DE2040675B2 - Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen - Google Patents
Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen mit 4 bis 12 KohlenstoffatomenInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen, besonders von Λ-Olefinen, oder
eines Gemisches aus Olefinen in Gegenwart eines Molybdän und Kohlenstoff enthaltenden Trägerkatalysators.
Unter Disproportionierung, nachfolgend auch »doppelte Umsetzung« genannt, wird ein Verfahren verstanden,
bei dem zwei Moleküle des gleichen Olefins oder verschiedener Olefine in Gegenwart eines Katalysators
unter den Reaktionsbedingungen derart miteinander reagieren, daß sich ein Olefinbruchstück mit einem
anderen zu Olefinen umsetzt, die eine Kombination dieser Olefinbruchstücke enthalten, d. h. ein Produkt
entsteht, das ein Gemisch aus Olefinen von höherer und von niedrigerer Kohlenstoffzahl als das Ausgangsgut
enthält. In diesem Sinne kann die doppelte Umsetzung durch die folgende Reaktionsgleichung dargestellt
werden:
R1CH=CHR2 + R3CH=CHR4
R1CH=CHR2
R1CH=CHR3
R1CH=CHR4
R2CH=CHR3
R2CH=CHR4
und R3CH=CHR4
R1CH=CHR3
R1CH=CHR4
R2CH=CHR3
R2CH=CHR4
und R3CH=CHR4
55
In der obigen Gleichung können R1, R2, R3 und R4
gleich oder verschieden sein und Alkylgruppen oder Wasserstoffatome bedeuten. Der Ausdruck »Olefinbruchstück«
bezieht sich auf alle oben angegebenen »RCH«-Molekülteile.
Derartige Reaktionen sind bekannt. Beispielsweise ist
in der DE-AS 12 35 891 ein Verfahren zur Disproportionierung
eines acyclischen Olefinkohlenwasserstoffe·»
60 beschrieb.-.^, das in Gegenwart eines Molybdän und
Kobalt enthaltenden Trägerkatalysators durchgeführt wird. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren die
Tatsache aus, daß die eingesetzten Katalysatoren nicht selektiv genug arbeiten.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen mit solchen
Katalysatoren zu finden, die eine erhöhte Selektivität gewährleisten.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen mit 4 bis 12
Kohlenstoffatomen in Gegenwart eines Molybdär und Kobalt enthaltenden Trägerkatalysators, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man in Gegenwart eines Katalysators disproportioniert, der aus Aluminiumoxid,
etwa 1 bis 4 Gew.-°/o Kobalt, etwa 4 bis 12Gew.-% Molybdän und etwa 0,1 bis 6Gew.-°/o Silber oder
Kupfer besteht, sowie durch die Bereitstellung eines Katalysators zur Durchführung dieses Verfahrens, der
aus den vorstehend angegebenen Komponenten besteht
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine α-Olefinbeschickung verwendet, die Isomerisierung
dieser Beschickung wird verhindert, und die entstehenden Hauptprodukte sind Olefine, die aus Kombinationen
der Alkylgruppen tragenden Bruchstücke der Oleftnbeschickung und Äthylen bestehen.
Die erfindungsgemäß verwendete Olefinbeschickung hat 4 bis 12, vorzugsweise 6 bis 10 Kohlenstoffatome je
Molekül. Geradkettige «-Olefine werden bevorzugt. Beispiele für solche Olefine sind Buten-(l), 3-Methylbuten(l),
Penten-(2), Hexen-(l),4-Äthylhexen-(2), 5-Cyclohexylpenten-(l), Octen-(l), Nonen-(2), Decen-(l), 5,6-Dimethylocten-(2),
Undecen-(l) und Dodecen-(l).
Die Disproportionierung kann durchgeführt werden, indem man einfach die Olefinbeschickung mit dem
neuen Katalysator unter ausgewählten Reaktionsbedingungen zusammenbringt. Der Katalysator besteht aus
(1) Aluminiumoxid, (2) etwa 1 bis 4 Gew.-% Kobalt, (3) etwa 4 bis 12 Gew.-% Molybdän und (4) etwa 0,1 bis 6
Gew.-% Silber oder Kupfer. Der Ausdruck »Aluminiumoxid« umfaßt das herkömmlicherweise für doppelte
Umsetzungen verwendete AI2O3. Der Anteil an Molybdän in dem fertigen Katalysator kann innerhalb
weiter Grenzen variieren, und beträgt vorzugsweise etwa 7 bis 9 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des
Gesamtkatalysators. Der Anteil an Kobalt in dem Katalysator kann gleichfalls innerhalb weiter Grenzen
variieren und beträgt vorzugsweise etwa 2 bis 3 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators. Der
Anteil an Silber oder Kupfer in dem Katalysator kann ebenfalls innerhalb weiter Grenzen variieren und
beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgew icht des Katalysators. Da angenommen
wird, daß die Metalle in dem Katalysator in Form ihrer Oxide vorliegen, resultiert das Gesamtgewicht des
Katalysators aus der Summe der Gewichte der einzelnen Oxide, während die Gew.-%-Angaben sich
auf das jeweilige reine Metall im oxidischen Katalysator beziehen.
Der neue Katalysator kann auf beliebige Weise hergestellt werden. So kann man z. B. die angegebenen
Mengen an Aluminiumoxid, Molybdän- und Kobaltoxid sowie Silber- oder Kupferoxid zusammen vermählen.
Vorzugsweise tränkt man jedoch den Aluminiumoxidträgcr
nach der Methode der beginnenden Durchfeuchtung mit einem Molybdänsal/, wie Ammoniummolybdat,
aus wäßriger Losung in solchen Mengen, daß in dem
Träger die gewünschte Menge an Molybdän, berechnet als Metall, eingeführt wird. Das Produkt wird getrocknet,
z. B. durch etwa 5 bis 24 Stunden langes erhitzen an der Luft auf etwa 110 bis 150° C, und dann an der Luft im
Verlaufe von etwa 1 bis 24 Stunden bei etwa 400 bis 600° C calciniert Der so erhaltene Träger wird dann
nach der Methode der beginnenden Durchfeuchtung mit einem Kobaltsalz, z. B. Kobalt(II)-nitrat oder Kobalt(II)-acetat,
aus wäßriger Lösung in solcher Menge getränkt, daß dem Träger die gewünschte Menge Kobalt,
berechnet als Metall, einverleibt wird. Das Produkt wird getrocknet, z. B. durch 5- bis 24stündiges Erhitzen an der
Luft auf etwa 110 bis 150°C, und dann 1 bis 24 Stunden an der Luft bei etwa 400 bis 600°C calciniert. Der so
erhaltene Katalysatorträger wird dann nach der Methode der beginnenden Durchfeuchtung mit einem
Silbersalz, wie Silbernitrat oder Silberacetat, oder einem Kupfersalz, wie Kupfer(I)-chlorid, Kupfer(ll)-nitrat oder
Kupfer(II)-chlorid, aus wäßriger Lösung in solcher Menge getränkt, daß dem Träger die gewünschte
Menge an Silber oder Kupfer, berechnet als Metall, einverleibt wird. Das Produkt wird wiederum getrocknet,
z. B. durch 5- bis 24stündiges Erhitzen an der Luft auf etwa 110 bis 150°C, und dann 1 bis 24 Stunden an der
Luft bei Temperaturen von etwa 400 bis 600° C calciniert.
Die Bedingungen, unter denen die Disproportionierung durchgeführt wird, können innerhalb weiter
Grenzen variieren. Man kann die flüssige Olefinbeschikkung bei einer stündlichen Durchsatzgeschwindigkeit
(Raumteile flüssiges Olefin je Raumteil Katalysator je Stunde) von etwa 60 bis 0,2, vorzugsweise von etwa 3,0
bis 0,5, über den Katalysator leiten. Die Umsetzung erfolgt bei etwa 90 bis 250° C, vorzugsweise bei etwa 100
bis 200° C. Der Druck ist nicht ausschlaggebend, soll aber zweckmäßig niedrig sein und vorzugsweise
ausreichen, um die Beschickung in dem Reaktionssy- Tabelle I stern in flüssiger Phase zu halten. Der Reaktionsdruck
kann daher etwa 0 bis 35 atü betragen und beträgt vorzugsweise etwa 0 bis 7 atü. Wenn das Verfahren
ansatzweise durchgeführt wird, kann man unter den oben angegebenen Bedingungen mit Reaktionszeiten
von etwa 10 bis 240 Minuten, vorzugsweise von etwa 30 bis 120 Minuten, arbeiten. Vorzugsweise wird die
Umsetzung ohne Lösungsmittel durchgeführt; wenn man jedoch Lösungsmittel verwendet, sollen sie den
Verlauf der Umsetzung nicht beeinträchtigen, mit den Bestandteilen des Reaktionsgemisches nicht reagieren
und einen Siedepunkt haben, der sich hinreichend von den Siedepunkten der Bestandteile des Reaktionsgemisches
unterscheidet. In diesem Sinne kann man z. B. nicht-polare Lösungsmittel, wie Hexan, Cetan oder
Decan, verwenden. Die Lösungsmittelmenge soll ausreichen, um den Inhalt des Reaktionsgefäßes in
flüssiger Phase zu halten. In diesem Sinne kann man 1 Raumteil Lösungsmittel je Raumteil des Reaktionsgemisches
verwenden.
Vorzugsweise werden die gas- oder dampfförmigen Produkte, wie Äthylen, in dem Ausmaße aus dem
Reaktionsgefäß abgezogen, wie sie sich bilden. Am bo
Ende der Umsetzung werden alle noch in dem Reaktionsgemisch enthaltenen gas- oder dampfförmigen
Produkte daraus abgetrieben, und das hinterbliebene Produkt wird in herkömmlicher Weise, z. B. durch
Filtrieren oder Dekantieren, von dem Katalysator M getrennt. Die einzelnen Bestandteile des Reaktionsgemisches
können dann in üblicher Weise durch Fraktionieren gewonnen werden.
Aus einem im Handel erhältlichen Katalysatorträger (»Ketjenfine 124-1.5E«), der aus Aluminiumoxid, Kobaldoxid
und Molybdänoxid im Verhältnis 84:4:12 besteht, wird eine Reihe von Katalysatoren hergestellt,
die unterschiedliche Mengen an Silber enthalten. Die
Herstellung erfolgt durch Tränker; mit Silbernitratlösungen nach der Methode der beginnenden Durchfeuchtung.
In allen Fällen werden die Katalysatoren nach dem Tränken 18 Stunden bei 120° C getrocknet
und 3 Stunden in trockenem Stickstoff bei 540° C calciniert Es wird angenommen, daß die Metalle in
diesen Katalysatoren in Form der Oxide vorliegen.
Mit den so erhaltenen Katalysatoren wird eine Versuchsreihe durchgeführt. Bei jedem Versuch werden
20 g Katalysator unter Stickstoff in eine 2,5 cm weite und 15,2 cm lange Glassäule eingeführt, die durch einen
Glasschliff mit einem Rundkolben verbunden ist, der 100 g Octen-(l) enthält. Das Olefin wird dann in
Gegenwart des Katalysators bei Atmosphärendruck auf Rückflußtemperatur erhitzt Die flüchtigen Stoffe, die
hauptsächlich aus Äthylen bestehen, läßt man aus dem Reaktionsgefäß entweichen. Aus dem Kolben werden in
Zeitabständen durch eine Kautschukscheidewand Proben entnommen und durch Gas-Flüssigkeitschromatographie
analysiert Die in Tabelle I angegebenen Ergebnisse zeigen die molare Selektivität für die
Bildung von Tetradecen-(7) aus Octen-(1)
Molare Selektivität =
2 χ Mol C14-Olefin x 100]
Mol umgewandelten
C8-Olefins
bei 50prozentigem Umwandlungsgrad des Octens-(l).
Versuch
Nr. Silber
Gew.-%
Molare Selektivität für die Bildung von Tetradecen-(7)
1 | 0 | 27,3 |
2 | 0,62 | 78,0 |
3 | 1,25 | 82,5 |
4 | 2,48 | 87,3 |
Eine ähnliche Versuchsreihe wird mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Katalysator, jedoch unter Verwendung
von Kupfer anstelle von Silber, durchgeführt. Dieser Katalysator wird nach dem Verfahren des Beispiels 1
hergestellt, jedoch mit Kupfer(II)-nitrat anstelle des Silbernitrats. Es wird angenommen, daß das Kupfer in
dem fertigen Katalysator in Oxidform vorliegt. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle II.
Versuch
Nr. Kupfer
Gew.-%
Molare Selektivität für die Bildung von Tetradecen-(7)
5 | 0,87 | 70,1 |
6 | 1,74 | 81,1 |
7 | 2,70 | 86,4 |
Aus den obigen Werten ergibt sich der technische Fortschritt, der durch doppelte Umsetzung in Gegenwart
eines Katalysators erzielt wird, der Aluminium, Molybdän und Silber oder Kupfer enthält Im Versuch
Nr. 1, bei dem der Katalysator nur Aluminiumoxid, Kobalt und Molybdän enthält, beträgt die Selektivität
für die Bildung von Tetradecen-(7) aus Octen-(l) nur 27,3%. Durch einen zusätzlichen Gehall des Katalysators
an Silber oder Kupfer in geringen Mengen wird die Selektivität stark erhöht Durch größere Mengen Silber
oder Kupfer wird die Selektivität noch weiter erhöht.
Beispi el 3
(Vergleichsversuch)
Eine weitere Versuchsreihe wird mit Katalysatoren durchgeführt, die Aluminiumoxid, Molybdän, Kobalt
und Zink oder Nickel enthalten. Diese Katalysatoren werden nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt,
wobei jedoch anstelle des Silbernitrats Zink- bzw. Nickelacetat verwendet wird. Die letzte Verfahrensstufe
des Calcinierens des Katalysators wird an der Luft durchgeführt. Alle Umsetzungen werden mit Octen-(l)
gemäß Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebi isse finden sich in Tabelle III.
Versuch Metall Metallmenge Molare Selektiviiäl
f ',τ. im Katalysator für die Bildung von
Gew.-% Tetiadecen-{7)
Zink
Nickel
Nickel
1,50
1,40
1,40
26,4 14,8
Aus den obigen Werten ergibt sich, daß durch einen Gehalt des Katalysators an Zink keine wesentliche
Verbesserung der Selektivität für die Bildung von Tetradecen-(7) erzielt wird. Ein Gehalt des Katalysators
an Nickel führt sogar zu einer Abnahme der Selektivität
Ein Reaktionsrohr wird mit 45 g eines nach Beispiel 1 hergestellten, mit Kobalt und Molybdän getränkten
Aluminiumoxidträgers beschickt, der 1,25 Gewichtsprozent Silber enthält Octen-(l) wird durch das mit dem
Katalysator gefüllte Reaktionsrohr von unten nach oben bei Atmosphärendruck und 120°C mit einer
stündlichen Flüssigkeits-Durchsatzgeschwindigkeit von 1,5 geleitet. Eine nach 4 Stunden entnommene
Produktprobe zeigt eine molare Selektivität für die Bildung von Tetradecen-(7) von 59,8 bei einem
Umwandlungsgrad des Octens-(l) von 50,7%.
Claims (4)
1. Verfahren zur Disproportionierung von Olefinen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen in Gegenwart
eines Molybdän und Kobalt enthaltenden Trägerkatalysators, dadurch gekennzeichnet, daß
man in Gegenwart eines Katalysators disproportioniert, der aus Aluminiumoxid, etwa 1 bis 4 Gew.-°/o
Kobalt, etwa 4 bis 12 Gew.-% Molybdän und etwa 0,1 bis 6 Gew.-% Silber oder Kupfer besteht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart eines Katalysators
aus Aluminiumoxid, etwa 2 bis 3 Gew.-% Kobalt, etwa 7 bis 9 Gew.-% Molybdän und etwa 0,5 bis 3
3 Geiv.-% Silber disproportioniert
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart eines Katalysators
aus Aluminiumoxid, etwa 2 bis 3 Gew.-% Kobalt, etwa 7 bis 9Gew>% Molybdän und etwa 0,5 bis
3 Gew.-% Kupfer disproportioniert
4. Katalysator zur Durchführung des Disproportionierungsverfahrens
nach Anspruch 1 bestehend aus Aluminiumoxid, etwa 1 bis 4 Gew.-% Kobalt, etwa 4 bis 12Gew.-% Molybdän und etwa 0,1 bis
6 Gew.-% Silber oder Kupfer.
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