Способ получения ароматической монокарбоновой кислоты

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 21. 04.78 (21) 2618761/23-04с присоединением заявки Ио(51)м, кл,з С 07 С 63/04С 07 С 51/265 1 осударствениый комитет СССР ло делам изобретений и открытий(53) УДК 547.581.07(088 8) Дата опубликования описания 23.12. 80;сН. И. Плоткина, И. П. Коленко, . В. Гейн,"М; й . лачалковаВ. И. Миллер, В. А. Переляев ф .ГПШвейкинИнститут химии Уральского научного ЦРнтра- СР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКОЙ МОНОКАРБОНОВОЙКИСЛОТЫ Изобретение относится к нефтехимии, конкретно к способу получения ароматических монокарбоновых кислот, которые используются в производстве флуоресцентных красителей, пластификаторов, ингибиторов коррозии, синтетических смол, а также для получения ди- и трикарбоновых кислот - исходных продуктов в промышленности полимерных материалов и синтетических волокон.Известен способ получения ароматических монокарбоновых кислот каталитическим жидкофазным окислением метилбензолов воздухом или кислород- содержащими газами. В зависимости от природы используемых катализаторов и условий проведения процесса окисление может протекать в гомогенной или гетерогенной среде. Гомогенное окисление метилбензолов в жидкой Фазе проводят при повышенных температурах (до 320 бС) и давлениях до 100 атм что существенно усложняет технологический процессБолее перспективным способом получения ароматических монокарбоновых кислот является процесс гетерогенного каталитического окисления метилбенэолов в жидкой фазе без растворителя, с использованием в качестВекатализатора твердых контактов. Этотпроцесс проводят в автоклавах при повышенных давлениях и температурах 1 .5 Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемым результатам является способ получения бенэойной кислоты жидкофазным гетерогенным окислением метилбен О эола, в частности толуола воздухомпри температуре 120-200 вС и давлении 1,8-2 атм в присутствии катализатора - гидроокиси кобальта илисмеси гидроокисей кобальта и никеля 15 в соотношении 1:0,1-1.После. прекращения поглощения кислорода воздуха избыточный гаэ удаляют из автоклава, выгружают раствор,содержащий 23 бенэойной кислоты.20 Последний охлаждают до +5 ОС, отфильтровывают кислоту и промывают ее охлажденным толуолом.фильтрат, в котором остается значительная часть растворенного ката лизатора, кипятят с добавкой солянойили щавелевой кислоты и воды. Последняя, в виде азеотропной смеси с углеводородом, удаляется из раствора, оставшийся в растворе катализатор обра батывают щелочью и вновь получаютгидрат окиси кобальта. Повышение выхода кислоты достигают увеличением давления или скорости подачи газа и повышением температуры реакции 2).Недостатками данного способа являются проведение процесса окисления под давлением и при повышенной температуре, а также использование в качестве катализатора гидроокиси кобальта, которая является нестабильным катализатором, что влечает эа собой необходимость его регенерации.Цель изобретения - упрощение процесса.Поставленная цель достигаетсяописываемым спосббом получения ароматической монокарбоновой кислоты Формулы.путем кидкофаэного гетерогенного скис ления соответствующего моно- или ди-,или триметилбензола воздухом, обычнопри температуре 100-160 ОС в присутствии катализатора - оксида ванадия формулыЧО, где,Х имеет значение 1-2,5, в количестве 0,4-1,6 от исходного метилбенэола.Отличительными признаками процесса является использование в качестве катализатора оксида ванадия ФормулыЧО, со значениями Х=1-2,5, в количестве 0,4-1,6, что позволяет упростить процесс.Предлагаемый способ осуществляют при атмосферном давлении и при более низкой температуре,чем в известном способе.При этом используют в качестве катализатора оксиды ванадия, которые не требуют регенерации, но сохраняют высокую селективность по кислоте.Некоторое понижение выхода.бензойной кислоты по сравнению с известным способом, вероятно, обусловлено низкой температурой кипения толуола (109 ОС) и связанной с этим необходимостью проведения процесса при невысокой (10 УС; температуре.Следует отметить, что при окислении метилбензолов более существенную роль играет не выход кислоты, а простота технологии и стабильность катализатора, так как при осуществлении непрерывного процесса непрореагировавший метилбенэол возвращается в цикл, поэтому может быть достигнут близкий к теоретическому (100-процентному) выход кислоты.Окисление метилбензолов проводят в термостатированном реакторе с устройством для барботака воздуха и удаления реакционной воды при атмосферном давлении. В реактор загружают необходимое количество метилбензолакатализатора и после достижениязаданной температуры пропускают воздух со скоростью 200 л/ч, в расчетена 1 кг метилбензола. Дальнейшее повышение скорости подачи воздуха невлияет.на выход кислоты. Процесс протекает 14-16 часов. По окончании подачи воздуха горячую реакционную массу Фильтруют для отделения катализатора. Фильтрат охлаждают, выпавшиекристаллы монокарбоновой кислоты промывают на Фильтре охлажденным исходным метилбензолом. Процесс окисленияпротекает с высокой селективностью -гидроперекиси, спирты, эфиры содер жатся в продуктах реакции в следовыхколичествах, а содеркание кислотысоставляет 23-25. Отфильтрованныйкатализатор и Фильтрат, содержащийнепрореагировавший метилбензол, мо- Я гут быть вновь использованы в процессе окисления (пример б). В процессе многократного использования одной порции катализатора возможна егочастичная дезактивация смолистымипродуктами окисления. Последние уда-.ляются промывкой катализатора исходным метилбензолом или другим растворителем, например, ацетоном., В качестве метилбенэолов в предлагаемом способе используют 1,4-диметилбензол; 1, 3, 5 - или 1,2,4-триметилбензолы, а также толуол.ИОнооксид ванадия ЧО получают твердофазным спеканием соответствующихколичеств оксидаЧ(,)д и металлического ванадия 3 -4). Оксид ЧОквалификации гца и осг , получают в промышленных масштабах. Оксид ЧОт получают восстановлением оксида ЧО 5 в потоке водорода 5 . Другие оксиды ЧО 40 ЧО 75, ЧОРО, ЧО, ЧОщ, ЧОЕ 8, ЧОЧО 2,гЧО получают твердофазнымспеканием смесей оксидов УОЛ и ЧО 1,5или У 06 и ЧО 2 в неокислительной атмосфере б).4 В предложенном интервале количества катализатора (0,4-1,6) выход кислоты практически остается постоянным.уменьшение количества катализатора ниже 0,4 вызывает понижениевыхода, а увеличение его до 2-3 существенно не влияет на выход кислоты,поэтому использование избытка катализатора нецелесообразно (табл. 1) .В табл, 2 приведены выходы сырых(после Фильтрования) и очищенныхкислот и физико-химические характеристики последних. Выделение и очистка кислот проводилась известными приемами, а та часть кислоты, котораяостается растворенной в фильтрате и Я в метилбенэоле, использованном дляпромывки кислоты, может быть такжевыделена известными способами.П р и м е р 1. В термостатированный реактор барботажного типа эаг ружают 120 г 1,4-диметилбензола и,5 1 г катализатора состава УО, нагревают до температуры 120 С и при атмосферном давлении пропускают воздух со скоростью 200 л/ч, в расчете на 1 кг 1,4-диметилбензола в течение 15 ч, Получают оксидат с содержанием 4-метилбензойной кислоты, равным 23,4. Из горячей реакционной массы фильтрованием выделяют катализатор, фильтрат охлаждают до +5 оС, выпавшие кристаллы промывают на фильтре охлажденным 1,4-диметилбензолом и получают ароматическую монокарбоновую (4-метилбенэойную) кислоту с температурой плавления 177 дС, что соответствует литературным данным.П р и м е р 2. В реактор, описан- . 15 ный в примере 1, загружают 120 г 1,3,5-триметилбензола и 1 г катализатора У 06, нагревают до температуры 160 С и пропускают воздух со скоростью 200 л/ч, в расчете на 1 кг 2 О 1,3,5-триметилбензола в течение 15 ч, Получают оксидат с содержанием 3,5-диМетилбенэойной кислоты, равным 238. Катализатор и кристаллы кислоты выделяют из реакционной массы по методике, описанной в примере 1. Получают кристаллическую 3,5-диметилбензойную кислоту с температурой плавления 166 С, что соответствует литературным данным.П р и м е р 3. В реактор, описанный в примере 1, загружают 120 г 1,3,5-триметилбензола и 1 г катализатора УОь, нагревают до температуры 150 вС, пропускают воздух со скоростью 200 л/ч в течение 15 ч. Получают ок- З 5 сидат с содержанием 3,5-диметилбензойной кислоты, равным 24,6.П р и м е р 4. В реактор, описанный в примере 1, загружают 120 г 1,2,4-триметилбензола и 1 г катализатора НОВО, нагревают до 155 цС и пропускают воздух со скоростью 200 л/ч на 1 кг 1,2,4-триметилбензола в течение 15 ч. Получают оксидат с содержанием 2,4-диметилбензойной кислоты, равным 23,9.П р и м е р 5. В реактор, описанный в примере 1, загружают 120 г 1,2,4,-триметилбенэола и 1 г катализатора ЧО, нагревают до температуары 155 С, пропускают воздух со скоростью 200 л/ч на 1 кг 1,2,4-триме- тилбензола в течение 15 ч. Получают оксидат с содержанием кислоты, равньг 4 23, 2П р и м е р 6. В реактор, описанный в примере 1, загружают 120 г 1,4-диметилбензола и 1 г катализатора НО 5,отфильтрованного от оксидата предыдущего опыта, нагревают до температуры 130 С, пропускают воздух со скоростью 200 л/ч, в расчете на 1 кг 1,4-диметилбенэола, в течение 15 ч. Получают оксидат с содержанием кислоты равным 24,5. П р и м е р 7. В реактор, описанный в примере 1, загружают 120 г 1-метилбензола (толуола) и 1 г катализатора УО, нагревают до темпера туры 105 С, пропускают воздух со скоростью 200 л/ч на 1 кг 1-метилбенэола в течение 15 ч. Получают оксидат с содержанием кислоты, равным 15,4. Катализатор и кристаллическую бензойную кислоту выделяют из реакционной массы по методике, описанной в примере 1. Получают кристаллическую бензойную кислоту с температурой плавления 121,8 С, что соответствует литературным данным.Таблица 1,Я 789505 сЮ Юс ФЧ с СЬ с10 789505 формула изобретения Составитель Е. Уткин Редактор Е, Шишкин Техред Е,Гаврилешко Корректор Н. ШвидкаяЗаказ 8972/25 Тираж 495 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытый 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1 .Способ получения ароматической монокарбоновой кислоты общей формулы ооон а)2.=зх =х:н 3 Г.5К. гЖ Х, =.4=СХ жидкофаэным гетерогенным окислением . соответствующего моно- или ди- или триметилбензола воздухом при нагревании в присутствии катализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве катализатора используют оксид ванадия Формулы ЧОК , со значениями Х=1-2,5, в количестве 0,4-1,6 от исходного метилбензола.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что окисление толуо ла проводят при температуре 100-110 С,3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что окисление диметилбензола проводят при температуре120 130 ОС4, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что окисление триметилбензола проводят при температуре150-1600 СИсточники информации.принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 2245528, кл.260524, 1940.2. Патент Австрии Р 225184,кл. 12 Ю 9 18/01, 1963 (прототип),3. Богданова Н. И., Логинов Г. М.Физика твердого тела. 4, 236, 1962.4. 5 асЕ М Наапага М. "Масег ВеЕ.Вц 11"., 6, 603, 1971.5, Переляев В. А., Швейкин Г, П.Алямовский С. И. - "Неорганическиематериалы", т. 4, 1372, 1968.6. Ко 509 е К. "3, Раув. СНещ, 5 о1 до", 28, 1613 ф 1967.