986, с. 8.то М.,ТапаКа Н., МатзцвотоА. ВнН. Сает.Яос,дарап., 1968, ч, 41, В 3, р. 716 - 721.Ризаев Р.Г. и др. Кинетика и катализ,1986, т. 27, вып. 2, с. 339-345. ЯетЬаеч О.КЬ. и др Йеаст, Кпет, апбСаса.ест 1980, ч.13, ЬЬ 4, р, 431 - 436.Аллахкулу Ахмед-оглы и др, Тезисы докладов научно-технической конференции,посвященной 150-летию со дня рожденияД,И.Менделеева, Баку, 1984, 1 сек., с, 46.Технология катализаторов./Под ред.И,П.Мухленкова, Л., 1979, с. 57-58,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТАЛИМИДА(57) Изобретение касается циклических имидов, в частности способа получения фталимида, который широко используется вхимической промышленности как полупродукт. Цель - повышение выхода и качествацелевого продукта. Способ осуществляютокислением о-ксилола паровоздушнойсмесью в присутствии аммиака при 658 -668 К и соотношении о-ксилол:воздух:аммиак:вода 1:30-60;8-12:25-30 на Жкатализаторе следующего состава, мас.%:оксид ванадия 5 - 8, оксид сурьмы 4 - 8, оксидвисмута 5 - 10, оксид хрома 0,3-0,8 носительуоксид алюминия остальное, Способ обеспечивает выход 93,5 - 95,2%, чистоту 99,7699,79%.455 скоростей подачи компонентов (о-ксилол;аммиак:воздух) в исходной смеси, равном 0,1;0,6:4000, соответственно выход фталимида достигает 75% от теоретического, а при составе катализатора сплава 20 одиоксида титана и 80% пентаоксида вана 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 дия выход фталимида составляет 72 оот теоретического, другие кристаллические и жидкие продукты реакции (фталевый ангидрид, малеиновый ангидрид, о-толунитрил, о-фталонитрил) получаются в количестве 2 - 3%. При этом выход поодукта горения исходного о-ксилола - диоксида углерода составляет 22 - 23 о . Газообразный продукт реакции содержит также цианистый водород.Максимальный выход (75%) на взятый углеводород достигается при использовании неувлажненного воздуха. При введении паров воды в зону реакции селективность по фталимиду уменьшается и увеличивается выход о-фталонитрила.Недостатками известных являются невысокий выход целевого продукта - фталимида и его недостаточная чистота (последнее связано с наличием в катализате трудноотделимой примеси - о-фталонитрила), образование в результате глубокого окисления исходного углеводорода значительных количеств диоксида углерода, а также высокотоксичного цианистого водорода, необходимость специальной очистки получаемого фталимида, что связано с наличием в кристаллическом продукте помимо фталимида других веществ, в частности офталонитрила.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения фталимида парофазным окислительным аммонолизом о-ксилола, в качестве катализатора также используются компактные ванадаты олова или титана в присутствии паров воды. Процесс ведут при температурах 673 - 713 К, молярных соотношениях исходных компонентов о-ксилол:вода:кислород воздуха:аммиак = 1:15 - 300:10 - 50;5 - 30. При этом выход фталимида составляет 80 - 85 моль,ои степень чистоты 99,1-99,5 мас.о . Производительность процесса для компактных двухкомпонентных Ч-Т и Ч-Зп систем соответственно равна 28,8 г/л(кат) ч и 30,7 г/л(кат) ч. Выход продукта горения исходного о-ксилола - диоксида углерода составляет 15 - 20 моль, о .Недостатками известного метода получения фталимида являются невысокий выход фталимида, образование в результате глубокого окисления исходного углеводорода значительных количеств диоксида углерода и низкая производительность процесса,Целью изобретения - повышение выхода и чистоты фталимида.Поставленная цель достигается тем, что процесс окислительного аммонолиза о-ксилола в паровой фазе проводят над нанесенным на носитель - у-оксид алюминия - ванадийсодержащим катализатором при следующем содержании всех компонентов, мас.о : оксид ванадия 5 - 8; оксид сурьмы 4 -8; оксид висмута 5 - 10; оксид хрома 0,3- 0,8; у -оксид алюминия остальное до 100.Предлагаемый способ получения фталимида осуществляют в проточном реакторе (длиной 1 м, диаметром 40 мм) с,псевдоожиженным слоем катализатора с загрузкой последнего 200-300 см . Процесс проводятзпри температуре 658-668 К, времени контакта 4,3-4,7 с и составе подаваемой в реактор смеси, моль, Оо-ксилол:воздух;аммиак:вода = = 1:(30-60):(8-12):(25-30). В этих условиях при полной конверсии о-ксилола достигается выход фталимида до 95,2 моль. Ов расчете на поданный углеводород. Единственным побочным продуктом реакции является диоксид углерода. Выход его не превышает 4,8 - 6,5 моль.%. Анализ полученных продуктов выполняет хроматографическим методом, Выделенный фталимиид идентифицирован физико-химическими константами. Практическое отсутствие в продукте примесей доказано хроматографически (порог чувствительности ионизационно-пламенного детектора - 1 10 об. , хроматограмма прилагается).Выбор катализатора и условий осуществления процесса,.реализованных в предлагаемом методе, основан на следующем.Одним из основных составляющих большинства каталитических систем в реакции окислительного аммонолиза ароматических углеводородов являются оксиды ванадия, универсальные не только для указанной реакции, но и для многих процессов . окислительного гетерогенного катализа. Их каталитические свойства в значительной степени определяются валентным состоянием ванадия. Присутствие на поверхности Ч-ЯЬ-В системы ионов Ч и Ч в условиях окислительного аммонолиза подтверждено физико-химическими методами,Кроме того, при окислительном аммонолизе наличие оксида сурьмы в системе благоприятствует повышению селективности процесса и содержанию в катализаторе ионов четырехвалентного ванадия, а оксид висмута обуславливает уменьшение содержания Ч (соответственно увеличивает Чфф) и рост общей активности контакта, но снижение избирательности его действия, Поэтому при окислительном аммонолизе о-ксилола наиболее эффективный путь - варьирование состава катализатора, с целью его оптимизации. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Известно, что получение фталимида связано с применением катализатора, содержащего ионы ванадия в высоком вален- тном состоянии, Стабилизация ионов ванадия в высокой степени окисления достижима модифицированием Ч-ЗЬ-Воксидного катализатора. В качестве такого компонента в предложенном способе применен оксид хрома, так как ванадий-хромовый катализатор в отличие от индивидуального пентаоксида ванадия практически не восстанавливается реакционной смесью в условиях окислительного аммонолиза ксилола.Известно, что при окислительном аммонолизе о-ксилола фталимид получается как непосредственно из о-ксилола, так и гидролизом фталонитрила.Введением оксида хрома в ванадийсодержащий катализатор исключается относительный дефицит кислорода и увеличивается удельный вес параллельного пути образования кислородсодержащего продукта - фталимида непосредственно из о-ксилола. Восстановление иона ванадия до четырехвалентного состояния приводит к снижению выхода фталимида, Чтобы полностью исключить образование фталонитрила, являющегося трудноотделимой кристаллической примесью, при осуществлении процесса окислительного аммонолиза о-ксилола используют пары воды, Это обусловливает гидролиз фталонитрила во фталимид.Кроме того, как показали исследования, наличие в составе катализатора тугоплавкого и высокопрочного оксида хрома, препятствующего спеканию в реакционных условиях активной массы, улучшает эксплуатационные характеристики контакта, Срок его непрерывной службы увеличен до 2 тыс. ч.П р и м е р 1. Процесс осуществляется в проточном реакторе(длиной 1 м, диаметром 40 мм) с псевдоожиженным слоем катализатора,Загрузка катализатора 200 смз; состав катализатора, мас.о : Н 205 5; ЯЬ 20 з 4; В 120 з 5; Сг 20 з 0,3:у- А 120 з 85,7; температура 668 К; молярное соотношение о-ксилол;воздух:аммиак;вода = 1:30:8:25; время контакта 4,3 с; подано в реакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч.Получено 15,23 г фталимида в 1 ч. Выход фталимида 94,9 оот теории на взятый углеводород; степень конверсии о-ксилола 100%; селективность по фталимиду 94,9%; селективность по СО 25,1%, Чистота целевого продукта 99,78 мас,.П р и м е р 2. Процесс. проводят по примеру 1.Загрузка катализатора 255 см ; состав катализатора, мас. ф 6: НАБОБ 6; ЯЬ 20 з 5; В 20 з 7; СЮз 0,4; у-А 20 з 81,6; температура 658 К; молярное соотношение - о-ксилол:воздух:аммиак;вода = 1:40:10:27; время контакта 4,5 с; подано в реакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч.Получено 15,28 г фталимида в 1 ч. Выход фталимида 95,2 фот теории на взятый углеводород, Степень конверсии о-ксилола 100 . Селективность по фталимиду 95,2 ф ; селективность по СОг 4,8 ф . Чистота целевого продукта 99,80 мас. ф .П р и м е р 3. Процесс проводят по примеру 1,Загрузка катализатора 268 см; состав катализатора, мас. ф : НАБОБ 7; ЯЬ 20 з 7; В 20 з 8; Сг 20 з 0,5; у-А 20 з 77,5; температура 658 К; малярное соотношение о-ксилол:воздух:аммиак:вода = 1:50:11;29; время контакта 4,7 с; подано в реакцию 10,0 г о-ксилола в 1 ч.Получено 13 г фталимида в 1 ч. Выход фталимида 93,8 от теории на взятый углеводород. Степень конверсии о-ксилола 100 ф. Селективность по фталимиду 93,8 ф ; селективность по СОг 6,2, Чистота целевого продукта 99,76 мас. .П р и м е р 4. Процесс проводят по примеру 1,Загрузка катализатора 297 см; состав катализатора, мас. ф : НАБОБ 8; ЯЬ 20 з 8; В 20 з 10; СггОз 0,8; у-А 20 з 73,2; температура 668 К; время контакта 4,6 с; молярноесоотношение о-ксилол:воздух:аммиак;вода =1:60:12:30; подано в реакцию 10,0 г о-ксилола в 1 ч.Получено 12,97 г фталимида в 1 ч, Выход фталимида 93,5 от теории на взятый углеводород, Степень конверсии о-ксилола 100 ф . Селективность по фталимиду 93,5 ф ; селективность по СОг 6,5 , Чистота целевого продукта 99,7 мас.фП р и м е р 5. Процесс проводят по примеру 1.Загрузка катализатора 218 см .Состав катализатора тот же, что в примере 3: температура 663 К; молярное соотношение о-ксилол:воздух:аммиак:вода= =1:32;9:26; время контакта 4,4 с, Подано в реакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч,Получено 15;26 г фталимида в 1 ч. Выход фталимида 95,1 бот теории на взятый углеводород, Степень конверсии о-ксилола 100 ф . Селективность по фталимиду 95,1 ф ; селективность по СО 2 4,9. Чистота целевого продукта 99,80 мас, ф .П р и м е р 6. Процесс проводят по примеру 1.Загрузка катализатора 213 смз. Состав катализатора тот же, что в примере 4: температура 663 К; молярное соотношение о-ксилол:воздух:аммиак:вода ==1;30:12:25; время контакта 4,3 с. Подано в5 реакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч.Получено 15,28 г фталимида в 1 ч. Выходфталимида 95,2 фот теории на взятый углеводород. Степень конверсии о-ксилолэ100 ф 4. Селективность по фталимиду 95,2 ф ;10 селективность по СО 2 4,8 ф . Чистота целевого продукта 99,80 мас.ф .П р и м е р 7. Процесс проводят попримеру 1,Загрузка катализатора 226 смз,15 Состав катализатора тот же, что в примере 2, температура 668 К; молярное соотношение о-ксилол;воздух;аммиак:вода ==1:35;8:25; время контакта 4,5 с; подано вреакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч,20 Получено 15,21 г фталимида в 1 ч. Выходфталимида 94,8 от теории на взятый углеводород. Степень конверсии о-ксилола100 ф , Селективность по фталимиду 94,8 ;селективность по СО 5,2 , Чистота целе 25 вого продукта 99,77 мас.ф.П р и м е р 8. Процесс проводят попримеру 1.Загрузка катализатора 236 см,Состав катализатора тот же, что в при 30 мере 1; температура 658 К; молярное соотношение о-ксилол:воздух:аммиак:вода ==1:30:8:30; время контакта 4,7 с; подано вреакцию 11,57 г о-ксилола в 1 ч,Получено 15,24 г фталимида в 1 ч, Выход35 фталимида 95,0 от теории на взятый углеводород. Степень конверсии о-ксилола100 , Селективность по фталимиду 95 ф ;селективность по СОг 5 . Чистота целевогопродукта 99,79 мас. ф .40 П р и м е р 9. Процесс проводят попримеру 1.Загрузка катализатора 268 см; составкатализатора, мас, : Н 20 б 8; ЯЬ 20 з 8; у 2 А 20 з 84; температура 668 К; молярное соот 45 ношение о-ксилол:воздух;аммиак:вода ==1:50:11:29; время контакта 4,7 с; подано вреакцию 10,0 г о-ксилола в 1 ч.Получено 9,49 г фталимида в 1 ч. Выходфталимида 68,4 фот теории на взятый угле 50 водород при степени конверсии о-ксилола76 ф , селективности по фталонитрилу 7 ,селективности по фталимиду - 90 ф , селективности по СО 2 3, Целевой продукт содержит 99,5 основного вещества и 0,5 ф 55 фталонитрила,П р и м е р 10, Процесс проводят попримеру 1.Загрузка катализатора 268 см; составз,катализатора, мэс, : НАБОБ 8, В 20 з 10; у10 1728240 50 Составитель В.ШейнинРедактор А.Козориз Техред М,Моргентал Корректор Л,Патай Заказ 1378 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 А 2 Оз 82; температура 668 К; молярное соотношение о-ксилол:воздух:аммиак:вода =:1:50;11;29; время контакта 4,7 с; подано вреакцию 10,0 г о-ксилола в 1 ч.Получено 11,34 г фталимида в 1 ч. Выходфталимида 81,8% от теории на взятый углеводород при степени конверсии о-ксилола87%; селективности по фталимиду 94%; селективности по СОг 6%. Чистота целевогопродукта 99,70 мас,%.П р и м е р 11, Процесс проводят попримеру 1,Загрузка катализатора 268 см; составкатализатора, мас.%: /208 8; Сг 20 з 0,8; уАгОз 91,2; температура 668 К; молярное соотношение о-ксилол;воздух:аммиак:вода ==1;50:11:29; время контакта 4,7 с; подано вреакцию 10,0 г о-ксилола в 1 ч,Получено 11,26 г фталимида в 1 ч, Выходфталимида 81,2% от теории на взятый угле. водород при степени конверсии о-ксилола84,5%; селективности по фталимиду 96,1%;селективности по С 02 3,9%. Чистота целевого продукта 99,68 мас.%.Как показано в примерах 9 - 11, при применении нанесенных двухкомпонентныхсистем выход фталимида не превышает 81,8моль,%Данные, приведенные в примерах 1-8,свидетельствуют о существенных преимуществах предлагаемого способа полученияфталимида в сравнении с известным: выходфталимида на 10% больше, чем в известномспособе; производительность катализаторав 2,5 раза больше, чем в известном способев предлагаемом способе удельный сьем целевого продукта 76,2 г с 1 л катализатора в1 ч (пример 1) - против 28,8 г/л(кат) ч для Ч-Ткатализатора (пример 1) и 30,7 г/л(кат) ч дляЧ-Яп катализатора (пример 2) в известном);чистота фталимида больше (99,80 мас %),чем в известном способе (99,50 мас %); разработанные трегерные катализаторы позволяют резко уменьшить количество активноймассы по сравнению с использованными визвестном способе компактными, Кроме того, наличие носителя улучшает физическиеи химические характеристики катализаторов (поверхность, прочность, термостойкость, теплопроводность, себестоимость ит.п,),В предложенном методе значительно (в2,5 раза) снижена концентрация избыточного аммиака в исходной смеси (до 12 моль против 30 моль на моль о-ксилола в извест ном способе, что также является положительным фактом, поскольку применение большого избытка аммиака в исходной смеси отрицательно сказывается на экономических показателях процессов, так как это 10 увеличивает непроизводительные капитальные и энергетические расходы на его регенерацию).Таким образом; избыточное увеличениеконцентрации восстановителя-аммиака в 15 реакционной смеси нецелесообразно ввидувозрастания при этом эксплуатационных расходов, а также при проведении реакции на ванадийсодержащем катализаторе происходит стабилизация ионов ванадия в низ кой степени окисления, что отрицательносказывается на образовании фталимида.В предложенном способе температурапроцесса не превышает 668 К, а в известном способе доходит до 713 К, что приводит к 25 росту энергетических расходов, а такжеобусловливает образование большого количества диоксида углерода (15 - 20% против 4,8 - 6,5% в предложенном способе), затрудняющего эффективный отвод тепла реакции 30 и управление реактора. Формула изобретения Способ получения фталимида окислением о-ксилола паровоздушной смесью в при сутствии аммиака на окисномванадийсодержащем катализаторе при 658 - 668 К и соотношении о-ксилол:воздух;аммиак;вода 1:30 - 60:8 - 12:25 - 30 соответственно, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 40 целью повышения выхода и качества целевого продукта, окисный ванадийсодержащий катализатор имеет следующий состав, мас %Оксид ванадия 5 - 845 Оксид сурьмы 4-8Оксид висмута, 5 - 10Оксид хрома 0,3 - 0,8Носитель у-оксид алюминия Остальное