CH149402A - A process for the oxidation of organic compounds in the vapor or gas phase. - Google Patents

A process for the oxidation of organic compounds in the vapor or gas phase.

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CH149402A
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  

  Procédé d'oxydation de composés organiques en phase vapeur ou gaz.    La présente invention a rapport à un pro  cédé d'oxydation     catalytique    -de composés or  ganiques .en phase vapeur ou gaz, dans le  quel,des composés organiques sont oxydés en  produits intermédiaires, ou .dans lequel des  constituants organiques d'une mixture sont  enlevés par oxydation totale.  



  L'oxydation     catalytique    de composés or  ganiques dans la phase gaz ou vapeur, pré  sente un très sérieux problème pour la con  duite de la réaction. Les réactions sont     for-          temien:t    exothermiques et, à moins d'être  exactement     conduites,    elles tendent à aller  jusqu'à une     combustion    totale ou jusqu'à       combustion    de composés qu'on .désire conser  ver. Dans le passé, on a réglé la conduite  des oxydations organiques par un ajustement  précis de la température, de la période de  contact avec le catalyseur, etc., et spéciale  ment par le choix de catalyseurs convenables.

    Peut-être le réglage le plus     satisfaisant    de  la conduite des opérations est-il     effectué    en  faisant usage de ce que l'on appelle des a-         talyseurs    stabilisés, c'est-à-dire contenant des       régularisateurs    de réaction, tels que des com  posés des métaux alcalins, des métaux  alcalino-terreux ou des métaux terreux forte  ment basiques qui ont été décrits dans le  brevet suisse n  136361 du 30 septembre 1927.  



  Dans le cas de bien .des réactions, l'usage  de catalyseurs avec     régularisateurs    permet  d'obtenir de bons rendements; mais, même  avec les catalyseurs les plus soigneusement       "stabilisés",        il    est difficile d'obtenir des ren  dements élevés, ou presque quantitatifs, dans  certaines     réactions    qui sont extrêmement dé  licates.  



  La présente invention emploie un mode  de réglage .différent de celui employé jusqu'à  présent. Dans le procédé selon l'invention, on  mélange -des gaz ou vapeurs contenant la sub  stance à     oxyder        aveë    un gaz oxydant et une       substance    à l'état gaz ou vapeur plus facile  ment oxydable que la substance organique à.  oxyder, et propre à exercer une action protec  trice, puis on fait passer le mélange sur la      masse de contact     d'oxydation    à température  élevée.

   Ladite substance facilement     oxydable          iéagit    apparemment avec l'oxygène le plus  actif, combiné dans le catalyseur, en modé  rant son activité de telle façon que le com  posé qu'on désire obtenir, soit par oxydation  incomplète, soit par élimination d'impuretés  par oxydation, n'est pas détruit, ou que 1a       destruction    est très grandement diminuée.  Il -semble     propable        .que    l'effet des vapeurs ou  gaz protecteurs est -dû principalement à la  réaction de l'agent protecteur avec l'oxygène  le plus actif, comme décrit ci-dessus.

   Toute  fois, il n'est pas facilement possible de,déter  miner ce qui se passe dans une réaction cata  lytique en phase vapeur et l'invention n'est  aucunement limitée à la théorie particulière  d'action     susexposée.     



  On peut faire usage, comme agent     protes-          tour,    de presque n'importe quel composé or  ganique qui est plus facilement oxydé que le  produit à oxyder. Parmi le grand nombre de  composés dont on peut faire ainsi usage, se  trouvent les alcools aliphatiques, comme l'al  cool     méthylique;    l'oxyde de carbone; les     lis-          -drocarbures    de la, série de la paraffine,  comme la     'gazoline,    l'éther de pétrole,     et.c.;     les composés aliphatiques non saturés: bien  des composés     alicycliques    relativement faciles  à oxyder,     etc.    On peut également employer  de l'hydrogène.

   Certains -des agents protec  teurs, par exemple les hydrocarbures de la       série    de la paraffine, tendent à être complè  tement brûlés en anhydride carbonique et en  eau. D'autres, tels que les alcools de pa  raffines, comme l'alcool méthylique, peuvent  être transformés -en aldéhydes et un avantage  particulier -de cette modification de l'inven  tion est que l'agent protecteur peut     n'êtra     pas perdu, mais être     transformé    en un pro  duit utile et, si curieux que cela puisse pa  raître,

   les rendements en le composé intermé  diaire -en     lequel    l'agent     protecteur    est oxydé  sont souvent supérieurs à     ceux    qu'il est pos  sible d'obtenir lorsqu'on oxyde l'agent pro  tecteur seul. Ainsi, par     exemple,    lorsqu'on  fait usage d'alcool méthylique comme agent  protecteur dans certaines réactions, on obtient    de meilleures transformations en aldéhyde  formique. Cela rend le procédé très séduisant  parce que, non seulement la réaction cataly  tique principale est améliorée, mais l'agent  protecteur lui-même est transformé en un  composé de plus grande valeur, d'une ma  nière très efficace.  



  Bien qu'un avantage .de la présente in  vention soit qu'on peut en faire usage dans  une catalyse quelconque,     il    est préférable  de choisir les meilleures     conditions    pour de  hauts rendements, en combinant ainsi la. ca  ractéristique de réglage de cette invention  avec celles dont on a fait usage jusqu'à pré  sent.

   C'est ainsi que l'on emploiera, par  exemple, les meilleurs catalyseurs avec     régu-          larisateurs    et, de préférence, des catalyseurs  contenant des corps échangeurs de bases ou  leurs dérivés, tels que ceux décrits dans les  brevets suisses n  136363, n  136669,  n      136362,    ainsi que dans le brevet suisse  n  14744.0     @du    21 juin 1929, avec les meil  leurs modes de réglage de température et  d'autres conditions de réaction telles que la  concentration     d'oxygène,        @etc.    Quand bien  même le procédé de la présente invention  donne des résultats bien meilleurs que     ceii-:

       qu'on peut obtenir autrement, même lorsqu'on  en fait usage avec des catalyseurs relative  ment peu satisfaisants ou d'autres conditions  de réaction peu satisfaisantes, il est, naturel  lement, toujours ,désirable d'obtenir les  meilleurs résultats malgré que l'invention ne  soit aucunement limitée à des cas dans les  quels toutes les conditions pour les meilleurs  résultats sont remplies.  



  Il est, aussi, fréquemment désirable  d'exécuter le procédé avec remise en circula  tion à travers le catalyseur des gaz .de réac  tion, après enlèvement partiel ou total de  produits de réaction. Cela. est spécialement  désirable dans le cas où l'on fait usage d'un  agent protecteur comme l'alcool méthylique  et où l'on obtient un produit utile par l'oxy  dation de l'agent protecteur. Le gaz porteur  peut être une     mixture    telle qu'anhydride  carbonique et oxygène, etc. On ajoute natu-           rellement    -du gaz oxydant frais et la ma  tière à oxyder avant que le gaz remis en cir  culation passe à travers le convertisseur.  



  Quelques-unes des réactions que l'on peut  efficacement effectuer par l'usage de la pré  sente invention sont les suivantes:  10 Réactions dans lesquelles on obtient un  produit     d'oxydation    intermédiaire. L'oxyda  tion de benzol,     toluol,    phénol, phénols de  goudron,     furfurol    et de composés     contenaut          le        groupe        -CH2-CH        =     en  acide maléique et acide     fumarique    ou acide       mésotartrique;    de crésol en aldéhyde salicyli  que et acide salicylique;

   -de     toluol    et des di  vers     toluols    halogénés et     nitrogénés    substi  tués en les aldéhydes et acides correspon  dants; de xylènes,     pseudocumène,        mésitylène,          paracymène    et autres dérivés en les aldéhy  des et acides correspondants;

   de naphtaline  en     naphtaquinone,    anhydride phtalique et  acide     maléique;    d'anhydride phtalique en  acide maléique et acide     fumarique;d'anthra-          cène    en     anthraquinone;    -de phénanthrène en       phénanthraquinone,    acide     -,diphénique,    anhy  dride phtalique et acide maléique;

       d'acénaph-          tène    en     acénaphtylène,        acénaphtaquinone,        bis-          acénaphtylidènedione,    acide     naphtaldéhydi-          que,    anhydride     naphtalique    et acide     hémimel-          lithique;    de     fluorène    en     fluorénone;        d'eugé-          nol    et     isoeugénol    en vanilline et acide     vanil-          lique;

      d'alcool méthylique et de méthane en  aldéhyde formique; d'alcool éthylique en  acide acétique; de     chlorhy    drive d'éthylène en  acide     chloracétique,        -etc.     



  20     Réactions    dans lesquelles une impureté  indésirable est brûlée, telles que l'épuration       d'anthracènes    bruts de divers degrés -d'impu  retés, avec combustion totale de     carbazol,     d'huiles sans emploi et, dans certains cas, de  phénanthrène; l'épuration -de naphtalines       brutes    -et -d'hydrocarbures mononucléaires  bruts, tels que les benzols,     ete.;    l'épuration  d'ammoniaque provenant de goudron de  houille avec     combustion    des impuretés orga  niques telles que les corps phénoliques pré  sents, etc.  



       30    Oxydations -de     mixtures    de composés  organiques en des     produits    intermédiaires dé-         sirés,    avec enlèvement d'impuretés, telles que  l'oxydation d'anthracènes,     phénanthrènes,     etc., bruts en produits intermédiaires comme       l'anthraquinoue,    la     phénanthraquinone,    l'a  cide     :diphénique,    l'anhydride phtalique, etc.,  avec enlèvement concomitant de     carbazol    et  d'huiles sans emploi par combustion totale;

    l'oxydation d'acides de goudron     bruts    en aci  des maléique et     fumarique,    avec combustion  de certaines impuretés, etc.  



  On décrira l'invention plus en détail en  .connexion avec les exemples spécifiques sui  vants qui ne sont qu'explicatifs et ne limi  tent point la portée de l'invention.  



       Exemple   <I>1:</I>  On enrobe 250 volumes de granules d'alu  minium, d'une grosseur de 2 à 3 millimètres,  de 24 parties en poids de     métavanadate    d'am  monium que l'on fait de préférence dissou  dre     dans    de l'eau à<B>90'</B> C et que l'on     pulvé-          riSe    sur les granules d'aluminium, que l'on  brasse et que l'on chauffe à une température  à laquelle l'eau se vaporise instantanément.  On .calcine dans un courant d'air à 450   C  le catalyseur ainsi préparé et on le met. dans  les tubes d'un convertisseur tubulaire, qui  ont, de préférence, de 12 à 18 mm de diamè  tre, la hauteur du catalyseur atteignant de  10 à 20 cm.

   Les tubes sont entourés par un  bain qui est, de préférence, un bain qui bout  à environ la température de réaction     désirée.     On peut faire usage de mercure pour le bain,  avec ou sans moyens convenables pour faire  varier la pression sous laquelle il bout; mais  on fera -de préférence usage d'alliages de mer  cure tels que     mercure-cadmium    ou     mercure-          plomb.     



  Cette masse de contact convient bien pour  l'oxydation     catalytique    de benzol, phénol,  phénols de goudron,     furfurol,    anhydride  phtalique et bien des     hydrocarbures    conte  nant le groupe.         -Cil'-CH    = CH=CHz-    en acide maléique et acide     mésotartrique.    On  vaporise les matières et l'on ajoute un agent  protecteur     tel    que gazoline, alcool m6thyli-      que, gaz contenant du méthane ou autres hy  drocarbures aliphatiques, oxyde de carbone  ou hydrogène.

   On fait passer la mixture sur  la masse de contact à     330-400      C; on ob  tient de bons rendements en acide     maléique.     Le gaz oxydant peut être de l'air ou une  mixture artificielle contenant les meilleures  proportions d'oxygène, qui, naturellement,  dépendront de la quantité d'agent protec  teur employé. La quantité d'oxygène doit, en  général, être choisie de façon     -qu'il    y ait suf  fisamment d'oxygène pour effectuer la réac  tion principale, même après oxydation de  l'agent protecteur. Si on le désire, on peut  remettre les gaz en circulation après enlève  ment des produits de réaction et     ajustement     de la composition.  



  Une mixture particulière qui donne de  bons résultats est celle dans laquelle 5 par  ties de vapeurs de benzol ou de     furfurol    et  5 parties .d'alcool méthylique sont vaporisées  dans 50 parties d'air et passées sur la masse  de     oontact,    ce qui a pour résultat la produc  tion d'acide maléique et     d'aldéhyde    formi  que. Les rendements en acide maléique sont       supérieurs    à 60 % et l'on peut, de même, ob  tenir des rendements de 80 %, ou même plus,  en aldéhyde formique. On peut effectuer par  les moyens usuels, bien connus, la séparation  de l'aldéhyde formique d'avec l'acide ma  léique.  



  Lorsqu'on effectue la réaction avec remise  en     circulaion,    on sépare au moins partielle  ment le produit de réaction et on laisse  échapper les gaz en excès après lavage avec  de l'eau ou une     solution        d'hydrosulfite.     



  Au lieu -de faire usage d'un catalyseur au       pentoxyde    de vanadium, comme décrit ci  dessus, on peut employer un ou plusieurs au  tres oxydes de métaux des cinquième ou  sixième groupes du     sytème    périodique. Des  sels des acides métalliques des cinquième ou  sixième groupes du système périodique,       comn)e    ceux d'aluminium, de titane, de fer,  de cobalt, de zirconium ou de cuivre sont éga  lement très efficaces lorsqu'on les emploie  seuls ou en mélange.         Exemple   <I>2:</I>  On mélange intimement 300 parties de       V'0'    avec 93,186 parties de nitrate d'argent  et on les fond.

   On     laisse    refroidir la masse  fondue, qui se     boursouffle    avec .dégagement  d'oxygène, et on la     brise    en fragments de la  grosseur d'un pois qui constituent un corps  échangeur de bases non siliceux au     vanadate     de     vanadyle    et d'argent.

   Au lieu de préparer  du     vanadate    de     vanadyle    et d'argent, on peut  préparer les     vanadates    de     vanadyle    corres  pondants des métaux alcalins, ayant, de pré  férence, les rapports suivants de     V'0'    à la  base:

           V=0'    à     Na'    O comme 6 : 1       V'0'    à     K'0    comme 5 : 1       V'0'    à     L1'0    comme 2 : 1       V'0'    à     RV0    comme 5 : 1       V'0',    à     Cs20    comme 5 : 1    On peut également préparer les     vanadates     de     vanadyle    par voie humide. Après prépa  ration, on remplace, par échange de bases,  l'alcali     cn    traitant par une ou plusieurs solu  tions de     sulfate    d'aluminium, de sulfate de  cuivre ou -de sulfate de fer.  



  Au lieu     d.'employer    les corps échangeurs  de bases non siliceux sous leur forme     concen-          trée,    on peut les pulvériser et en enrober des       fragments    porteurs     naturels    ou artificiels, ou,  si on les prépare par voie humide, on peut les  diluer au cours de la formation.

   On peut  faire usage de matières porteuses telles -que  celles riches en silice, comme les fragments  de quartz, les pièces à filtrer     quartzeuses,    les  schistes à diatomées, les fragments de pierre  ponce; de fragments de silicates naturels ou  artificiels, échangeurs ou non échangeurs de  bases, et spécialement     .de    zéolithes diluées  avec des matières riches en silice; -de corps  échangeurs de bases non siliceux et leurs -dé  rivés par lessivage aux acides; de granules  d'aluminium;

   d'alliages métalliques tels que       ferrosilicium,        ferrovanadium,        -te.    Si on le  désire, lorsqu'on prépare le     vanadate    -de     va-          nadyle    par voie humide, on peut le former  sur les fragments porteurs, ce qui produit  un enrobage très adhérent.

   Si des agents ag-           glutinants    sont     nécessaires        pour    effectuer un  enrobage solide, on peut employer des compo  sés de     métaux    alcalins et     alcalino-terreux,     comme le sulfate de potassium ou le nitrate  de potassium, en quantités allant jusqu'à  <B>10%</B> de la matière à enrober. Ces composés  non seulement agissent comme agents agglu  tinants, mais sont également odes     régularisa-          teurs    et dosent l'activité -du catalyseur.

   On  peut encore ajuster davantage l'activité -de  la masse de contact par -de petites additions  de ce -que l'on appelle des catalyseurs auxi  liaires, qui .sont des composés qui ne possèdent  pas d'activité catalytique spécifique pour la  réaction particulière, mais sont.     catalytique-          ment    actifs pour d'autres réactions et favori  sent la réaction cherchée. Des exemples de     ces     catalyseurs auxiliaires sont: l'oxyde     -d'alumi-          nium,        l'oxyde,de    titane, l'oxyde de thorium,  etc.  



  Du     vanadate    de     vanadyle    et dargent,  dont on a enrobé de la pierre ponce et dont  on fait usage dans un convertisseur comme  celui décrit dans l'exemple 1, convient bien  pour l'oxydation catalytique de     toluol    en  acide     benzoïque,et    en aldéhyde benzoïque en  présence de méthanol ou de gazoline. On ob  tient des rendements allant jusqu'à 85-90  du rendement théorique. Lorsqu'on emploie  (lu méthanol comme moyen     protecteur,    plus  de<B>80%</B> du méthanol est transformé en al  déhyde formique. La température du bain du  convertisseur doit être 380   C.

   On doit faire  passer à l'heure, à travers chaque     tube,    150  litres d'air portant 10,2 grammes de     toluol     et 7,1 grammes de méthanol. Le produit de       zéaction        contient    des .quantités considérables  de     toluol    inchangé que l'on peut facilement  séparer et employer de nouveau. Les rende  ments en acide benzoïque sont     supérieurs    à  90 % du rendement théorique et     environ    84  du méthanol est transformé en aldéhyde for  mique. De     petites    quantités d'aldéhyde ben  zoïque sont présentes dans la mixture de  réaction.

   Si on le désire, on peut     effectuer    la       réaction    dans un procédé circulatoire, les mê  mes rendements étant     obtenus    et le     toluol    et  le méthanol n'ayant pas subi la réaction,    étant employés de nouveau directement, car  ils restent dans le courant de gaz en circula  tion après que l'acide benzoïque et l'al  déhyde formique ont été enlevés.  



  Au lieu de faire usage de méthanol comme  agent protecteur, on peut employer de la ga  zoline qui est, pour la majeure partie, com  plètement brûlée, bien que de petites quanti  tés d'acide aliphatique puissent être parfois  décelées dans le produit de réaction.  



  Au lieu d'oxyder du     toluol,    on peut oxy  der .dans les mêmes conditions d'autres com  posés aromatiques contenant .des chaînes laté  rales. Par exemple, on peut -oxyder du crésol  en aldéhyde salicylique et acide salicylique;  on peut oxyder -des     toluols    halogénés ou     ni-          trogénés    substitués en les aldéhydes ben  zoïques et acides benzoïques correspondants;  on peut également oxyder du xylène, du       pseudocumène,    du     mésitylène,    du     paracy-          mène    et leurs     dérivés.     



  On peut également oxyder dans les mê  mes conditions des composés aromatiques qui  ne contiennent pas -de chaînes latérales; on  peut, par exemple, oxyder de la naphtaline en       a-napbtaquin.one,    -de     l'acénaphtène    en anhy  dride     naphtalique    ou du     fluorène    en     fuoré-          none.    Dans chaque cas, les rendements sont  bien meilleurs que ceux qu'on peut obtenir  sans un agent protecteur.  



  <I>Exemple 3:</I>  On fait dissoudre 18,2 parties de     V'Og     dans 250 parties     :d'une    solution d'hydrate de  potassium contenant 22,6 parties de     KOH.     On fait -dissoudre 27 parties de sulfate ferri  que dans 300 parties d'eau à 50-60   C et  on y verse, en agitant vigoureusement, la so  lution de     vanadate    de potassium.

   On filtre  avec aspiration le précipité jaune formé, on le  lave à l'eau jusqu'à ce que le liquide qui fil  tre soit incolore, ou en forme une bouillie  avec 200 parties d'eau et on ajoute 15 par  ties -de sulfate de potassium, dissous dans  200     parties    d'eau, à la suspension dont on en  robe ensuite uniformément 500 volumes de  fragments de pierre ponce d'une grosseur de      2,5 à 3 millimètres en pulvérisant la suspen  sion sur la matière porteuse brassée et chauf  fée de façon que l'eau -se vaporise instanta  nément.

   Le     sulfate    de potassium     agittomme    un       régularisateur    pour la masse de contact et. on  peut en faire varier la quantité dans de lar  ges     limites;    ou bien, si on le désire, on peut  le remplacer, en     partie    ou en totalité, par  d'autres composés de métaux     alcalins    ou     al-          calino-terreux    comme le nitrate de potassium  et le     nitrite    .de potassium.  



  Le vanadium peut être remplacé, en par  tie ou en totalité, dans la masse de contact,  par des quantités correspondantes d'acides  des autres métaux des cinquième et sixième  groupes du système périodique et le fer peut  être remplacé, en partie ou en totalité, par  une ou plusieurs solutions de sels tels que  ceux de manganèse, d'aluminium ou de co  balt.  



  Il est fréquemment avantageux de mélan  ger le produit de réaction obtenu avec       5--10%,    en poids, d'oxydes métalliques fraî  chement précipités, comme     FeO',    qui peu  vent être considérés comme des catalyseurs  auxiliaires.

   On met les masses de contact     @dé-          crites        ci-dessus    dans un     convertisseur    tel que  celui décrit dans l'exemple 1 et on peut les  employer pour l'oxydation     catalytique        d'acé-          naphtène    en     anhydride        naphtalique    en pré  sence d'agents     protecteurs    de la série de la  paraffine,     comme    la gazoline.

   On vaporise       uniformément    de     l'acénaphtène    avec de la ga  zoline et de     l'air    dans le rapport de 1 : 2 : 25  et on le fait passer sur la masse de contact,  à une température -de bain de 380-400   C.  On obtient de l'anhydride     naphtalique    de  grande pureté avec des rendements de       85-90%,    -en poids.  



  Il est également efficace     .d'effectuer    les  réactions catalytiques ci-dessus avec remise en  circulation du gaz de réaction, en faisant.  usage de gaz oxydants ayant une teneur en  oxygène inférieure à celle de l'air. Dans des  cas de ce genre, on obtient des quantités ap  préciables d'acide     naphtaldéhydique,        d'acé-          naphtaquinone    et     d'acénaphtylène.       On     peut    faire usage des mêmes conditions  de réaction et     dps    mêmes masses de contact  pour l'oxydation catalytique     d'anthracène    en       anthraquione,

      de naphtaline en     a-naphtaqui-          none,    etc.



  A process for the oxidation of organic compounds in the vapor or gas phase. The present invention relates to a process for the catalytic oxidation of organic compounds in the vapor or gas phase, in which organic compounds are oxidized to intermediate products, or in which organic constituents of a mixture are removed by total oxidation.



  The catalytic oxidation of organic compounds in the gas or vapor phase presents a very serious problem for the conduct of the reaction. The reactions are very exothermic and, unless they are exactly carried out, they tend to go as far as complete combustion or until combustion of compounds which one wishes to conserve. In the past, the conduct of organic oxidations has been controlled by precise adjustment of temperature, period of contact with the catalyst, etc., and especially by the selection of suitable catalysts.

    Perhaps the most satisfactory adjustment of the conduct of operations is effected by making use of so-called stabilized catalysts, that is, containing reaction regulators, such as compounds. alkali metals, alkaline earth metals or strongly basic earth metals which have been described in Swiss Patent No. 136361 of September 30, 1927.



  In the case of many reactions, the use of catalysts with regulators makes it possible to obtain good yields; but, even with the most carefully "stabilized" catalysts, it is difficult to achieve high, or nearly quantitative, yields in certain reactions which are extremely delicate.



  The present invention employs a mode of adjustment different from that employed heretofore. In the process according to the invention, the gases or vapors containing the substance to be oxidized are mixed with an oxidizing gas and a substance in the gas or vapor state which is easier to oxidize than the organic substance. oxidize, and suitable for exerting a protective action, then the mixture is passed over the oxidation contact mass at high temperature.

   Said easily oxidizable substance apparently reacts with the most active oxygen, combined in the catalyst, moderating its activity so that the desired compound is obtained either by incomplete oxidation or by elimination of impurities by oxidation. , is not destroyed, or the destruction is greatly diminished. It seems probable that the effect of the protective vapors or gases is due mainly to the reaction of the protective agent with the more active oxygen, as described above.

   However, it is not easily possible to determine what occurs in a catalytic vapor phase reaction and the invention is in no way limited to the particular theory of action set forth above.



  Almost any organic compound which is more easily oxidized than the product to be oxidized can be used as the protective agent. Among the large number of compounds which can be used in this way are aliphatic alcohols, such as methyl alcohol; carbon monoxide; lilies of the paraffin series, such as gasoline, petroleum ether, etc. unsaturated aliphatic compounds: many alicyclic compounds relatively easy to oxidize, etc. Hydrogen can also be used.

   Some of the protective agents, for example the paraffin series hydrocarbons, tend to be completely burnt off to carbon dioxide and water. Others, such as refined alcohols, such as methyl alcohol, can be converted into aldehydes and a particular advantage of this modification of the invention is that the protective agent may not be lost. but to be transformed into a useful product and, curious as it may appear,

   the yields of the intermediate compound in which the protective agent is oxidized are often higher than those obtainable when the protective agent alone is oxidized. Thus, for example, when methyl alcohol is used as a protective agent in certain reactions, better conversions to formaldehyde are obtained. This makes the process very attractive because, not only is the main catalytic reaction improved, but the protective agent itself is transformed into a more valuable compound in a very efficient manner.



  Although an advantage of the present invention is that it can be used in any catalysis, it is preferable to choose the best conditions for high yields, thus combining the. feature of adjustment of this invention with those which have been used heretofore.

   Thus one will employ, for example, the best catalysts with regulators and, preferably, catalysts containing base exchange bodies or their derivatives, such as those described in Swiss Patents No. 136363, No. 136669 , No. 136362, as well as in Swiss Patent No. 14744.0 @ of June 21, 1929, with the best methods of controlling temperature and other reaction conditions such as oxygen concentration, @etc. Even though the process of the present invention gives much better results than this:

       which may otherwise be obtained, even when used with relatively unsatisfactory catalysts or other unsatisfactory reaction conditions, it is, of course, always desirable to obtain the best results despite the fact that The invention is in no way limited to cases in which all the conditions for the best results are met.



  It is also frequently desirable to carry out the process with recirculation through the catalyst of the reaction gases, after partial or total removal of reaction products. That. is especially desirable where a protective agent such as methyl alcohol is used and a useful product is obtained by oxidation of the protective agent. The carrier gas can be a mixture such as carbon dioxide and oxygen, etc. Fresh oxidant gas and material to be oxidized are naturally added before the recirculated gas passes through the converter.



  Some of the reactions which can be efficiently carried out by use of the present invention are as follows: Reactions in which an intermediate oxidation product is obtained. The oxidation of benzol, toluol, phenol, tar phenols, furfurol and compounds containing the group -CH2-CH = to maleic acid and fumaric acid or mesotartaric acid; cresol to salicylic aldehyde and salicylic acid;

   -toluol and halogenated and nitrogenous toluol verses substituted by the corresponding aldehydes and acids; xylenes, pseudocumene, mesitylene, paracymene and other derivatives of aldehydes and corresponding acids;

   from naphthalene to naphthaquinone, phthalic anhydride and maleic acid; phthalic anhydride to maleic acid and fumaric acid, anthracene to anthraquinone; - from phenanthrene to phenanthraquinone, -, diphenic acid, phthalic anhydride and maleic acid;

       acenaphthene to acenaphthylene, acenaphthaquinone, bis-acenaphthylidenedione, naphthaldehyde acid, naphthalic anhydride and hemimellithic acid; from fluorene to fluorenone; from eugenol and isoeugenol to vanillin and vanillic acid;

      methyl alcohol and methane to formaldehyde; ethyl alcohol to acetic acid; from ethylene chloridrive to chloroacetic acid, -etc.



  Reactions in which an unwanted impurity is burnt, such as the purification of crude anthracenes of varying degrees of impurity, with complete combustion of carbazol, unused oils and, in some cases, phenanthrene; scrubbing of crude mothballs and crude mononuclear hydrocarbons, such as benzols, ete .; the purification of ammonia from coal tar with combustion of organic impurities such as the phenolic substances present, etc.



       Oxidations of mixtures of organic compounds to desired intermediates, with removal of impurities, such as oxidation of crude anthracenes, phenanthrenes, etc., to intermediates such as anthraquinou, phenanthraquinone, l '. acid: diphenic, phthalic anhydride, etc., with concomitant removal of carbazol and unused oils by total combustion;

    oxidation of crude tar acids to maleic and fumaric acid, with combustion of certain impurities, etc.



  The invention will be described in more detail in connection with the following specific examples which are only explanatory and do not limit the scope of the invention.



       Example <I> 1: </I> 250 volumes of aluminum granules, with a size of 2 to 3 millimeters, are coated with 24 parts by weight of ammonium metavanadate which is preferably dissolved dre in water at <B> 90 '</B> C and sprayed on the aluminum granules, stirred and heated to a temperature at which the water vaporizes instantly. The catalyst thus prepared is calcined in a stream of air at 450 ° C. and placed. in the tubes of a tubular converter, which preferably have 12 to 18 mm in diameter, the height of the catalyst reaching 10 to 20 cm.

   The tubes are surrounded by a bath which is preferably a bath which boils at about the desired reaction temperature. Mercury can be used for the bath, with or without suitable means for varying the pressure under which it boils; but preferably use will be made of cured sea alloys such as mercury-cadmium or mercury-lead.



  This contact mass is well suited for the catalytic oxidation of benzol, phenol, tar phenols, furfurol, phthalic anhydride and many hydrocarbons containing the group. -Cil'-CH = CH = CHz- into maleic acid and mesotartaric acid. The materials are vaporized and a protective agent such as gasoline, methyl alcohol, gas containing methane or other aliphatic hydrocarbons, carbon monoxide or hydrogen is added.

   The mixture is passed over the contact mass at 330-400 C; good yields of maleic acid are obtained. The oxidizing gas can be air or an artificial mixture containing the best proportions of oxygen, which, of course, will depend on the amount of protective agent employed. The amount of oxygen should, in general, be chosen so that there is sufficient oxygen to effect the main reaction, even after oxidation of the protective agent. If desired, the gases can be recirculated after removal of the reaction products and adjustment of the composition.



  A particular mixture which gives good results is one in which 5 parts of benzol or furfurol vapor and 5 parts of methyl alcohol are vaporized in 50 parts of air and passed over the contact mass, which results in results in the production of maleic acid and formaldehyde. The yields of maleic acid are greater than 60% and it is also possible to obtain yields of 80% or even more of formaldehyde. The separation of the formaldehyde from the maleic acid can be carried out by the usual, well-known means.



  When the reaction is carried out with recirculation, the reaction product is at least partially separated and the excess gases are allowed to escape after washing with water or a hydrosulphite solution.



  Instead of using a vanadium pentoxide catalyst, as described above, one or more other oxides of metals of the fifth or sixth groups of the periodic system can be employed. Salts of the metal acids of the fifth or sixth groups of the periodic system, such as those of aluminum, titanium, iron, cobalt, zirconium or copper are also very effective when used alone or in mixture. . Example <I> 2: </I> 300 parts of V'0 'are intimately mixed with 93.186 parts of silver nitrate and melted.

   The melt is allowed to cool, which swells with evolution of oxygen, and is broken into pea-sized fragments which constitute a non-siliceous base exchange body to vanadyl silver vanadate.

   Instead of preparing vanadyl silver vanadate, the corresponding alkali metal vanadyl vanadates can be prepared, preferably having the following ratios of V'0 'to the base:

           V = 0 'to Na' O like 6: 1 V'0 'to K'0 like 5: 1 V'0' to L1'0 like 2: 1 V'0 'to RV0 like 5: 1 V'0' , at Cs20 as 5: 1 The vanadyl vanadates can also be prepared wet. After preparation, the alkali cn treating by one or more solutions of aluminum sulphate, copper sulphate or iron sulphate is replaced by exchange of bases.



  Instead of using the non-siliceous base exchange bodies in their concentrated form, they can be pulverized and coated with natural or artificial carrier fragments, or, if prepared by the wet route, they can be diluted during the process. training.

   Carrying materials such as those rich in silica can be used, such as quartz fragments, quartz filter pieces, diatomaceous schists, pumice stone fragments; fragments of natural or artificial silicates, exchangers or not exchangers of bases, and especially of zeolites diluted with materials rich in silica; -of non-siliceous base exchange bodies and their -dé riveted by leaching with acids; aluminum granules;

   metal alloys such as ferrosilicon, rail-nanadium, -te. If desired, when wet preparation of vanadyl vanadate, it can be formed on the carrier moieties, resulting in a very adherent coating.

   If binding agents are required to effect a solid coating, compounds of alkali and alkaline earth metals, such as potassium sulphate or potassium nitrate, in amounts up to <B> 10% can be used. </B> of the material to be coated. These compounds not only act as agglutinating agents, but also regulate and control the activity of the catalyst.

   The activity of the contact mass can be further adjusted by small additions of so-called auxiliary catalysts, which are compounds which do not possess specific catalytic activity for the particular reaction. , but are. catalytically active for other reactions and promotes the desired reaction. Examples of such auxiliary catalysts are: aluminum oxide, titanium oxide, thorium oxide, etc.



  Vanadyl silver vanadate, which has been coated with pumice stone and which is used in a converter such as that described in Example 1, is well suited for the catalytic oxidation of toluol to benzoic acid, and to benzoic aldehyde to presence of methanol or gasoline. Yields of up to 85-90 of the theoretical yield are obtained. When using (methanol as a protective medium, more than <B> 80% </B> of the methanol is converted into formaldehyde. The temperature of the converter bath should be 380 C.

   150 liters of air carrying 10.2 grams of toluol and 7.1 grams of methanol must be passed per hour through each tube. The reaction product contains considerable amounts of unchanged toluol which can easily be separated and reused. Yields of benzoic acid are greater than 90% of theoretical yield and about 84 of the methanol is converted to formaldehyde. Small amounts of ben zoic aldehyde are present in the reaction mixture.

   If desired, the reaction can be carried out in a circulatory process, the same yields being obtained and the unreacted toluol and methanol being employed again directly, as they remain in the gas stream in the process. circulation after benzoic acid and formaldehyde have been removed.



  Instead of using methanol as a protective agent, gasoline can be employed which is for the most part completely burnt, although small amounts of aliphatic acid can sometimes be detected in the reaction product.



  Instead of oxidizing toluol, other aromatic compounds containing side chains can be oxidized under the same conditions. For example, cresol can be oxidized to salicylic aldehyde and salicylic acid; halogenated or substituted nitrogenated toluols can be oxidized to the corresponding ben zoic aldehydes and benzoic acids; xylene, pseudocumene, mesitylene, paracymen and their derivatives can also be oxidized.



  Aromatic compounds which do not contain side chains can also be oxidized under the same conditions; it is possible, for example, to oxidize naphthalene to a-napbtaquin.one, acenaphthene to naphthalic anhydride or fluorene to fluorene. In each case, the yields are much better than those obtainable without a protective agent.



  <I> Example 3: </I> 18.2 parts of V'Og are dissolved in 250 parts: of a solution of potassium hydrate containing 22.6 parts of KOH. 27 parts of ferri sulphate are dissolved in 300 parts of water at 50-60 C and the potassium vanadate solution is poured into it, with vigorous stirring.

   The yellow precipitate formed is filtered off with suction, washed with water until the liquid which filters out is colorless or forms a slurry with 200 parts of water and 15 parts of sodium sulfate are added. potassium, dissolved in 200 parts of water, to the suspension which is then uniformly coated with 500 volumes of pumice stone fragments of a size of 2.5 to 3 millimeters by spraying the suspension on the carrier material stirred and heated. so that the water vaporizes instantly.

   Potassium sulfate agittas a regulator for the contact mass and. the quantity can be varied within wide limits; or, if desired, it can be replaced, in part or in whole, by other compounds of alkali or alkaline earth metals such as potassium nitrate and potassium nitrite.



  Vanadium can be replaced, in part or in whole, in the contact mass, by corresponding quantities of acids of other metals of the fifth and sixth groups of the periodic system and the iron can be replaced, in part or in whole, with one or more solutions of salts such as those of manganese, aluminum or co balt.



  It is frequently advantageous to mix the resulting reaction product with 5--10%, by weight, of freshly precipitated metal oxides, such as FeO ', which can be regarded as auxiliary catalysts.

   The contact masses @ described above are placed in a converter such as that described in Example 1 and can be used for the catalytic oxidation of acenaphthene to naphthalic anhydride in the presence of protective agents. of the paraffin series, such as gasoline.

   Acenaphthene is sprayed uniformly with galzoline and air in the ratio of 1: 2: 25 and passed over the contact mass at a bath temperature of 380-400 C. obtains high purity naphthalic anhydride with yields of 85-90%, -by weight.



  It is also efficient to carry out the above catalytic reactions with recirculation of the reaction gas, by doing so. use of oxidizing gases with a lower oxygen content than air. In such cases, appreciable amounts of naphthaldehyde acid, acenaphthaquinone and acenaphthylene are obtained. The same reaction conditions and the same contact masses can be used for the catalytic oxidation of anthracene to anthraquione,

      from mothballs to α-naphthaquinone, etc.

 

Claims (1)

REVENDICATION Un procédé pour effectuer l'oxydation ca talytique de composés organiques en phase gaz ou vapeur par traitement avec un gaz oxydant, selon lequel on mélange des gaz ou vapeurs conténant la substance organique à oxyder avec un gaz oxydant: et avec une substance à l'état gaz ou vapeur, plus facile ment oxydable que la substance à oxyder, et propre à exercer une action protectrice, et on fait passer ensuite la mixture sur un cataly seur d'oxydation à température élevée. CLAIM A process for carrying out the catalytic oxidation of organic compounds in the gas or vapor phase by treatment with an oxidizing gas, according to which gases or vapors containing the organic substance to be oxidized are mixed with an oxidizing gas: and with a substance in the 'gas or vapor state, more easily oxidizable than the substance to be oxidized, and capable of exerting a protective action, and the mixture is then passed over an oxidation catalyst at high temperature. SOUS-REVENDICATIONS 1 Un procédé suivant la revendication, dans lequel la masse de contact contient un ré- gularisateur de réaction. 2 Procédé selon la sous-revendication 1, dans lequel le régularisateur est un métal alcalin. 3 Un procédé selon la. revendication, dans le quel la masse de contact contient un cata lyseur auxiliaire, corps qui sans être un catalyseur spécifique .d'oxydation, favorise la réaction. SUBCLAIMS 1 A process according to claim wherein the contact mass contains a reaction regulator. 2 The method of sub-claim 1, wherein the regulator is an alkali metal. 3 A process according to. claim, in which the contact mass contains an auxiliary catalyst, which body, without being a specific oxidation catalyst, promotes the reaction. 4 Un procédé selon la sous-revendication 3, dans lequel la masse de contact contient encore un régularisateur. 5 Un procédé selon la revendication, dans le quel la masse de contact contient au moins un corps échangeur de bases. 4 A method according to sub-claim 3, wherein the contact mass further contains a regulator. A method according to claim, in which the contact mass contains at least one base exchange body. 6 Un procédé selon la revendication, dans le quel la. masse de contact contient un corps microporeux résultant du lessivage par un a ci ide d'un corps échangeur #de bases. 7 Un procédé suivant la revendication, ca ractérisé en outre par le fait qu'au moins une partie des gaz ayant subi la réaction sont rems en circulation à travers le ca talyseur, 6 A method according to claim, in which the. contact mass contains a microporous body resulting from leaching by an aid of a base exchange body. 7 A process according to claim, further characterized in that at least a portion of the gases which have undergone the reaction are recirculated through the catalyst, après séparation au moins par- belle des produits de réaction et ajuste ment de la composition. 8 Un procédé selon la revendication, .dans le quel la substance plus facilement oxydable employée est -de l'hydrogène. 9 Un procédé selon la revendication, dans le -quel la substance plus facilement oxydable employée est elle-même partiellement oxy dée. after at least part separation of the reaction products and adjustment of the composition. 8. A process according to claim, in which the more easily oxidizable substance employed is hydrogen. 9. A process according to claim, in which the more easily oxidizable substance employed is itself partially oxidized.
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