DE2243811C3 - Verfahren zur Herstellung von Methylformiat - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von MethylformiatInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Methylfonniat durch Umsetzen von
Methanol mit Kohlenmonoxid enthaltenden Gasen.
Es ist bekannt, Methylformiat durch Umsetzen von Methanol mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von
Alkalimetallalkoholaten herzustellen (vgl. deutsche 3&
Patentschriften 8 03 046 und 10 46 602). Die Umsetzung wird üblicherweise in sogenannten Blasensäulen
durchgeführt, um die entstehende Reaktionswärme abführen zu können. Es ist jedoch erforderlich, für
die Reaktion reines Kohlenmonoxid zu verwenden, dessen Herstellung einen zunehmend steigenden Aufwand
erfordert. Nach einem anderen aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 93 058 bekannten Verfahren
gelingt es zwar unter Verwendung von Füllkörperkolonnen, Kohlenmonoxid enthaltende Gase
für die Herstellung von Methylformiat zu verwenden. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die erzielten
Umsätze und somit die Menge an gebildetem Methylformiat relativ gering sind. Ein solches Verfahren
gibt keinen Anreiz für seine technische Realisierung.
Darüber hinaus müssen bei derart geringen Umsätzen erhebliche Mengen an nicht umgesetztem
Methanol durch Destillation zurückgewonnen werden. Der entscheidende Nachteil der bekannten Verfahren
ist somit, daß einerseits entweder reines Kohlenmonoxid verwendet werden muß oder nur minimale Umsätze
erzielt werden.
Nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 4 50122 ist es zwar möglich, nicht reines Kohlenmonoxid,
d. h. kohlenmonoxidarme Ausgangsgase zu verwenden. Dabei ist es jedoch erforderlich (vgl.
Beispiel), Reaktionszeiten von etwa 4 Stunden einzuhalten. Eine solche Arbeitsweise erfordert jedoch
einen erheblichen technischen Aufwand. Bei dem in der deutschen Patentschrift 11 47 214 beschriebenen
Verfahren ist die Verwendung von 98%igem Kohlenmonoxid (vgl. Beispiel) erforderlich, wobei zudem das
Kohlenmonoxid in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die dem Reaktionsraum in verschiedener Höhe zugeführt
werden und das Mengenverhältnis der Teilströme von Zeit zu Zeit kurzfristig geändert werden
muß Eine solche Arbeitsweise ist, abgesehen von der Verwendung von reinem Kohlenmonoxid, ebenfalls
sehr kompliziert. .
Es war deshalb die technische Aufgabe gestellt, Methylfonniat aus Methanol unter Verwendung von
Kohlenmonoxid enthaltenden Gasen herzustellen, wobei Umsätze erzielt werden, die eine technische Realisierung
des Verfahrens gewährleisten
Es wurde gefunden, daß man Methylformiat durch Umsetzen von Methanol mit Kohlenmonoxid enthaltenden
Gasen im Gegenstrom bei Temperaturen von 50 bis 1300C unter erhöhtem Druck in Gegenwart
von Alkalimetallalkoholaten, in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktionszonen vorteilhafter als
bisher erhält, wenn man die Umsetzung in Kolonnen mit genuteten Böden durchführt.
Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß es selbst bei Verwendung von Kohlenmonoxid enthaltenden
Gasen anstatt reinem Kohlenmonoxid mit hohen Umsätzen verläuft, wobei die Reaktionswärme auf einfache
und wirksame Weise abgeführt wird.
Es war keineswegs zu erwarten, daß die Umsetzung mit nichtreinem Kohlenmonoxid, d.h. Kohlenmonoxid
enthaltenden Gasen, in einer Kolonne mit genuteten Böden mit gutem Umsatz in kurzer Zeit gelingt
als sich die Verwendung von Füllkörperkclonnen für die gleiche Umsetzung, wie sie in der deutschen
Offenlegungsschrift 14 93 058 beschrieben werden, technisch nicht bewährt haben. Bei der Verwendung
von Fültkörperkolonnen erzielt man bei der Verwendung von Kohlenmonoxid enthaltenden Gasen technisch
nicht befriedigende Umsätze. Es mußte deshalb angenommen werden, daß Kolonnen für die Umsetzung
von nichtreinem Kohlenmonoxid mit Methanol zur Herstellung von Methylformiat weniger geeignet
sind und eine Lösung der technischen Aufgabe durch die Verwendung von Kolonnen nicht erreicht werden
kann.
Zweckmäßig verwendet man Methanol, das möglichst wasserfrei ist, z. B. einen Wassergehalt von
höchstens 0,1 Gewichtsprozent hat.
Bevorzugte Kohlenmonoxid enthaltende Gase haben einen Gehalt an Kohlenmonoxid von 20 bis
90 Volumenprozent. Besonders geeignet sind 50 bis 90 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthaltende
Gase. Neben Kohlenmonoxid können die Gase andere unter den Reaktionsbedingungen inerte Gase, wie
Stickstoff, Wasserstoff oder Methan, enthalten. Es versteht sich, daß die verwendeten Gase möglichst
frei von Wasser sein sollen.
In der Regel wendet man kohlenmonoxidreiches Gas im Bereich von 0,5 bis 20 Nm' je kg Methanol an.
Die Umsetzung wird bei Temperaturen von 50 bis 130° C durchgeführt. Besonders gute Ergebnisse erhält
man, wenn man Temperaturen von 70 bis 120° C
anwendet. In der Regel führt man die Umsetzung unter Drücken von 40 bis 300 Atmosphären durch.
Vorteilhaft wählt man den Druck so, daß ein Kohlenmonoxidpartialdruck von 40 bis 150 Atmosphären,
insbesondere von 60 bis 110 Atmosphären, eingehalten
wird.
Die Umsetzung wird in Gegenwart von Alkoholaten von Alkalimetallen durchgeführt. Besonders bewährt
haben sich Natrium- oder Kaliummethylat, insbesondere Natriummethylat. Vorteilhaft verwendet
gnan die genannten Alkoholate in Mengen von 0,4 fcis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das eingesetzte
Methanol.
Die Umsetzung führt man in Kolonnen mit gefluteten Böden durch. Geeignete Kolonnen sind bei-
»pielsweise Glockenboden-, Ventilboden- oder Tueellbodenkolonnen.
Vorteilhaft verwendet man Kolonnen mit 5 bis 60 Böden, insbesondere dann, wenn
man das Kohlenmonoxid im verwendeten Gasgemisch Stark abreichern möchte. Falls man aus dem Ausgangsgemisch
Kohlenmonoxid nur zum Teil entfernen möchte, reichen Bodenzahlen von 5 bis 15 Böden aus.
Besondere technische Bedeutung haben Kolonnen mit gefluteten Böden erlangt, die so eingerichtet sind, daß
die einzelnen Böden gekühlt werden könne». Dies geschieht beispielsweise durch Anbringen wasserdurchflossener
Rohre oder Rohrschlangen auf den einzelnen Kolonnenboden.
Vorteilhaft führt man die Umsetzung so, daß im Kolonnensumpf ein Methylformiatgehalt von 20 bis
70 Gewichtsprozent, insbesondere von 30 bis 60 Gewichtsprozent, eingehalten wird.
Die Kolonnen mit gefluteten Böden werden nach dem Prinzip einer Gaswäsche betrieben, d. h.,
Methanol wird am Kopf zugegeben, während die Kohlenmonoxid enthaltenden Gase von unten im
Gegenstrom zugeführt werden. Das Methylformiat enthaltende Gemisch wird aus dem Sumpf der Kolonne
entnommen. Reines Methylformiat läßt sich daraus auf einfache Weise durch Destillation isolieren.
Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn man bei der Umsetzung Verweilzeiten für die flüssige
Phase von 50 bis 1500 Sekunden, insbesondere von 300 bis 1000 Sekunden, einhält. Weiterhin hat es sich
als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn man den Katalysator zwei bis fünf Böden unterhalb der
Methanolzugabestelle in die Kolonne zuführt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht nur zur Herstellung von Methylformiat geeignet, sondern
gleichzeitig auch zur Erzeugung von Kohlenmonoxid enthaltenden Synthesegasen, wenn man z. B. von
einem Gas ausgeht, das einen höheren Kohlenmonoxidgehalt hat und diesen nach dem Verfahren der
Erfindung auf einen bestimmten Gehalt abreichert. Auf diese Weise lassen sich z. B. Synthesegasgemische,
die zur Herstellung von Methanol geeignet sind, erzeugen.
Methylformiat, das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, eignet sich z. B. zur Herstellung
von Formamid und Dimethylformamid, die wichtige Lösungsmittel sowie Ausgangsstoffe für
weitere Synthesen sind. Das Verfahren nach der Erfindung sei an folgenden Beispielen veranschaulicht.
Für die Durchführung wird eine Kolonne mit 8 gekühlten Glockenboden verwendet. Am Kopf der
Kolonne dosiert man stündlich 30 1 Methanol, das 0,7 Gewichtsprozent Natriummethylat enthält, zu.
Unterhalb des untersten Bodens wird ein Gasgemisch aus 51 Volumenprozent Wasserstoff und 49 Volumenprozent
Kohlenmonoxid in einer Menge von 33 Nm3/ Stunde eingeleitet. In der Kolonne hält man eine
Temperatur von 80° C und einen Druck von 300 Atmosphären
aufrecht. Dies entspricht einem Kohlenmonoxidpartialdruck von 147 Atmosphären. Die Verweilzeit
für die flüssige Phase beträgt 350 Sekunden. Am Kolonnenkopf erhält man stündlich 17 Nm3 Abgas,
das 23 Volumenprozent Kohlenmonoxid enthält. Das aus dem Kolonnensumpf abgezogene Reaktionsprodukt enthält 65 Gewichtsprozent Methylformiat.
Das am Kolonnenkopf erhaltene Abgas eignet sich zur Herstellung einer mit oxidischen Katalysatoren
betriebenen Methanolsynthese.
Am Kopf einer Glockenbodenkolonne mit 15 gekühlten Böden gibt man stündlich 30 1 Methanol, das
0,7 Gewichtsprozent Natriummethylat enthält, auf. Unterhalb des untersten Bodens leitet man stündlich
29 Nm3 eines Gases aus 49 Volumenprozent Kohlenmonoxid und 51 Volumenprozent Wasserstoff unter
einem Druck von 100 Atmosphären ein. Der Kohlenmonoxidpartialdruck beträgt 49 Atmosphären und die
Verweilzeit für die flüssige Phase 650 Sekunden. In der Kolonne hält man eine Temperatur von 80° C
aufrecht. Am Kolonnenkopf entnimmt man stündlich 20 Nm3 Abgas, das 29 Volumenprozent Kohlenmonoxid
enthält, während das aus dem Kolonnensumpf abgezogene Reaktionsprodukt 43 Gewichtsprozent
Methylformiat enthält. Das gewonnene Abgas eignet sich zur Herstellung von Methanol.
Man verfährt wie im Beispiel 1, verwendet jedoch eine Kolonne mit 30 gekühlten Glockenboden und
leitet am untersten Boden 22,7 NnWStunde eines 49 Volumenprozent Kohlenmonoxid und 51 Volumenprozent
Wasserstoff enthaltenden Gases unter einem Druck von 300 Atmosphären ein. Die Verweilzeit
der flüssigen Phase beträgt 900 Sekunden. Am Kolonnenkopf erhält man stündlich 12 Nm3 Abgas
mit einem Kohlenmonoxidgehalt von 5 Volumenprozent, während aus dem Kolonnensumpf das Reaktionsprodukt,
das 54 Gewichtsprozent Methylformiat enthält, abgezogen wird.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Methylformiat durch Umsetzen von Methanol mit Kohlenmonoxid
enthaltenden Gasen im Gegenstrom bei Temperaturen von 50 bis 130° C unter erhöhtem
Druck in Gegenwart von Alkalimetallalkoholaten, in mehreren hintereinandergeschalteten
Reaktionszonen, dadurch gekennzeich- *° net, daß man die Umsetzung in Kolonnen mit.
gefluteten Böden durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Kolonnen
mit genuteten und gekühlten Böden durchführt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 mit 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Alkalimetallalkoholate
zwei bis fünf Böden unterhalb der Zugabestelle für Methanol zuführt. ao
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