KR20120004401A

KR20120004401A - 알데히드의 제조방법

Info

Publication number: KR20120004401A
Application number: KR1020117019564A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 그렙; 라이너 루카스; 클라우스 슈미트; 볼프강 츠고르젤스키
Original assignee: 옥세아 게엠베하
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: KR101688402B1; DE102009016651A1; EP2417093B1; DE102009016651B4; EP2417093A1; WO2010115509A1

Abstract

본 발명은 올레핀계 불포화 화합물의 하이드로포밀화로부터 수득한 폐 기체를 수용성 로듐 착체 화합물을 함유하는 촉매 수용액의 존재하에 균질한 반응 시스템에 공급하고(제1 반응 스테이지), 상기 반응 시스템에서 제1 반응 스테이지로부터의 잔여량의 올레핀계 불포화 화합물을 로듐의 착체 화합물의 존재하에 유기 인(III) 화합물과 반응시키고(제2 반응 스테이지), 제2 반응 스테이지로부터의 방출물을 우선 탈기시킨 다음, 두 방출 스테이지를 통하여 유도하여, 폐 기체를 형성하고, 이로부터 수득한 액체 상을 증류시키는 방법에 관한 것이다. 로듐-함유 잔사는 부분적으로는 외부에서 이동되고, 부분적으로는 제2 반응 스테이지로 다시 유도되는 한편, 새로운 로듐 및 새로운 유기 인(III) 화합물이 공급된다.

Description

알데히드의 제조방법{Method for producing aldehydes}

본 발명은 수용성 로듐 착체를 함유하는 촉매 수용액의 존재하의 올레핀계 불포화 화합물의 개선된 하이드로포밀화 방법, 특히 오프가스(offgas)와 함께 하이드로포밀화 구역을 벗어나는 미반응 올레핀계 불포화 화합물의 사용에 관한 것이다.

올레핀계 이중 결합을 함유하는 화합물이 일산화탄소 및 수소와 반응하여 알데히드를 형성할 수 있다는 것이 공지되어 있다(옥소 공정). 당해 방법은 올레핀계 탄화수소의 용도로 제한되지 않고, 주로 반응 조건하에 불변한 상태로 잔존하는 그룹인, 이중 결합 이외의 관능 그룹을 갖는 출발 물질로도 확장된다.

고전적인 옥소 공정은 촉매로서 코발트를 사용한다. 이의 유효성은 20MPa 초과의 압력 및 약 120℃의 온도에서의 금속 코발트 또는 코발트 화합물 상의 수소 및 일산화탄소의 작용에 의한 코발트 카보닐 화합물의 형성을 기초로 한다.

옥소 공정의 추가의 발전 과정에 걸쳐, 코발트는 촉매 금속으로서 로듐에 의하여 점차 대체되었다. 로듐은 바람직하게는, 일산화탄소 이외의 리간드로서 포스핀을 함유하는 착체로서 사용된다. 금속으로서의 로듐은 공정이 저압에서 수행되도록 하고, 또한, 직쇄 말단 올레핀이 출발 물질로서 사용되는 경우, 고수율이 수득되고 추가의 가공처리에서 보다 가치있는 분지되지 않은 생성물이 우선적으로 형성된다.

옥소 공정의 추가의 기술적 발전은 균질한 반응 매질로부터 2상 반응 매질로의 전이, 즉, 조 생성물과 출발 물질에 용해된 촉매로부터 출발 물질 및 반응 생성물로부터 분리되는 또다른 상으로서 존재하는 촉매 수용액으로의 전이를 의미한다. 이러한 옥소 공정의 변형은 예를 들면, DE-B 제26 27 354호에 공지되어 있다. 이의 특정 이점은 반응 생성물과 촉매의 용이한 분리이고, 이는 열 공정 단계를 사용하지 않고 온화한 조건하에 수행되고, 이에 따라 형성된 알데히드의 추가의 반응의 결과로서 발생하는 손실을 방지한다. 추가로, 매우 고 수율이 달성되고, 분지되지 않은 말단 올레핀이 사용되는 경우, 주로 n-알데히드가 수득된다. 이러한 공정 변형은 또한 불균질 공정 또는 2상 공정이라고도 한다.

공정 경제학을 이유로, 특히 큰 반응기 또는 긴 반응 시간을 방지하기 위하여, 반응은 올레핀계 불포화 화합물의 소모를 완료하도록 수행되는 것이 아니라, 출발 물질의 목적하는 최종 화합물로의 전환율을 단지 60 내지 95%로 수행되도록 한다. 하이드로포밀화 구역을 벗어나는 오프가스는 이에 따라 과량의 일산화탄소 및 수소 뿐만 아니라 다양한 공정에 의하여 가치있는 물질로 전환될 수 있는 미반응 올레핀계 출발 물질도 포함한다.

EP-B1 제0 111 257호에 따르면, 올레핀이 2상 하이드로포밀화 공정에 의하여 일산화탄소 및 수소와 반응하는 제1 하이드로포밀화 스테이지로부터의 오프가스는 고전적인 옥소 공정에 따라 코발트 촉매의 존재하에 고압하에 제2 스테이지에서 반응된다.

당해 방법의 추가의 발전은 불균질 작동 방식에 의하여 수행된 제1 하이드로포밀화 반응으로부터의 오프가스를 로듐 착체의 존재하에 균질 반응 시스템에서 제2 스테이지에서 촉매로서 유기 인(III) 화합물과 반응시키는, EP 제0 805 138 A1호에 공지되어 있다.

당해 방법으로 제1 스테이지에서 반응되지 않고 오프가스에 존재하는 올레핀계 불포화 화합물의 주요 부분이 하이드로포밀화되도록 할 수 있다. 당해 방법의 이점은 예상되지 않았다. 우선, 올레핀계 불포화 화합물은 오프가스 중에 상당한 희석도로, 예를 들면, 20 내지 70중량%의 함량으로 존재한다. 이러한 반응 유형에서, 상기 농도는 불포화 출발 화합물의 실질적인 전환 방법에서 방해가 된다. 촉매 시스템의 불순물, 예를 들면, 황 함유 분해 생성물, 예를 들면, 머캅탄 및 또한 물, 즉 제1 스테이지에서 촉매에 대한 용매는 또한 제1 반응 스테이지로부터 오프가스에서 방출된다. 균질 조건하에서 수행된 제2 반응 스테이지의 유기 매질에 즉시 용해성인 머캅탄과 추가의 불순물은 둘 다 균질하게 용해되는 로듐 착체 촉매를 손상시키고 촉매적으로 불활성인 화합물의 형성을 유도할 수 있다. 이러한 초기에 예상되는 단점에도 불구하고, EP 제0 805 138 A1호에 공지된 방법은 고효율로 수행될 수 있다.

EP 제0 805 138 A1호에 공지된 2-스테이지 공정의 특징적 속성은 균질하게 수행된 제2 하이드로포밀화 스테이지에서의 압력 범위의 선택이다. 고정되는 압력은 15 내지 35MPa의 범위이고 유기 인 화합물을 갖는 로듐 착체의 존재하에 균질한 하이드로포밀화 공정에 대해서는 이례적이다. 상대적으로 높은 압력에서 수행되는 이러한 제2 반응 스테이지로부터의 반응 생성물은 촉매로부터 증류시킨다. 잔존하는, 촉매 함유 증류 잔사는, 임의로 새로운 촉매의 첨가 및 반응 과정 동안 형성된 고비점 알데히드 축합 생성물 일부의 제거 후 반응 구역으로 재순환시킨다.

이러한 고비점 알데히드 축합 생성물은 축합 반응, 예를 들면, 알돌 반응에 의하여 또는 티쉬첸코(Tishchenko) 반응에 의하여 초기에 형성된 알데히드로부터 형성된 산소 함유 화합물의 착체 혼합물이고, 상이한 축합도를 갖는다.

균질하게 수행된 하이드로포밀화 반응에서의 고비점 알데히드 축합 생성물로서, 예를 들면, 이량체, 삼량체 또는 사량체의 형성은 예를 들면, US 제4,247,486 A1호에 기재되어 있다.

로듐 촉매의 분해 및/또는 비활성화는 균질하게 수행된 로듐-촉매된 하이드로포밀화 반응으로부터의 반응 산출물의 증류에 의한 후처리에서 발생할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이러한 분해 및/또는 비활성화는, 우선, 장치에 부착물 또는 피막을 형성하는 불용성 로듐 화합물 또는 로듐 금속의 침전을 야기할 수 있고, 균질하게 수행된 하이드로포밀화 공정으로 더이상 재순환시킬 수 없다. 이와 같이 로듐 양은 우선 연속 공정에 더이상 이용 가능하지 않고, 플랜트의 운전정지 동안 특정한 세정 방법에 의해서만 장치로부터 회수될 수 있다. 추가로, 분해 및 비활성화에 의하여 형성된 로듐-함유 고체는 증류 잔사 중의 현탁되고 이에 따라 펌프 가능한 형태로 존재할 수 있고, 하이드로포밀화 반응기로 재순환시킬 수 있지만, 이러한 현탁된 로듐-함유 고체는 종종 낮은 하이드로포밀화 활성을 가질 뿐이다. 이는 또한 증류 잔사 중에 용해된 형태로 존재하는 분해 및 비활성화 생성물에 적용할 수 있다. 알데히드의 제시된 공간시간 수율을 유지하기 위하여, 이에 따라, 형성된 고비점 알데히드 축합 생성물과 함께 제거된 로듐보다 새로운 로듐 착체 형태의 로듐을 더 많이 도입할 필요가 있다. 새로운 로듐 첨가량과 비활성화된 로듐의 방출량 사이의 차이는 플랜트에 잔존하고, 로듐 소모량으로서 초기에 계산한다.

사용된 올레핀계 불포화 화합물을 기준으로 한 로듐 소모량 또는 특정한 로듐 소모량은, 귀금속 로듐이 매우 고가이므로, EP 제0 805 138 A1호에 공지된 공정에서 균질하게 수행된 제2 하이드로포밀화 스테이지의 경제적 측면에 상당한 영향을 미친다. 로듐에 대한 상당한 가격 변동은 또한 경제 계획을 세우는데 매우 곤란하다.

균질하게 수행된 올레핀계 불포화 화합물의 로듐-촉매된 하이드로포밀화 반응으로부터의 반응기 산출물의 후처리 동안 촉매 비활성화를 감소시키는 다수의 방법이 선행 기술로부터 공지되어 있다.

DE 제102 20 801 A1호에 공지된 작동 방식에서, 하이드로포밀화 산출물은 하이드로포밀화 구역으로 재순환된 용액 중의 로듐 농도가 20 내지 150질량ppm 정도로 농축된다. 당해 문헌에는 로듐 촉매가 과도한 열 응력하에서 실시되지 않도록 하기 위하여 이의 농도를 보다 높은 수준으로 증가시키지 않고 이의 분해 및 비활성화를 촉진시키지 않을 것이 권고되어 있다.

DE 제100 48 301 A1호에 따르는 방법에서, 로듐 촉매는 일산화탄소로 처리하여 조 하이드로포밀화 생성물의 후처리 동안 안정시킨다. 이를 위하여, 하이드로포밀화 산출물을 먼저 감압시키고, 수득한 액체를 상부 분획(overhead fraction) 및 하부 분획(bottom fraction)으로 분리한다. 수득한 하부 분획을 하이드로보르밀화 반응기로부터의 산출물의 온도 미만으로 냉각시키고, 일산화탄소로 처리한다. 수득한 로듐-함유 용액을 이러한 방법으로 저장하고, 하이드로포밀화 공정으로 재순환시킬 수 있다.

착화제, 예를 들면, 트리페닐포스핀을 하이드로포밀화 반응으로부터의 반응 산출물로 가하여 증류에 의한 후처리 전에 당해 반응 산출물을 안정화시키는 것이 또한 공지되어 있다. EP 제0 272 608 A1호에 공지된 방법에서, 하이드로포밀화 스테이지는 로듐 촉매 및 트리페닐포스핀 옥사이드의 존재하에 수행하고, 하이드로포밀화 산출물을 트리페닐포스핀과 혼합하여 증류에 의한 후처리 전에 안정화시킨다. 휘발성 유기 성분, 예를 들면, 알데히드 및 알콜을 분리한 후, 로듐-함유 잔사를 산화시키고, 트리페닐포스핀을 트리페닐포스핀 옥사이드로 전환시킨다. 산화 촉매 잔사를 후속적으로 하이드로포밀화 구역으로 재순환시킨다.

WO 제01/58844 A2호는 또한 연속 하이드로포밀화 반응으로부터의 액체 산출물의 후처리에 관한 것이다. 공지된 방법에서, 2-스테이지 감압이 수행되며, 제1 스테이지에서의 감압은 반응기 압력 아래인 0.2-2MPa이다. 여기서 수득한 액체 상은 제2의 보다 저압 스테이지에서 추가로 감압되어 본질적으로 목적하는 하이드로포밀화 생성물의 주요 부분을 함유하는 기체 상을 남긴다. 고비점 부산물 및 균질하게 용해된 하이드로포밀화 촉매를 함유하는, 여기서 형성된 액체 상은 직접적으로 재순환시키거나 하이드로포밀화 반응기로 증류시켜 후처리 후 재순환시킨다. 증류에 의한 후처리의 경우, 제2 감압 스테이지로부터의 액체 상은 상부 부분(top part)으로 도입되고, 제2 감압 스테이지로부터의 기체 상은 증류 칼럼의 하부(bottom)에서 도입된다. 이러한 향류 작동 방식은 강력한 물질 전달을 발생시킨다. 촉매의 손상을 방지하기 위하여, 증류는 가능한 한 낮은 압력에서 수행한다. 증류 칼럼의 하부로부터의 촉매 함유 산출물은 후속적으로 하이드로포밀화 반응기로 재순환시킨다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 경제적으로 실행 가능한 조건하에, 촉매 수용액을 사용하여 수행된 하이드로포밀화 반응으로부터의 오프가스에 존재하는 올레핀계 불포화 화합물이 카보닐 화합물로 전환되도록 하면서 낮은 촉매 소모량을 특징으로 하는 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 올레핀계 불포화 화합물의 하이드로포밀화 방법을 제공하고,

상기 반응은, 제1 반응 스테이지에서, 0.4 내지 10MPa의 압력에서 촉매로서 착화된 수용성 유기 인(III) 화합물을 함유하는 로듐 화합물을 함유하는 수용액을 사용하는 불균질 반응 시스템에서 수행되어 오프가스를 형성하고, 상기 제1 반응 스테이지로부터의 오프가스를 제2 반응 스테이지에 공급하고, 여기서, 상기 오프가스에 여전히 존재하는 잔여량의 올레핀계 불포화 화합물을 15 내지 40MPa의 압력에서 촉매로서 로듐과 유기 인(III) 화합물과의 착체의 존재하에 균질 반응 시스템에서 반응시킨다. 당해 방법은,

a) 상기 제2 반응 스테이지로부터의 산출물을 동일한 압력 또는 이 보다 낮은 압력에서 탈기 용기로 통과시켜, 액체 상과 오프가스로서 방출되는 기체 상으로 분리하고,

b) 상기 탈기 용기에서 수득한 액체 상을 제1 감압 스테이지에서 상기 탈기 용기 속의 압력보다 낮은 압력으로 감압시켜, 액체 상과 기체 상으로 분리하고, 상기 기체 상을 응축시켜 오프가스(이는 방출되며, 상기 오프가스 중의 일산화탄소 함량은 10용적%를 초과한다)를 형성시키고,

c) 상기 제1 감압 스테이지에서 수득한 액체 상을 제2 감압 스테이지에서 제1 감압 스테이지의 압력보다 낮은 압력으로 감압시켜, 액체 상과 기체 상으로 분리하고, 상기 기체 상을 응축시켜 오프가스를 형성시켜 방출하고,

d) 상기 제2 감압 스테이지에서 수득한 액체 상을 증류 칼럼으로 도입시켜, 상기 하이드로포밀화의 본질적으로 비점이 높은 부산물, 균질하게 용해된 로듐 촉매 및 소량의 하이드로포밀화 생성물을 함유하는 액체 상과 하이드로포밀화 생성물을 함유하는 기체 상으로 분리하고,

e) 액상 로듐-함유 산출물을 하부(bottom)에서의 온도 150℃ 이하에서 증류 칼럼으로부터 방출하고, 이때, 상기 산출물을, 부분적으로는 방출하고, 부분적으로는 제2 반응 스테이지로 재순환시키고,

f) 상기 제2 반응 스테이지로 재순환되는 상기 액상 로듐-함유 산출물에, 새로운 로듐을, 첨가되는 새로운 로듐 대 방출된 로듐의 질량 비가 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1이 되는 양으로 첨가함을 특징으로 한다.

신규한 방법의 제1 반응 스테이지는 예를 들면, DE-B 제26 27 354호에 기재되어 있는 반응인, 2상 시스템에서의 불균질 반응으로서 수행된다. 당해 방법은 올레핀계 출발 물질 및 반응 생성물을 함유하는 유기 상 및 촉매가 용해된 수성 상의 존재를 특징으로 한다. 리간드로서 수용성 유기 인(III) 화합물을 함유하는 수용성 로듐 착체가 촉매로서 사용된다. 로듐과의 착체를 형성하는 수용성 인(III) 화합물의 예는 트리아릴포스핀, 트리알킬포스핀 및 유기 라디칼이 설폰산 그룹 또는 카복실 그룹을 함유하는 방향족 또는 혼합 지방족-방향족 비스포스핀이다. 이들의 제조 및 용도는 예를 들면, DE-B 제26 27 354호, EP 제0 103 810 B1호, EP 제0 163 234 B1호 및 EP 제0 571 819 A1호에 공지되어 있다. 적합한 화합물의 추가의 그룹은 설폰화 또는 카복실화 유기 비스포스파이트 및 또한 3가 인의 헤테로사이클릭 화합물이다(예를 들면, EP 제0 575 785 A1호, EP 제0 646 588 A1호).

제1 반응 스테이지에서의 반응이 발생하는 조건은 넓은 범위 내에서 변화될 수 있고 개별적인 환경에 맞출 수 있다. 이는, 특히 출발 물질, 선택된 촉매 시스템 및 목적하는 전환도에 좌우된다. 출발 물질의 하이드로포밀화는 통상적으로 50 내지 180℃의 온도에서 수행된다. 90 내지 150℃, 특히 110 내지 140℃의 온도가 바람직하게 사용된다. 전체 압력은 0.4 내지 10MPa, 바람직하게는 1 내지 6MPa, 특히 1.5 내지 5MPa의 범위에 걸쳐 연장된다. 수소 대 일산화탄소의 몰 비는 통상적으로 1:10 내지 10:1의 범위이고, 수소 및 일산화탄소를 3:1 내지 1:3, 특히 약 1:1의 비로 함유하는 혼합물이 특히 유용하다.

로듐 농도는 각각의 경우 촉매 수용액을 기준으로 하여, 20 내지 1000중량ppm, 바람직하게는 50 내지 500중량ppm, 특히 100 내지 300중량ppm이다. 촉매로서 화학량론적 조성을 갖는 로듐-인 착체를 사용하는 것이 가능하지만, 반응은 통상적으로 과량의 인 리간드, 즉 로듐과 배위 결합을 형성하지 않은 리간드의 존재하에 수행된다. 로듐 1mol당 수용성 유기 인 화합물 형태의 인(III) 화합물을 3 내지 200mol 사용하는 것이 바람직하다. 1:50 내지 1:100 범위의 로듐 대 인의 몰 비가 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 로듐-인 착체 촉매는 균일한 조성을 가질 필요는 없지만, 예를 들면, 인 리간드의 유형에 대하여 상이한 로듐 착체의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 촉매 수용액에 존재하는 유리 인 리간드는 상이한 수용성 유기 인(III) 화합물의 혼합물로 구성될 수 있다. 촉매는 통상적으로 하이드로포밀화 반응 조건하에 로듐 또는 로듐 화합물, 수용성 유기 인(III) 화합물 및 합성 기체 성분들로부터의 반응 혼합물에서 형성된다. 그러나, 이는 수행된 상태에서, 즉 개별적으로 제조된 상태에서 반응 스테이지로 도입될 수도 있다.

공정 공학 설계 및 장치에 대한 신규한 방법의 제1 스테이지의 구성은 또한 넓은 한계 내에서 변화시킬 수도 있다. 수성 촉매 상을 사용하는 불균질 하이드로포밀화의 바람직한 양태는 EP 제0 103 810 B1호에 기재되어 있다. 반응 생성물은 유리하게는 공정으로 재순환되는 촉매 수용액으로부터 상 분리기에서 분리한다. 상 분리는 매우 온화한 조건하에 수행되고, 로듐은 사실상 완전히 수성 상에 용해된 형태로 존재하므로, 매우 소량의 로듐 손실만이 당해 공정 스테이지에서 발생한다. 산업적 작동 동안의 촉매 활성 감소는 새로운 촉매를 함유하는 수용액의 도입에 의하여 또는 반응 온도의 증가에 의하여 보상된다.

올레핀계 불포화 화합물의 매우 상당한 전환율이 통상적으로 제1 반응 스테이지에서 추구된다.

그러나, 개별적인 경우, 보다 크거나 작은 크기의 부분 전환율이 또한 사용될 수도 있다.

제1 반응 스테이지를 벗어나는 오프가스인 오프가스 스트림은 순환 기체 혼합물 중의 불활성 물질의 축적을 방지하기 위한, 반응기로부터 직접 제거된 오프가스인, 반응기 오프가스 및 상 분리기 중의 촉매 용액과 조 반응 생성물의 분리에서 발생하는 기체상 성분인, 생성물 오프가스로 구성된다. 제1 반응 스테이지로부터 제거된 오프가스 스트림, 즉 반응기 오프가스 및 생성물 오프가스는 함께 본질적으로 미반응 올레핀계 불포화 화합물, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 올레핀계 불포화 화합물의 수소화 생성물로 이루어진다. 이러한 기체 혼합물은 후속적으로 응축시켜 액상 오프가스 응축물 및 오프가스를 생성한다. 오프가스는 압축기로 공급한 다음, 새로운 합성 기체, 즉 일산화탄소와 수소의 혼합물 및 가능하게는 수소와 함께 제2 반응 스테이지로 공급한다. 액상 오프가스 응축물은, 추가의 중간 처리 없이 직접 또는 물 및 물에 존재하는 물질, 예를 들면, 용해된 착화 리간드를 분리하는 작용을 하는 필터 장치로 통과시킨 후, 출발 물질과 마찬가지로 제2 반응 스테이지로 공급한다.

제2 반응 스테이지는 제1 스테이지와 독립적으로 작동시킨다. 이러한 제2 스테이지에서, 오프가스 스트림에 존재하는 올레핀계 불포화 화합물의 잔여량을 균질 반응 시스템에서 일산화탄소 및 수소와 반응시킨다. 용어 "균질 반응 시스템"은 본질적으로 용매, 촉매, 올레핀계 불포화 화합물 및 반응 생성물로 구성된 균질 용액을 말한다. 리간드로서 유기 인(III) 화합물을 함유하는 로듐 착체가 촉매로서 사용된다. 이러한 착체 및 이의 제조방법은 공지되어 있다[예를 들면, US 제3 527 809 A1호, US 제4 148 830 A1호, US 제4 247 486 A1호, US 제4 283 562 A1호]. 이는 균일한 착체로서 또는 상이한 착체의 혼합물로서 사용될 수 있다. 반응 매질 중의 로듐 농도는 약 1 내지 약 1000중량ppm의 범위에 걸쳐 연장되고, 바람직하게는 10 내지 500중량ppm이다. 특히, 로듐은 각각의 경우, 사용된 올레핀계 불포화 화합물을 기준으로 하여, 10 내지 200중량ppm의 농도로 사용된다. 제1 스테이지에서와 같이, 화학량론적 조성을 갖는 로듐 착체가 촉매로서 사용될 수 있다. 그러나, 로듐-인 착체 및 유리된, 즉, 더이상 로듐과 착체를 형성하지 않는 과량의 인 리간드로 구성된 촉매 시스템의 존재하에 하이드로포밀화를 수행하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 유리 인 리간드는 로듐 착체에서와 동일할 수 있지만, 또한 이와 상이한 리간드를 사용하는 것도 가능하다. 유리 리간드는 균일한 화합물일 수 있거나 다양한 유기-인 화합물의 혼합물로 이루어질 수 있다. 촉매로서 사용될 수 있는 로듐-인 착체의 예는 US 제3 527 809 A1호에 기재되어 있다. 로듐 착체 촉매에서 바람직한 리간드는 예를 들면, 트리아릴포스핀, 예를 들면, 트리페닐포스핀, 트리알킬포스핀, 예를 들면, 트리(n-옥틸)포스핀, 트리라우릴포스핀, 트리(사이클로헥실)포스핀, 알킬페닐포스핀, 사이클로알킬페닐포스핀 및 유기 비스포스파이트를 포함한다. 이의 즉각적 이용 가능성 때문에, 트리페닐포스핀이 특히 빈번하게 사용된다.

로듐 대 인의 몰 비는 통상적으로 1:1 내지 1:300이지만, 유기 인 화합물 형태의 인의 몰 분율은 또한 더 높을 수 있다. 로듐 및 유기 결합된 인을 1:3 내지 1:200의 몰 비로 사용하는 것이 바람직하다. 트리아릴포스핀이 사용되는 경우, 1:30 내지 1:150의 Rh/P 몰 비가 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.

하이드로포밀화 반응은 용매의 존재하에 수행한다. 사용된 용매는 출발 물질, 반응 생성물 및 촉매 시스템이 용해될 수 있는 유기 화합물이다. 이러한 화합물의 예는 방향족 탄화수소, 예를 들면, 벤젠, 톨루엔 또는 크실렌이다. 사용될 수 있는 기타 용매는 파라핀 오일, 케톤 또는 에테르이다. 하이드로포밀화에서 고비점 부산물로서 형성되는, 알데히드의 고비점 축합 화합물이 특히 유용한 용매인 것으로 밝혀졌다. 반응 매질 중의 용매의 비율은 넓은 농도 범위에 걸쳐 변화될 수 있고, 통상적으로 반응 혼합물을 기준으로 하여, 20 내지 90중량%, 바람직하게는 50 내지 80중량%이다.

전체 공정의 제2 스테이지에서의 반응 압력은 15 내지 40MPa의 범위이다. 15 내지 35MPa, 바람직하게는 20 내지 30MPa의 범위의 압력을 사용하는 것이 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 이러한 범위는 반응이 하나 이상의 스테이지로 수행되는 지의 여부에 관계 없이, 균질한 반응 시스템에서 로듐과 유기 인(III) 화합물과의 착체의 존재하의 하이드로포밀화에서 이례적인 범위이다. 수소 대 일산화탄소의 용적 비는 1:10 내지 10:1, 바람직하게는 1:3 내지 3:1, 특히 1:1이다.

신규한 방법의 제2 스테이지에서의 반응 온도는 50 내지 160℃이다. 60 내지 150℃, 특히 75 내지 140℃의 온도가 바람직하다.

제2 반응 스테이지에는 병렬로 또는 직렬로 작동되는 하나 이상의 하이드로포밀화 반응기가 제공될 수 있다. 제2 반응 스테이지는 제1 스테이지에서 반응하지 않고 오프가스에 존재하는 올레핀계 불포화 화합물의 주요 부분이 하이드로포밀화되는 것을 보장한다. 올레핀계 불포화 화합물은 오프가스에 상당한 희석도로 존재하지만, 고압하에 균질하게 수행되는 제2 반응 스테이지는 고 효율로 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 저급 올레핀의 하이드로포밀화에서, 오프가스 중의 미반응 올레핀계 출발 물질의 비율은 단지 약 20 내지 70중량%이다. 이러한 농도는 이러한 유형의 반응에서 불포화 출발 화합물의 실질적 전환에서 바람직하지 않다. 제1 반응 스테이지로부터 오프가스와 함께 방출되는 불순물, 예를 들면, 물, 제1 반응 스테이지로부터의 촉매에 대한 용매 또는 촉매 시스템의 황 함유 분해 생성물, 예를 들면, 머캅탄은 특정한 범위 내에서 허용될 수 있지만, 머캅탄은 유기 반응 매질에 즉시 용해성이고 촉매 독으로서 작용할 수 있다고 공지되어 있다. 물은 또한 균질하게 용해된 로듐 착체로부터 유기 인 리간드를 치환시켜 촉매적으로 비활성인 물질을 형성할 수도 있다. 물에 용해된 화합물, 예를 들면, 제1 반응 스테이지에 사용된 수용성 유기 인(III) 화합물의 비말 동반량(entrained amount)은 또한 균질하게 용해된 로듐 착체를 손상시킬 수도 있다. 그러므로, 제1 불균질 하이드로포밀화 스테이지와 후속적인 균질 하이드로포밀화 스테이지 사이에 분리 장치, 예를 들면, 필터 장치를 설치하여 제1 하이드로포밀화 스테이지로부터의 오프가스 응축물에 존재하는 불순물을 분리하고, 이것이 제2 반응 스테이지로 도입되는 것을 방지하는 것이 권장된다. 공정을 수행하는 이러한 방법은 특허원 제10 2009 004 655.0호에 기재되어 있다.

제2 반응 스테이지로부터의 액체 산출물은 감압 스테이지 및 증류 장치를 통하여 후속적으로 후처리시킨다. 액체 산출물은 먼저 액체 상 및 기체 상으로의 분리가 발생하는 탈기 용기로 도입한다. 탈기 스테이지가 수행되는 탈기 용기는 또한 고압 분리기라고도 한다. 여기서 수득한 기체 상은 본질적으로 합성 기체를 생성하는 공정으로부터의 과량의 합성 기체, 미반응 올레핀계 불포화 화합물, 수소화 생성물 및 불활성 기체를 함유한다. 기체 상은 고압 오프가스로 공지된, 오프가스로서 방출되고, 열적으로 이용된다. 수득한 액체 상은 본질적으로 하이드로포밀화 생성물, 하이드로포밀화의 고비점 부산물, 예를 들면, 고비점 알데히드 축합 생성물, 로듐 착체 및 용해된 합성 기체를 함유한다. 추가의 유기 용매, 예를 들면, 톨루엔 또는 크실렌이 제2 반응 스테이지에서 사용되는 경우, 당해 용매도 존재한다. 그러나, 추가의 유기 용매를 가하지 않고 용매로서 고비점 알데히드 축합 생성물을 사용하는 것이 바람직하다. 탈기 스테이지는 액체 산출물에 용해된 기체상 성분을 제거하는 작용을 하고, 이에 따라, 제2 반응 스테이지에서의 압력 또는 그 보다 낮은 압력에서 수행한다. 탈기 스테이지에서의 압력은 반응기 압력보다 단지 약간 낮고 일반적으로 제2 반응 스테이지에서의 반응기와 후속적인 탈기 용기 사이의 압력 강하에 상응한다.

고압 분리기에서 분리된 액체 상은 후속적으로 탈기 용기로부터의 액체 스트림으로서 방출되고 제1 감압 스테이지에서 중압 분리기에서 탈기 스테이지에서의 압력보다 낮은 압력으로 감압시킨다. 이러한 제1 감압 스테이지에서의 감압은 바람직하게는 0.1 내지 3.0MPa, 특히 0.5 내지 2.0MPa인 압력이다. 이러한 제1 감압 스테이지에서, 역시, 기체 상 및 액체 상으로 분리된다. 합성 기체와는 별도로, 제1 감압 스테이지로부터의 기체 상은 본질적으로 미반응 올레핀계 불포화 화합물 및 수소화 생성물을 함유한다. 기체 상은 응축시키고, 응축물은 가치있는 생성물로서 공정으로 재순환시키고, 비응축 오프가스는 방출시키고 열 이용을 위해 통과시킨다. 10용적% 초과의 일산화탄소 함량이 제1 감압 스테이지로부터 방출된 오프가스에서 고정된다는 것은 본 발명의 방법의 성공에 필수적이다. 일산화탄소 함량은 바람직하게는 15 내지 40용적%, 특히 18 내지 30용적%의 범위이다. 로듐 착체를 안정화시키고 촉매 비활성화를 방지하고, 고체, 예를 들면, 금속성 로듐의 침전을 방지하기 위하여, 특정한 일산화탄소 농도를 공정 중 이 지점에서 유지시킬 필요가 있다. 중압 분리기로부터 방출된 오프가스 중의 일산화탄소 농도는 예를 들면, 고압 분리기로부터 적합한 크기의 오프가스 스트림을 방출시켜 공정으로부터 고비율의 불활성 물질을 방출시킴으로써 조절할 수 있다. 임계 일산화탄소 농도를 갖는, 중압 분리기로부터 방출된 오프가스는 중압 오프가스라고 한다. 방출된 오프가스 중의 일산화탄소 함량 측정은 통상적인 방법을 사용한 오프가스 분석에 의하여 수행한다.

제1 감압 스테이지에서 수득한 액체 상은 본질적으로 목적하는 하이드로포밀화 생성물, 로듐 착체, 용매로서의 고비점 알데히드 축합 생성물 및, 사용되는 경우, 추가의 유기 용매를 함유한다. 이는 후속적으로 제2 감압 스테이지에서 저압 분리기에서 제1 감압 스테이지의 압력보다 낮은 압력으로 감압시키고, 다시 한번 액체 상 및 기체 상으로 분리된다. 이러한 제2 감압 스테이지에서, 감압은 바람직하게는 0.1 내지 0.5MPa, 특히 0.1 내지 0.3MPa인 압력에서 발생한다. 여기서 수득한 기체 상은 주로 저비점 성분, 예를 들면, 미반응 올레핀계 불포화 화합물 또는 수소화 생성물 및 또한 소량의 합성 기체 및 소량의 목적하는 하이드로포밀화 생성물을 함유한다. 기체 상은 응축시키고, 응축물은 공정으로 재순환시키고, 비응축 오프가스는 저압 기체로서 방출시키고 열 이용을 위해 통과시킨다.

저압 분리기에서 수득한 액체 상은 증류 칼럼, 바람직하게는 중간부로 도입하여 로듐 촉매로부터 목적하는 하이드로포밀화 생성물을 분리한다. 랜덤 팩킹 소자, 예를 들면, 라시히 링(raschig ring), 스파이럴(spiral) 또는 새들(saddle), 정렬된 팩킹 또는 내장재, 예를 들면, 트리클 트레이(trickle tray)가 갖추어질 수 있는 통상적인 증류 칼럼을 사용하여 분리 성능을 개선시키는 것이 가능하다. 증류 조건, 예를 들면, 온도 및 압력은 목적하는 알데히드의 물리적 특성에 좌우된다. 용해된 로듐 착체 촉매의 비활성화 및 로듐 화합물 또는 로듐 금속의 부착을 방지하기 위하여, 증류 칼럼으로부터의 액체 산출물은 150℃ 이하, 바람직하게는 100 내지 150℃ 범위의 칼럼의 하부 온도에서 방출시킨다. 방출 칼럼은 일반적으로 대기압에서 작동하지만, 분리되는 알데히드에 따라, 그보다 높거나 낮은 압력도 설정될 수 있다. 예를 들면, 프로필렌이 올레핀계 불포화 화합물로서 가공되는 경우, 목적하는 부티르알데히드는 110 내지 130℃ 범위의 하부 온도에서 대기압하에 증류시킨다. 증류 칼럼으로부터의 상부 생성물은 목적하는 하이드로포밀화 생성물을 함유하며, 이는 추가의 칼럼으로 도입되어 이를 n-알데히드 및 이소-알데히드로 분리된다.

본질적으로 비점이 높은 알데히드 축합 생성물 및, 첨가된 경우, 유기 용매로 이루어지고, 로듐 촉매가 균질 용액으로서 존재하고, 부분적으로 현탁된 형태의 보다 낮은 촉매 활성을 갖는 추가의 로듐 화합물을 함유하는, 증류 칼럼의 하부에서 제거된 액체 스트림은, 부분적으로 방출되어 알데히드 축합 생성물의 축적을 예방한다. 하이드로포밀화 플랜트의 정상 상태 작동에서, 알데히드 축합 생성물의 농도는, 하이드로포밀화 반응 동안 형성된 양이 방출된 양에 근사하게 상응하기 때문에, 일정하게 잔존한다.

방출되지 않은 부분은 제2 반응 스테이지로 재순환시킨다. 새로운 로듐 및 유리 유기 인(III) 화합물, 바람직하게는 촉매 공정에 사용된 인 화합물은 재순환된 액체 스트림에 첨가된다. 유기 인(III) 화합물은 로듐 대 인의 몰 비가 1:3 내지 1:200, 바람직하게는 1:30 내지 1:150인 양으로 첨가된다.

새로운 로듐은 로듐 화합물, 예를 들면, 로듐 염, 예를 들면, 지방족 모노카복실산 및 폴리카복실산의 염, 예를 들면, 로듐 2-에틸헥사노에이트, 아세테이트, 옥살레이트, 프로피오네이트 또는 말로네이트, 무기 수소산과 옥소산의 염, 예를 들면, 니트레이트, 설페이트 또는 클로라이드, 로듐 착체, 예를 들면, 사이클로펜타디에닐로듐 화합물, 로듐 아세틸아세토네이트, [RhCl(1,5-사이클로옥타디엔)]₂, 로듐 카보닐 화합물, 예를 들면, Rh₃(CO)₁₂, Rh₆(CO)₁₆의 형태 또는 다양한 로듐 옥사이드의 형태로 알데히드 축합 생성물을 통하여 방출된 로듐에 대해 첨가된 새로운 로듐의 질량비가 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1인 양으로 첨가된다. 로듐은 바람직하게는 로듐 2-에틸헥사노에이트의 형태로 첨가된다.

새로운 로듐 첨가에 사용되는 로듐 화합물은 유기 용매에 용해되거나, 용해 거동에 따라, 유기 용매에 현탁된다. 유리한 용매는 고비점 알데히드 축합 생성물 또는 바람직하게는 목적하는 알데히드인 것으로 밝혀졌다.

유리 유기 인(III) 화합물 및 유리하게는 로듐 2-에틸헥사노에이트 형태의 새로운 로듐을 재순환되는, 로듐-함유 용액에 가한 후, 이러한 방법으로 조절된 용액을 고압하에 수행된 제2 반응 스테이지로 재도입시킨다.

중압 분리기로부터 방출된 오프가스(중압 오프가스) 중의 일산화탄소 함량을 10용적% 초과, 바람직하게는 15 내지 40용적% 초과로 설정하는 것과는 별도로, 방출된 로듐 대 새로이 첨가된 로듐의 질량비는 특정한 로듐 소모량을 감소시키는 데 있어서 중요하다. 지나치게 많은 로듐이 고비점 알데히드 축합 생성물을 통하여 방출되는 경우, 단위 시간 및 단위 반응기 용적당 하이드로포밀화 생성물의 만족스러운 양을 수득하기 위하여 지나치게 많은 새로운 로듐이 첨가되어야 한다. 다른 한편으로, 지나치게 많은 로듐이 재순환되는 경우, 놀랍게도 공간시간 수율의 감소가 또한 관찰된다.

기계론적 고려 사항에 관하여 상세히 설명하려는 것은 아니지만, 로듐이 고압 하이드로포밀화 조건하에 장치에서 및 후속적인 감압 및 증류 스테이지에서 로듐-함유 고체로서 우선적으로 침전되는 화합물 형태로 재순환된 액체 스트림에 존재하는 것으로 추정될 수 있다. 이러한 고체는 하이드로포밀화 활성을 전혀 갖지 않거나 매우 약간 갖는 것으로 나타난다. 이는 부분적으로는 장치에 잔존하고, 액체스트림과 함께 방출되지 않으므로, 상대적으로 다량의 로듐이 증류 칼럼으로부터 하부를 통하여 제2 반응 구역으로 재순환됨에도 불구하고, 목적하는 공간시간 수율을 수득하기 위하여 보다 많은 새로운 로듐을 가할 필요가 있다. 또한, 재순환된 로듐 화합물이 결정화 핵으로서 작용하고 촉매적으로 활성인 로듐 화합물의 비활성 고체로의 전환을 촉진시킨다는 것도 가정될 수 있다. 중압 분리기로부터 방출된 오프가스 중의 일산화탄소 함량이 10용적% 초과, 바람직하게는 15 내지 40용적%의 범위이고, 이에 따라 일산화탄소가 로듐 화합물을 안정화시키는 데 충분한 양으로 이용 가능하며, 첨가된 새로운 로듐 대 고비점 알데히드 축합 생성물을 통하여 방출된 로듐의 질량비가 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1인 경우에만, 고압 하이드로포밀화 반응기 및 후속적인 후처리 장치에서의 로듐-함유 고체의 침전이 효과적으로 억제될 수 있다.

고비점 알데히드 축합 생성물은 용매로서 작용하고, 불균질 반응 혼합물 중에서의 이의 존재는 상대적으로 넓은 농도 범위에 걸쳐 허용될 수 있으므로, 로듐 방출량은 사용되는 새로운 로듐에 대하여 표적화 방식으로 설정될 수 있다. 이러한 방법으로 설정되고 방출된 로듐의 양은 이어서 또한 공정으로부터의 충분한 고비점 알데히드 축합 생성물을 제거하고, 균질 반응 혼합물 중의 이의 축적이 방지된다.

재순환되는 로듐 화합물은, 다른 한편으로, 낮은 활성을 갖는 형태로 존재한다. 하이드로포밀화 반응에서의 소정의 공간시간 수율을 달성하고, 새로운 로듐의 첨가를 가능한 한 적게 유지시키기 위하여, 증류 칼럼으로부터 상대적으로 다량의 로듐-함유 하부 물질(bottoms)이 공정으로 회수되고 순환되어야 한다. 새로이 첨가된 로듐 대 방출된 로듐의 소정의 비가 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1인 경우에만, 저활성 형태로 순환된 로듐의 양 및 재순환된 로듐에 대하여 단지 충분히 방출된 로듐의 양이 일산화탄소 농도 설정에서 충분히 안정하고 새로이 첨가된 로듐이 손상되지 않는 양으로 존재한다. 올레핀계 불포화 화합물을 기준으로 하여, 0.5 내지 3중량ppm 범위의 상대적으로 소량의 새로운 로듐은, 이에 따라, 목적하는 공간시간 수율을 달성하기 위해 첨가하여야 한다. 다른 한편으로, EP 제0 805 138 A1호에 공지된 방법이 사용되는 경우, 새로운 로듐은 올레핀계 불포화 화합물을 기준으로 하여, 3 내지 6중량ppm의 범위의 양으로 첨가한다. 이어서, 이는 상응하게는 공지된 방법에서 보다 높은 로듐 소모량을 나타낸다.

방출되는 증류 칼럼으로부터의 로듐-함유 하부 물질의 일부는 바람직하게는 제2 증류 칼럼, 애프터-러닝즈 칼럼(after-runnings column)으로 통과시킨다. 애프터-러닝즈 칼럼은 여전히 특정한 휘발도를 갖는 고비점 알데히드 축합 생성물의 일부가 상부 영역으로부터 및 칼럼의 하부에서 측면 유통관(offtake)으로부터 방출되는 한편, 제2 증류 칼럼으로부터의 로듐-함유 하부 물질의 일부는 방출되고, 방출되지 않은 부분은 증류 칼럼으로부터의 액상 로듐-함유 산출물과 합쳐져서 제2 반응 스테이지로 재순환되는 조건하에 작동시킨다. 본 발명의 방법의 이러한 양태에서, 재순환된 로듐의 양은 이러한 합한 로듐-함유 액체 스트림에 존재하는 양인 한편, 로듐 방출량은 애프터-러닝즈 칼럼으로부터의 하부 물질을 통하여 방출된다. 애프터-러닝즈 칼럼은 120 내지 150℃, 바람직하게는 130 내지 140℃의 범위의 상대적으로 낮은 온도 및 5 내지 15hPa의 압력에서 작동시켜 용해된 로듐 착체에 대한 손상을 가능한 한 낮게 유지시킨다. 증류 조건의 정밀한 선택은 각각의 알데히드 축합 생성물의 특성에 좌우된다. 애프터-러닝즈 칼럼은 예를 들면, 랜덤 팩킹 소자, 정렬된 팩킹 또는 내장재로 제공된 통상적인 칼럼이다.

증류 칼럼 및 제2 증류 칼럼(애프터-러닝즈 칼럼)으로부터 로듐-함유 하부 물질을 필터로 통과시켜 현탁된 고체를 분리시키는 것이 또한 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 부분적 로듐-함유 고체는 부작용을 갖는 것으로 밝혀졌고, 고압 하이드로포밀화 구역 및 다운스트림(downstream) 압력 분리기 및 증류 분리기로 재순환시킨 후, 로듐 촉매를 손상시키고 추가의 로듐-함유 고체의 침전을 촉진시키고 이에 따라 로듐 손실을 야기할 수 있다. 적합한 필터 매질은 선행 기술에서 통상적인 물질, 예를 들면, 유리 섬유 또는 금속 섬유이다.

본 발명에 따르는 바람직한 방법은 도 1에 나타낸 이론적 도식의 도움으로 아래에 설명한다. 그러나, 본 발명의 방법은 도면에 나타낸 양태로 제한되지 않는다. 불균질하게 수행된 제1 반응 스테이지에 관한 전체 공정의 일부는 도 1에 나타내지 않았다.

불균질하게 수행된 제1 하이드로포밀화 반응으로부터의 오프가스 응축물은, 임의로 올레핀계 불포화 화합물과 혼합되어, 임의로 라인(1)을 통하여 고압 하이드로포밀화 반응기(3)로 공급되고, 합성 기체는 라인(2)를 통하여 상기 반응기로 제공되고, 제1 하이드로포밀화 스테이지로부터의 오프가스는 상기 반응기로 도입된다. 하이드로포밀화 산출물을 라인(4)를 통하여 제거하고, 탈기 용기(5), 즉 고압 분리기로 도입한다. 여기서, 반응 혼합물을 하이드로포밀화 반응기(3)에서 우세한 압력보다 약간 낮은 압력으로 되게 하고, 주로 합성 기체, 미반응 올레핀계 불포화 화합물 및 휘발성 화합물 및 액체 상을 함유하는 기체 상으로 분리한다. 탈기 용기(5)로부터의 기체 상은 라인(6)을 통하여 방출하고, 열 이용을 위해 통과시킨다.

액체 상은 라인(7)을 통하여 액체를 1.0 내지 3.0MPa의 압력으로 감압시키는, 제1 감압 용기(8), 즉 중압 분리기로 공급한다. 이는 기체 상 및 액체 상을 형성한다. 기체 상은 주로 합성 기체, 미반응 올레핀계 불포화 화합물 및 저온 비등물을 함유하고, 라인(9)를 통하여 방출된다. 기체 상은 응축기(10)에서 응축되고, 예를 들면, 냉각되고, 응축물은 감압 용기(8)로부터 라인(13)을 통하여 제공된 액체 상과 라인(11)을 통하여 합쳐진다. 응축기(10)로부터의 비응축 오프가스는 라인(6)을 통하여 제공된 오프가스와 라인(12)를 통하여 합쳐지고 열 이용을 위해 통과시킨다.

응축 후 10용적% 초과, 바람직하게는 15 내지 40용적% 범위의 일산화탄소 함량이 라인(12)를 통하여 방출된 오프가스(중압 오프가스) 중에 있도록 설정되는 것이 중요하다. 이는 라인(6)을 통하여 탈기 용기(5)로부터 충분한 오프가스를 방출시켜 달성될 수 있다.

감압 용기(8)에서 수득한 액체 상을 라인(13)을 통하여 제거하고, 라인(11)을 통하여 제공된 응축물과 합하고, 제2 감압 용기(14), 즉 저압 분리기로 도입하며, 여기서, 액체는 0.1 내지 0.3MPa의 압력으로 감압시킨다. 이는 미량의 합성 기체, 미반응 올레핀계 불포화 화합물 및 추가의 휘발성 화합물, 예를 들면, 수소화 생성물을 함유하는 기체 상을 형성시키고, 라인(15)를 통하여 응축기(16)로 수송하고 여기에서 응축시킨다. 액상 응축물은 라인(17)을 통하여 제2 감압 용기(14)로부터 라인(19)를 통하여 제공된 액체 상과 합쳐진다. 응축기(16)에서 수득한 비응축 성분은 라인(18)을 통하여 오프가스(저압 오프가스)로서 방출시키고 열 이용을 위해 통과시킨다.

수득한 액체 상은 본질적으로 하이드로포밀화 생성물, 하이드로포밀화로부터의 고비점 부산물로서의 고비점 알데히드 축합 생성물, 로듐-함유 하이드로포밀화 촉매, 추가로 촉매적으로 덜 활성이거나 비활성인 로듐 착체 및, 적용 가능한 경우, 용매를 함유한다. 라인(17) 및 라인(19)를 통하여 제공된 액체 상을 합하고, 증류 칼럼(20)으로 공급하고, 당해 칼럼에서 목적하는 하이드로포밀화 생성물을 로듐 및 고비점 물질로부터 분리한다. 칼럼(20)은 예를 들면, 강력한 기체-액체 교환을 위한 랜덤 팩킹 소자, 정렬된 팩킹 또는 내장재를 갖춘 통상적인 증류 칼럼이다. 라인(21)을 통하여 증류 칼럼(20)의 상부에서 제거된 하이드로포밀화 생성물은 후속적으로 추가의 증류 스테이지에서 n-알데히드 및 이소-알데히드(도 1에 도시하지 않음)로 분리된다. 증류 칼럼(20)으로부터의 로듐-함유 하부 물질은 라인(22)를 통하여 하부에서의 온도 150℃ 이하에서 방출하고, 통상적인 필터 재료, 예를 들면, 금속 섬유 또는 유리 섬유로 제조된 필터 재료를 갖춘 필터 장치(23)에 공급한다. 여기서, 예를 들면, 플랜트 부품으로부터 마멸된 고체, 또는 하이드로포밀화 반응 동안의 증류 및 감압 스테이지에서 형성되고 유기 액체에 불용성인 화합물이 보유된다. 고체를 제거한 용액은 후속적으로 라인(24)를 통하여 방출한다. 유기 용액에 존재하는 이러한 고체는 부정적인 영향을 미치고 로듐 촉매의 분해 및 탈활성화를 촉진시킨다.

라인(24)를 통하여 방출된 액체 스트림을 후속적으로 분리하고 라인(25) 및 라인(26)을 통하여 방출한다. 라인(25)를 통하여 제거된 스트림은 추가의 증류 칼럼(26), 즉 애프터-러닝즈 칼럼에 공급하고, 이로부터 잔존하는 휘발성 알데히드 축합 생성물을 라인(27)을 통하여 상부(top)에서 방출하고, 여전히 특정한 휘발도를 갖는 고비점 알데히드 축합 생성물을 하부 측면 유통관(28)을 통하여 방출하고, 로듐-함유 액체 하부 물질을 라인(29)를 통하여 방출한다. 라인(27) 및 라인(28)을 통하여 방출된 스트림을 방출시키고, 임의로 추가의 열처리시킨다. 칼럼(26)은 또한 통상적인 증류 칼럼이다. 라인(29)를 통하여 제거된 하부 물질은 여과 장치(23)와 유사한 방식으로 제작되고 존재하는 고체를 분리하는 작용을 하는 여과 장치(30)에 공급한다. 고체를 제거한 로듐-함유 고비점 알데히드 축합 생성물은 라인(31)을 통하여 수송한다. 이러한 액체 스트림의 일부는 라인(32a)을 통하여 방출하고, 존재하는 로듐 잔여량을 별도로 후처리한다. 기타 로듐-함유 액체 스트림을 라인(32b)을 통하여 재순환시키고, 라인(26)을 통하여 제공된 로듐-함유 용액과 합하고, 라인(33)을 통하여 원료 용기(34)로 수송한다.

새로운 유기 인(III) 화합물을 라인(35)를 통하여 원료 용기(34) 속의 합한 로듐-함유 액체 스트림에 첨가한다.

새로운 로듐 화합물, 바람직하게는 새로운 로듐 2-에틸헥사노에이트는 공급 라인(37)을 통하여 혼합 용기(36)로 도입하고, 유기 용매, 바람직하게는 목적하는 순수한 알데히드는 라인(38)을 통하여 도입한다.

혼합물은 라인(39)를 통하여 원료 용기(34)에 공급하고, 여기서 생성된 액체는 라인(40)을 통하여 방출한다. 본 발명의 방법의 바람직한 양태에서, 혼합 용기(36)에서 형성된 새로운 로듐 용액은 원료 용기(34)로 도입되지는 않지만, 그 대신 라인(41)(파선으로 나타냄)을 통하여, 라인(40)을 통하여 제공된 유기 인(III) 화합물과 혼합된 로듐-함유 용액과 합쳐진다. 이러한 방법으로 생성된 용액은 후속적으로 라인(42)를 통하여 고압 하이드로포밀화 반응기(3)로 재순환시킨다.

순환 촉매는 원료 용기(34)로부터 온 것이고, 라인(40)을 통하여 반응기(3)로 공급한다. 새로운 로듐은 라인(39)를 통하여 또는 바람직하게는 라인(41)을 통하여 제공된다. 하이드로포밀화 반응에서 목적하는 공간시간 수율을 유지하기 위하여, 상대적으로 다량의 촉매가 순환되어야 한다. 따라서, 라인(40)을 통하여 제공된 액체(순환 촉매)의 양은, 몰 비로 나타내는 경우, 라인(41)을 통하여 제공된 액체(새로운 로듐)의 양의 500배 이하일 수 있다. 최종적으로, 라인(40) 및 라인(41)으로부터의 스트림을 합하고 라인(42)를 통하여 함께 반응기(3)로 보낸다.

라인(39) 또는 라인(41)을 통하여 첨가된 로듐의 양은 라인(32a)을 통하여 공정으로부터 방출된 로듐의 양에 좌우되며, 첨가된 새로운 로듐 대 방출된 로듐의 몰 비는 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1이다.

본 발명의 방법은 어떠한 구조의 올레핀계 불포화 화합물에도 적용될 수 있다. 따라서, 내부 이중 결합을 갖는 올레핀과 말단 이중 결합을 갖는 올레핀 둘 다 및 또한 직쇄 또는 분지된 올레핀이 출발 물질로서 적합하다. 추가로, 올레핀은 또한 관능 그룹, 특히 반응 과정 동안 변경되지 않은 관능 그룹에 의하여 치환될 수 있다. 다중 올레핀계 불포화 화합물은 또한 가능한 출발 물질일 수 있다. 당해 방법은 분자내 탄소수 3 내지 6의 올레핀계 불포화 탄화수소, 바람직하게는 프로필렌 및 1-부텐 및 1-부텐 및 2-부텐을 함유하는 혼합물의 하이드로포밀화에 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.

본 발명은 다음 실시예에서 예시되지만, 기재된 양태로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

제1 반응 스테이지

반응기에, 활성 수용성 촉매 HRhCO(TPPTS)₃을 격렬하게 교반하면서 5MPa의 합성 기체 압력(CO:H₂ = 1:1) 및 122℃의 온도에서 아세트산로듐 및 트리페닐포스핀트리설포네이트-Na(TPPTS)로부터 제조한다. 로듐 화합물 및 TPPTS를, 촉매 수용액 중의 로듐 농도가 300중량ppm이고 로듐 대 인의 몰 비가 약 1:100이 되는 양으로 사용한다.

예열된 프로필렌을 반응기의 하부에서 분배기 링을 통하여 반응 구역으로 도입하고, 여기서 올레핀을 일산화탄소 및 수소와 122℃ 및 5MPa에서 반응시켰다. 기체 및 액체 성분들로 이루어진 스트림 생성물을 반응기의 상부(upper part)로부터 제거하고, 상 분리기로 공급하고, 당해 분리기에서 촉매 수용액이 조 유기 반응 생성물로부터 및 생성물 오프가스로부터 분리된다. 생성물 오프가스를 반응기 오프가스와 합하여 오프가스 스트림을 형성한다. 반응기 오프가스를 반응기로부터 제거하여 순환된 기체 혼합물 중의 불활성 물질의 축적을 예방한다. 방출된 오프가스 스트림을 25℃ 미만의 온도로 냉각시켜, 본질적으로 프로필렌 및 프로판으로 이루어진, 액상 응축물, 즉 오프가스 응축물을 응축시킨다. 오프가스 응축물 중의 수 함량은 약 2중량%이다.

제2 반응 스테이지

제1 반응 스테이지로부터 수득한 오프가스 응축물을 0.5V/V·h의 공간 속도에서 시판중인 유착 필터를 통하여 수송하고, 20hPa의 압력 강하가 관찰된다. 분리된 물을 용기에 회수한다. 유착 필터로부터 배출된 후, 액상 오프가스 응축물의 잔여 수 함량은 0.5중량%이다.

이러한 방법으로 정제된 액상 오프가스 응축물 및 제1 반응 스테이지로부터의 액상 오프가스 응축물의 분리로 수득된 기체 상은, 특히 제2 반응 스테이지에 대한 공급물로서 작용한다.

이러한 공급 혼합물은 수소 및/또는 일산화탄소 및/또는 프로필렌에 의하여 임의로 보충되고, 촉매 용액과 함께 21MPa로 압축하고 제2 반응기에 공급한다. 촉매는 트리페닐포스핀(TPP) 및 로듐 착체 HRhCO(TPP)₃이 용해된, 고비점 알데히드 축합 생성물로 이루어진다. 공급 혼합물은 하부로부터 반응기로 도입하고, 다음의 통상적인 조성을 갖는다(모든 숫자는 중량%임).

인 대 로듐의 몰 비는 약 80:1이다. 반응물의 반응은 132℃에서 발생한다. 사용된 프로필렌(즉, 제1 반응 스테이지로부터의 미반응 프로필렌 및 제2 반응기로 진입 전에 오프가스 스트림에 첨가된 임의의 프로필렌)의 95-97%는 알데히드로 전환된다.

제2 반응기를 벗어나는 생성물 스트림은 먼저 제2 반응기와 탈기 용기 사이의 압력 강하에 상응하는 압력에서 탈기 용기(고압 분리기)로 도입한다. 탈기 용기에서 수득한 기체 상은 일산화탄소 함량 18용적%가 다운스트림 제1 감압 용기(중압 분리기)로부터의 오프가스에서 달성되는 양으로 고압 오프가스로서 방출한다. 고압 분리기에서 수득한 액체는 중압 분리기에서 1MPa의 압력으로 감압시킨다.

중압 분리기로부터의 기체 상은 응축기에서 냉각시켜, 액체 상을 응축시키고 중압 오프가스로서 오프가스를 형성시켜 방출하고, 당해 오프가스의 일산화탄소 함량이 18용적%이다. 당해 오프가스는 고압 분리기로부터의 오프가스와 합하고 공정으로부터 방출된다. 중압 분리기에서 수득한 액체는 액체 응축물과 함께 제2 감압 용기(저압 분리기)에서 0.2MPa의 압력으로 감압시킨다.

여기서 수득한 기체 상을 응축시키고, 응축되지 않은 물질은 저압 오프가스로서 방출하고, 액체는 저압 분리기에서 수득한 액체 상과 합한다. 수득한 조 n-i-부티르알데히드 혼합물은 상업용 증류 칼럼으로 도입하여 로듐 및 고비점 알데히드 축합 생성물을 분리한다. n/i-부티르알데히드 혼합물은 110 내지 130℃의 하부 온도 및 대기압에서 제거하고, 추가의 증류 칼럼에서 n-부티르알데히드 및 이소부티르알데히드로 분리한다. 방출된 로듐-함유 증류 하부 물질은 여과 장치로서 작용하는 유리 섬유 브레이드(braid)로 통과시켜 고체를 분리한다. 고체를 제거한 액체를 90:10의 질량비를 갖는 2개의 서브스트림으로 분리된다. 보다 적은 질량을 갖는 다운스트림을 130℃의 온도 및 10hPa의 압력에서 작동시키는 추가의 칼럼(애프터-러닝즈 칼럼)으로 도입한다. 휘발성 상부 생성물(overhead product) 및 덜 휘발성인 측면 유통관 스트림을 방출하는데, 이들은 본질적으로 비점이 높은 알데히드 축합 생성물로 이루어진다. 역시 본질적으로 비점이 높은 알데히드 축합 생성물로 이루어지고, 로듐 착체가 용해된 형태로 존재하는, 하부에서 제거된 스트림은, 유리 섬유 브레이드를 갖는 여과 장치로 통과시킨 후, 두 개의 다운스트림으로 분리한다.

하나의 서브스트림을 방출시키고, 이의 양은 이러한 서브스트림을 통하여 공정으로부터 수집된 로듐의 양이 공정으로 새로운 로듐 화합물로서 도입된 로듐의 양에 상응하도록 계산한다.

방출되지 않은 서브스트림은 애프터-러닝즈 칼럼으로 통과되지 않은 서브스트림과 합하여 촉매 재순환 스트림을 형성한다.

별도의 용기에서, 새로운 로듐 2-에틸헥사노에이트는 순수한 n-부티르알데히드와 혼합하고, 당해 혼합물은 새로이 첨가된 로듐의 양이 고비점 알데히드 축합 생성물을 통하여 미리 방출된 로듐의 양에 상응하는 양으로 촉매 재순환 스트림에 첨가한다. 촉매 재순환 스트림 대 새로운 로듐의 첨가된 용액의 질량 비는 약 500:1이다. 로듐 대 인의 1:80의 몰 비는 새로운 트리페닐포스핀의 첨가에 의하여 설정된다. 이러한 방법으로 생성된 로듐-함유 용액은 후속적으로 제2 반응기로 재순환시킨다.

중압 분리기로부터 방출된 오프가스 중의 일산화탄소 함량의 목표 설정 및 새로이 첨가된 로듐에 방출된 로듐의 양의 정확한 설정은 프로필렌의 하이드로포밀화에서 특정한 로듐 소모량을 상당히 감소되도록 할 수 있고; 본 발명의 방법에서, 특정한 로듐 소모량은 프로필렌을 기준으로 하여, 새로운 로듐의 0.5 내지 3중량ppm이다. 다른 한편으로, EP 제0 805 138 A1호에 공지된 선행 기술의 방법이 사용되는 경우, 새로운 로듐의 첨가는 프로필렌을 기준으로 하여, 3 내지 6ppm이다.

Claims

올레핀계 불포화 화합물의 하이드로포밀화 방법으로서,
상기 반응은, 제1 반응 스테이지에서, 0.4 내지 10MPa의 압력에서 촉매로서 착화된 수용성 유기 인(III) 화합물을 함유하는 로듐 화합물을 함유하는 수용액을 사용하는 불균질 반응 시스템에서 수행되어 오프가스(offgas)를 형성하고, 상기 제1 반응 스테이지로부터의 오프가스를 제2 반응 스테이지에 공급하고, 여기서, 상기 오프가스에 여전히 존재하는 잔여량의 올레핀계 불포화 화합물을 15 내지 40MPa의 압력에서 촉매로서 로듐과 유기 인(III) 화합물과의 착체의 존재하에 균질 반응 시스템에서 반응시키며,
이때,
a) 상기 제2 반응 스테이지로부터의 산출물(output)을 동일한 압력 또는 이 보다 낮은 압력에서 탈기 용기로 통과시켜, 액체 상과 오프가스로서 방출되는 기체 상으로 분리하고,
b) 상기 탈기 용기에서 수득한 액체 상을 제1 감압 스테이지에서 상기 탈기 용기 속의 압력보다 낮은 압력으로 감압시켜, 액체 상과 기체 상으로 분리하고, 상기 기체 상을 응축시켜 오프가스(이는 방출되며, 상기 오프가스 중의 일산화탄소 함량은 10용적%를 초과한다)를 형성시키고,
c) 상기 제1 감압 스테이지에서 수득한 액체 상을 제2 감압 스테이지에서 제1 감압 스테이지의 압력보다 낮은 압력으로 감압시켜, 액체 상과 기체 상으로 분리하고, 상기 기체 상을 응축시켜 오프가스를 형성시켜 방출하고,
d) 상기 제2 감압 스테이지에서 수득한 액체 상을 증류 칼럼으로 도입시켜, 상기 하이드로포밀화의 본질적으로 비점이 높은 부산물, 균질하게 용해된 로듐 촉매 및 소량의 하이드로포밀화 생성물을 함유하는 액체 상과 하이드로포밀화 생성물을 함유하는 기체 상으로 분리하고,
e) 액상 로듐-함유 산출물을 하부(bottom)에서의 온도 150℃ 이하에서 증류 칼럼으로부터 방출하고, 이때, 상기 산출물을, 부분적으로는 방출하고, 부분적으로는 제2 반응 스테이지로 재순환시키고,
f) 상기 제2 반응 스테이지로 재순환되는 상기 액상 로듐-함유 산출물에, 새로운 로듐을, 첨가되는 새로운 로듐 대 방출된 로듐의 질량 비가 3:1 내지 1:3, 바람직하게는 1:1이 되는 양으로 첨가함을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서, 0.1 내지 3.0MPa, 특히 0.5 내지 2.0MPa의 압력으로의 감압이 상기 제1 감압 스테이지에서 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서, 0.1 내지 0.5MPa, 특히 0.1 내지 0.3MPa의 압력으로의 감압이 상기 제2 감압 스테이지에서 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 감압 스테이지로부터 방출된 오프가스의 일산화탄소 함량이 15 내지 40용적%, 특히 18 내지 30용적%임을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 칼럼으로부터의 액상 로듐-함유 산출물을 필터로 통과시킴을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 칼럼으로부터의 액상 로듐-함유 산출물이 방출되어 120 내지 150℃의 온도 및 5 내지 15hPa의 압력에서 작동되는 제2 증류 칼럼에 공급됨을 특징으로 하는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 제2 증류 칼럼으로부터의 로듐-함유 하부 물질(bottoms)을 필터로 통과시킴을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 증류 칼럼으로부터의 로듐-함유 하부 물질의 일부를 방출시키고, 방출되지 않은 부분은 증류 칼럼으로부터의 액상 로듐-함유 산출물과 합해서 상기 제2 반응 스테이지로 재순환시킴을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 유기 인(III) 화합물을, 로듐 대 인의 비가 1:3 내지 1:200, 바람직하게는 1:30 내지 1:150인 양으로 상기 액상 로듐-함유 산출물에 첨가하여 제2 반응 스테이지로 재순환시킴을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 새로운 로듐이 로듐 2-에틸헥사노에이트의 형태로 도입됨을 특징으로 하는, 방법.
제5항 또는 제7항에 있어서, 유리 섬유 또는 금속 섬유가 필터로서 사용됨을 특징으로 하는, 방법.