DE1147933B - Verfahren zur katalytischen Dehydrierung von Alkoholen durch thermische Zersetzung - Google Patents

Verfahren zur katalytischen Dehydrierung von Alkoholen durch thermische Zersetzung

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DE1147933B
DE1147933B DER22588A DER0022588A DE1147933B DE 1147933 B DE1147933 B DE 1147933B DE R22588 A DER22588 A DE R22588A DE R0022588 A DER0022588 A DE R0022588A DE 1147933 B DE1147933 B DE 1147933B
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DE
Germany
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copper
metal compounds
hydrogen
alcohols
catalysts
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DER22588A
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English (en)
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Dipl-Chem Dr Robert Langheim
Hans Arendsen
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Rheinpreussen AG fuer Bergbau und Chemie
Original Assignee
Rheinpreussen AG fuer Bergbau und Chemie
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/002Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by dehydrogenation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72Copper

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

  • Verfahren zur katalytischen Dehydrierung von Alkoholen durch thermische Zersetzung Es ist bekannt, zur Dehydrierung von Alkoholen oxydische Katalysatoren, die z. B. aus Aluminiumoxyd, Zinkoxyd, Magnesiumoxyd, Wolframoxyd oder Ceroxyd bestehen, zu verwenden. Es ist ferner bekannt, Kombinationen von katalytisch wirksamen Metallen und schwer reduzierbaren Metalloxyden, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Trägerstoffen zur Dehydrierung von Alkoholen zu verwenden. Diese bekannten Katalysatoren erfordern sehr hohe Temperaturen von z. B. 400 bis 5000 C, so daß entweder Umsatz, Ausbeutel oder Kontaktbelastung unbefriedigend sind.
  • Metallische Katalysatoren, z. B. Kupfer oder Kup ferlegieruugen oder ein auf Asbest niedergeschlagenes Gemisch von Kupfer und Nickel, hat man auch schon zur Dehydrierung verwendet. Diese Katalysatoren erfordern ebenfalls noch Temperaturen von etwa 4000C.
  • Weiterhin ist es bekannt, Alkohole in Gegenwart von Katalysatoren, die Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere der Eisengruppe, als Hauptbestandteil neben Kupfer und/oder Silber, Erdalkalioxyden und Alkalien enthalten, bei Temperaturen von 200 bis 3500 C, zu Aldehyden oder Ketonen zu dehydrieren. Bei diesen Katalysatoren sind die Mengenverhältnisse so zu wählen, daß auf 100 Gewichtsteile Eisen 10 bis 75 Gewichtsteile Erdalkalioxyde und 1 bis 10, zweckmäßig 5 Gewichtsteile einer alkalisch reagierenden Alkalimetallverbindung ,entfallen. Mit diesen Katalysatoren werden bei 200 bis 3503 C trotz geringer Belastung nur niedrige Ausbeuten erzielt.
  • Es ist auch schon bekannt, die Dehydrierung bei Temperaturen von 200 bis 300° C in Gegenwart von Katalysatoren, die Kupfer auf verschiedenartigen Trägern, gegebenenfalls in Verbindung mit einem anderen Metall oder einem Metalloxyd enthalten, durchzuführen. Diese Katalysatoren haben nur eine geringe Lebensdauer und verursachen außerdem eine erhöhte Bildung von Nebenprodukten.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich Alkohole mit gutem Erfolg durch thermische Zersetzung unter Ab spaltung von Wasserstoff in Gegenwart von Kupfer, alkalisch reagierende Erdalkalimetallverbindungen, Alkalimetallverbindungen und gegebenenfalls Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems enthaltenden Dehydrierungskatalysatoren, die durch Fällung aus den entsprechenden Salzlösungen hergestellt werden, bei Temperaturen von 200 bis 3000 C zu Aldehyden bzw. Ketonen dehydrieren lassen, wenn die Dehydrierung mit einem Katalysator durchgeführt wird, der aus Kupfer und Erdalkalioxyd undloder -hydroxyd und/oder karbonat im Gewichtsverhältnis 1 : 0,2 bis 1 2, vorzugsweise 1 : 0,5 bis 1:1,5 und 2 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 25 Ge wichtsprozent, Alkalimetallverbindungen, bezogen auf Kupfer und berechnet als K2O, auf Kieselgur besteht, wobei gegebenenfalls 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 25 Gewichtsteile des Kupfers durch Nickel ersetzt sind, und der durch Fällung der Kupfer- bzw. Nickelsalzlösung mit den alkalisch reagierenden ErdalkalimetaU- bzw. Alkalimetallverbindungen und anschlie ßende Reduktion mit Wasserstoff hergestellt worden ist.
  • Die Kieselgurmenge beträgt zweckmäßig 50 bis 400, insbesondere 100 bis 300 Gewichtsteile, auf 100 Gewichtsteile Kupfer. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Fällung der Katalysatoren aus ihren Salzlösungen mit Erdalkalioxyd und/oder -hydroxyd und/oder -carbonat durchzuführen. Die Verwendung von alkalisch reagierenden Erdalkalimetallverbindungen als Fällungsmittel hat den besonderen Vorteil, daß Katalysatoren besonderer Härte erhalten werden und die Alkalimenge besser dosiert werden kann. Die Reduktion der Katalysatoren mit Wasserstoff erfolgt vorteilhaft bei Temperaturen von 100 bis 5000 C, vorzugsweise von 250 bis 3500 C.
  • Die Lebensdauer der Katalysatoren kann erheblich gesteigert werden, wenn die Katalysatoren vor ihrer Reduktion mit Wasserstoff rnehr als 30 Minuten, vorzugsweise mehr als 60 Minuten, bei 250 bis 6000 C, vorzugsweise 350 bis 4500 C, unter Uberleiten von inerten und/oder oxydierenden Gasen, z.
  • Luft, und/oder Sauerstoff getempert werden.
  • Man kann den Katalysator gekörnt verwenden.
  • Soll er aber in einem Ofen mit langen Rohren gefällt werden, sind eine gleichmäßige Größe und Form erforderlich, um die Rohre so füllen zu können, daß sie alle einen gleichen und möglichst niedrigen Widerstand aufweisen. Der gleichmäßige Widerstand aller Rohre ist erforderlich, um den Katalysator gleichmäßig belasten zu können, weil sonst der Umsatz erheblich sinkt. Der niedrige Widerstand ergibt einen geringen Vordruck, der sich auf den Umsatz und die Lebensdauer des Katalysators günstig auswirkt, da die Reaktion mit Volumenzunahme verbunden ist.
  • Der ertindungsgemäße Katalysator läßt sich leicht zu Körpern gleicher Größe und Form pressen, ohne daß die Aktivität leidet, so daß lange Kontaktrohre damit ohne Schwierigkeit auf gleichmäßigen Widerstand gefüllt werden können. Derartige Katalysatoren erreichen eine Lebensdauer von 8 bis 12Wochen und lassen sich leicht mit Luft regenerieren.
  • Die Umwandlung von Alkoholen in Aldehyde bzw.
  • Ketone erfolgt mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren bei Temperaturen von 200 bis 3000 C und einer Katalysatorbelastung von 3 bis 61 Alkohol (flüssig) pro Liter Katalysator und Stunde. Bei dieser hohen Katalysatorbelastung beträgt der Umsatz 88 bis 908/o. Der bei der Dehydrierung entweichende Wasserstoff enthält keine ungesättigtenKohlenwasserstoffe. Die Dehydrierung verläuft also ohne Entstehung schädlicher Nebenprodukte.
  • Die erfindungsgemäßen Katalysatoren zeichnen sich durch eine große Festigkeit, gute Aktivität und lange Lebensdauer aus-.
  • Die Erfindung sei an Hand der folgenden Beispiele erläutert: 1. 40 1 einer 50/oigen Kupfernitratlösung werden schubweise in eine Aufschlämmung von 4,6 kg Kie selgur, 1,4 kg Magnesiumoxyd und 1,96 kg Calciumhydroxyd in 401 Wasser gegeben, wobei das Kupfer gefällt wird. Darauf wird der Kontaktbrei kurz aufgekocht, abgenutscht und mit 1201 heißem Wasser gewaschen Anschließend wird der Katalysatorkuchen in einer Passierzentrifuge homogenisiert. Danach wird er mit 400 g K2CO3 in Form einer konzentrierten Lösung alkalisiert Der Katalysator wird auf Bleche gestrichen und bei 90 bis 1100 C getrocknet.-Der getrocknete Katalysator wird gemahlen und zu Tabletten mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Höhe von 5 mm gepreßt, 3701 dieses Katalysators werden in einen Ofen mit - 162 Rohren von 4,70 m Länge und 25 mm lichter Weite gefüllt und 3 Stunden bei 4000 C unter Durchleiten von 100 m8 Luft je Stunde getempert. Dabei tritt ein Volumenschwund von 5 bis 100/o ein. Die Rohre werden mit dem getemperten Katalysator so aufgefüllt, daß sie alle gleichen Widerstand aufweisen. Anschließend wird der ~ Katalysator 1 Stunde bei 3000 C unter Durchleiten von 150 m3 Wasserstoff reduziert und dann bei 2400 C mit 11001 sekundärem Butylalkohol (flüssig) je Stunde betrieben. Der Umsatz beträgt 88 bis 90°/0 während einer Zeit von 10 Wochen. In dieser Zeit muß die Temperatur -langsam- bis auf 290 bis 3000 C gesteigert werden, una den -Umsatz zu halten; Da bei TemperatureIi -oberhalb -von 3000 C Nebenreaktionen auftreten, ist es unzweckmaß ig, die Temperatur darüber hinaus zu steigern. Der Katalysator wird dann zweckmäßig regeneriert.
  • Die Regenerierung ist sehr einfach. Unter Durchleiten von Luft wird die Temperatur innerhalb von 24 Stunden von 150 auf 3200 C gesteigert. Die Regenerierung ist beendet, wenn die Verbrennungsluft kohlensäurefrei ist. Anschließend wird der Katalysator, wie bereits beschrieben, bei 3000 C mit Wasserstoff reduziert. Die Regenerierung kann beliebig oft wiederholt werden.
  • 2. Werden über denselben Katalysator bei etwa 2500 C 11001 Butylalkohol je Stunde geleitet, so erhält man 85 bis 90e/o Butyraldehyd.
  • Es ist schon bekanntgeworden, primäre und sekundäre aliphatische Alkohole durch katalytische Spaltung in Aldehyde bzw. Ketone unter Abspaltung von Wasserstoff in Gegenwart von Cu-Cr-Oxydkatalysatoren, die durch Fällung hergestellt worden sind, überzuführen. Die Dehydrierung erfolgt bei diesem Verfahren bei Temperaturen oberhalb 3000 C. Die erzielte Umwandlung in Aldehyd bzw. Keton liegt, wenn man von einem Sonderfall absieht, stets unterhalb 710/0, in der Mehrzahl der Fälle sogar unterhalb 550/o.
  • Beim Isopropanol bzw. sekundären Butanol wird nur eine 71- bzw. 680/oige Umwandlung in Aceton bzw.
  • Methyläthylketon erzielt. Diese Umwandlungen werden als besonders hohe Umsetzungen bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren eine 88- bis 900/obige Umwandlung erzielt. Das bekannte Verfahren benötigt außerdem sehr lange Reaktionszeiten. Zur Dehydrierung von 100 g Alkohol sind Dehydrierungszeiten von 1,5 bis 4,5 Stunden erforderlich.
  • Weiterhin ist es bekannt, Aldehyde durch partielle Oxydation von Alkoholen mittels Sauerstoff herzustellen. Verfahren, die sich auf die partielle Oxydation von Alkoholen mit Sauerstoff zu Aldehyden beziehen, sind stark exotherme Prozesse, wohingegen die Dehydrierungen von Alkoholen unter Wasserstoffabspaltung endotherme Reaktionen sind, so daß Temperaturvergleiche dieser Verfahren nicht angel bracht sind. Bei der Oxydation von Alkoholen mittels Sauerstoff zu Aldehyden entsteht als Nebenprodukt Wasserstoffsuperoxyd-und außerdem sind die apparativen Anforderungen gegenüber einer unter Abspaltung von Wasserstoff verlaufenden Dehydrierung wesentlich größer. Bei der Dehydrierung mit den erfindungsgemäßen Kontakten treten keinerleiNebenprodukte auf, wodurch die Aufarbeitung der Reaktionsprodükte sehr einfach ist Der anfallende Wasserstoff entspricht in seinen Eigenschaften dem wertvollen Elektrolytwasserstoff und kann ohne zusätzliche Maßnahmen für Hydrierungsreaktionen in Ge genwart hochempfindlicher Hydrierungskatalysatoren wie Nickel-, Platin- oder Palladiumkatalysatoren benutzt werden.
  • Die technischen Vorteile für das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren sind folgende: 1. Höherer Umwandlungsgrad (88 bis 900/ob 2. niedrigere Temperaturen (200 bis 3000 C), 3. leichte Aufarbeitung, 4. keine schädlichen Nebenprodukte (keineBildung höherer Aldehyde bzw. Ketone), 5. gleichzeitige Gewinmlng eines hochgradig reinen Wasserstoffs vom Gütegrad des Elektrolytwasserstoffs, 6. hohe Kontaktbelastbarkeit, 7. hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Katalysatoren.
  • In 450 Tagen Betriebszeit wurden an 340 1 Kontakt 6800 t Methyläthylketon produziert, das sind 15,1 Tonnen je Tag. Der Katalysator hatte noch unveränderte Aktivität.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Dehydrierung von Alkoholen durch thermische Zersetzung unter Abspaltung von Wasserstoff in Gegenwart von Kupfer, alkalisch reagierende Erdalkalimetallverbindungen, Alkalirnetallverbindungen und gegebenenfalls Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems enthaltenden Dehydrterungskatalys atoren, die durch Fällung aus den entsprechenden Salzlösun gen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehydrierung bei Temperaturen von 200 bis 3000 C mit einem Katalysator durchgeführt wird, der aus Kupfer und Erdalkaiioxyd und/oder -hydroxyd und/oder -carbonat im Gewichtsverhältnis 1 : 0,2 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 : 0,5 bis 1:1,5, und 2 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 25 25°/o, Alkalimetallverbindungen, bezogen auf Kupfer und berechnet als K2O, auf Kieselgur besteht, wobei gegebenenfalls 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 25 Gewichtsteile des Kupfers durch Nickel ersetzt sind, und der durch Fällung der Kupfer- bzw. Nickelsalzlösung mit den alkalisch reagierenden Erdalkalimetall- bzw. Alkalimetallverbindungen und anschließende Reduktion mit Wasserstoff hergestellt worden ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 011 915; britische Patentschrift Nr. 708 339; USA.-Patentschrift Nr. 2173111; Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 7, 1956, S. 660 bis 662; Journal of Organic Chemistry, 10, 1945, S.501 bis 504; Journal of Chemical Society, 1943,S.282 bis 285; Petroleum Refiner, 35,1956,S.198.
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DE1245352B (de) * 1964-12-21 1967-07-27 Bayer Ag Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Aldehyden
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FR1011915A (fr) * 1949-04-21 1952-07-01 Ruhrchemie Ag Procédé de déshydrogénisation catalytique des alcools
GB708339A (en) * 1949-12-02 1954-05-05 Bataafsche Petroleum Process for the production of hydrogen peroxide and the hydrogen peroxide so produced

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