DE2707830C3 - Verfahren zur Dimerisierung oder Codimerisierung von α -Olefinen - Google Patents
Verfahren zur Dimerisierung oder Codimerisierung von α -OlefinenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dimerisierung oder Codimerisierung von
«-Olefinen. Die erhaltenen Olefinmonomere sind ein sehr wertvoller Ausgangs-Rohstoff für die erdölchemische
und chemische Industrie.
Die AT-PS 196 620 und die FR-PS 1184 303
beschreiben unmittelbar nur die Polymerisation von Olefinen und nicht ein Verfahren zur Dimerisierung.
In beiden L.iteraturstellen wird die Verwendung von
Wasserstoff erwähnt. Allerdings wird in der AT-PS Wasserstoff zur Regulierung des Molekulargewichts
der erhaltenen Polymeren (Polyäthylen und Polypropylen) eingesetzt, um die Weiterverarbeitung zum
Endprodukt zu erleichtern. In der FR-PS wird Wasserstoff als Aktivator zur Herstellung einer der
Komponenten, und zwar von Aluminiumalkylhslogenid vom Typ AlRnCU-,, mit η — 1 bzw. des komplexen, aus
zwei Komponenten bestehenden Katalysators für die Polymerisation von Olefinen eingesetzt.
Als eine der Komponenten des komplexen Katalysators wird unbedingt ein Übergangsmetallhalogenid
verwendet (z. B. TiCl3 bzw. TiCU).
ErfindungsgemäB wird jedoch der Katalysator nicht mit reinem Wasserstoff, sondern mit einem Gemisch aus
Wasserstoff und Äthylen behandelt, was eine höhere Aktivität des Katalysators gewährleistet.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und der FR-PS besteht in der
Verwendung anderer Katalysatoren, nämlich in der Verwendung titan- und aluminiumorganischer Verbindungen.
Ferner unterscheiden sich die Dimerisierung und Polymerisation sowohl hinsichtlich der Endprodukte als
auch der Verfahrenstechnik selbst grundsätzlich voneinander. Unterschiedlich sind auch die Katalysatoren und
die Verfahrensbedingungen (Temperatur, Druck usw.).
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Dimerisierung von «-Olefinen bereitgestellt, und zwar ein
Verfahren zur Dimerisierung in Gegenwart von Katalysatoren vom Typ Ti(OR)4-AlRj. In Gegenwart
derartiger Katalysatoren ist eine Polymerisation praktisch unmöglich.
Es sind Verfahren zur Dimerisierung von «-Olefinen bekannt in Gegenwart eines Zweikomponentenkataly
sators, bestehend aus
1) Titanalkoholat und AlR3 oder AlR2H, worin R für
Alkyl oder Aryl steht, oder aus
2) Trialkylaluminium oder Titanalkoholat Ti(OR)4
oder Zirkoniumalkoholat Zr(OR)4,
in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel bei 0 bis 1000C und einem Druck der «-Olefine von 0,013 bis
20,26 bar (siehe beispielsweise US-PS 35 64 071).
ίο Die bekannten Verfahren machen es nicht möglich,
Buten-(l) durch Dimerisation von Äthylen in hoher Ausbeute und mit hoher Selektivität zu erhalten. So
beträgt die Ausbeute an Buten-(l) 17 bis 60 g/g Ti(OR)4
in der Stunde bei einer Selektivität von 78 bis 92%.
Außerdem machen es diese Verfahren nicht möglich, Hexene (beispielsweise 3-Methylpenten-(l), 4-Methylpenten-(l),
2-Äthylbuten-(l)) bei der Dimerisierung von Propylen oder eines Gemisches von Äthylen mit
Buten-(l) mit hoher Ausbeute und Selektivität zu erhalten. So beträgt die Ausbeute an Hexenen 6 bis 13,5
g/g Ti(OR)4 in der Stunde bei einer Selektivität bis 10,5%. Die genannten Hexene sind von bedeutendem
Interesse bei deren Verwendung in den Reaktionen der Homopolymerisation und Mischpolymerisation mit
«-Olefinen und Dienen.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Verfahren ist das Entstehen von Polymerisaten als Nebenprodukte,
was die technologische Durchführung der Dimerisierung von «-Olefinen bedeutend kompliziert (der Gehalt
des erhaltenen Dimerisates, beispielsweise bei der Dimerisierung von Äthylen, an Polymerisat beträgt 0,6
bis 5,5%).
Zwecks Steigerung der Ausbeute an Buten-(l) und Hexenen, Erhöhung der Selektivität des Katalysators
J5 für die genannten Produkte und Verringerung der
Polymerbildung gibt man in einigen Fällen verschiedene modifizierende Zusätze, wie phosphororganische Verbindungen,
Alkohole usw., zu (siehe bzw. US-PS 36 86 350, SU-PS 4 55 082) oder führt die Dimerisation
in Gegenwart von Wasserstoff bei einem konstanten Druck desselben im System von 1,013 bis 20,26 bar durch
(siehe JP-PS 12 602).
Das Vorliegen der genannten modifizierenden Zusätze in dem Katalysator sowie von Wasserstoff in der
Reaktionszone führt nur zu einer unbedeutenden Erhöhung der Ausbeute an Buten-(l) und zur zusätzlichen
Bildung von Hexenen.
Somit ist den bekannten Verfahren eine verhältnismäßig niedrige Ausbeute an Buten-(l) und Hexenen pro
so Gewichtseinheit des Katalysators eigen. So übersteigt die Ausbeute an Buten-(l) 10 g, die an Hexenen 0,3 g je
1 g Titanalkohol während 5 Stunden nicht.
Zweck des vorliegenden Verfahrens der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, in dem Verfahren zur Dimerisierung von «-Olefinen eine
solche spezielle Behandlung der Komponenten des Katalysators durchzuführen, welche es möglich macht,
die Selektivität des Katalysators für das Buten-(l) und die Hexene zu erhöhen, die Ausbeute an den genannten
Produkten zu steigern und die Polymerbildung bedeutend zu verringern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit dem durch vorstehenden Anspruch gekennzeichneten Verfahren
bs bewerkstelligt.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Katalysator besitzt (durch die genannte Vorbehandlung)
eine hohe Selektivität für Buten-(l) und Hexene.
Das Verfahren macht es möglich, die genannten Produkte in .hoher Ausbeute zu erhalten. So beträgt die
Ausbeute an Buten-{1) bei der Dimerisierung von Äthylen 80 bis 345 g/g Ti(OR)4 in der Stunde; der Gehalt
des erhaltenen Gemisches der Butene an Buten-(l) erreicht 99%. Die Ausbeute an Hexenen bei der
Dimerisierung von Propylen oder eines Gemisches von Äthylen mit Buten-(1) beträgt 4 bis 80 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde. Der Gehalt des erhaltenen Dimerisates an Hexenen erreicht 25%. Das erfindungsgemäße Verfahren
macht es möglich, den Gehalt des erhaltenen Dimerisates an Polymeren bedeutend zu senken (so
beträgt bzw. bei der Dimerisation des Äthylens der Polymergehalt im Dimerisat höchstens 0,4%).
Die Behandlung der Komponenten Ti(OR)4 und AIR3
des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch kann sowohl getrennt als auch gemeinsam
durchgeführt werden (im letzteren Fall iinterwirft man
der Behandlung ein Gemisch der Komponenten, d. h. faktisch den fertigen Katalysator). Die genannte
Behandlung kann sowohl in dem Dimerisationsreaktor selber vor dem Beginn des Prozesses als auch außerhalb
des genannten Reaktors durchgeführt werden. Die genannten Katalysatorkomponenten verwendet man in
Form ihrer Lösungen in Kohlenwasserstofflösungsmitteln (Konzentration der Lösungen 1 bis 80 g/l). Diese
Lösungen werden zur Durchführung der gemeinsamen Behandlung der Komponenten des Katalysators mit
dem Äthylen-Kohlenwasserstoff-Gemisch vermischt oder getrennt behandelt und dann vermischt. Wie oben
gesagt, wird die Behandlung mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch bei 0 bis 100" C, einem Druck des
Gemisches von 0,203 bis 15,2 bar und einem Wasserstoffgehalt in dem genannten Gemisch von 5 bis
95 Volumenprozent während 1 bis 120 Minuten durchgeführt
Das erfindungsgemäße Verfahren kann periodisch (unter Rühren) als auch in Durchflußröhrenreaktoren
kontinuierlich erfolgen.
Als Ausgangs-«-Olefine können sowohl individuelle
Verbindungen (Äthylen, Propylen, Buten-(l) und andere höhere Λ-Olefine) als auch deren Gemische verwendet
werden.
Als Kohlenwasserstofflösungsmittel kommen aliphatische, aromatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe,
beispielsweise Heptan,.Benzol, Toluol und Cyclohexan, in Frage.
Zum besseren Verstehen des Verfahrens der Erfindung werden folgende Beispiele für die Durchführung
der Dimerisierung von «-Olefinen angeführt.
Eine Lösung (20 ml) von 0,25 g Tetrabutoxytitan in n-Heptan und eine Lösung (20 ml) von 0,38 g
Triäthylaiuminium in n-Heptan behandelt man getrennt mit einem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch mit einem
Wasserstoffgehalt von 63 Volumenprozent bei 27° C und einem Druck des genannten Gemisches von 2,533
bar während 7 Minuten. Dann bringt man die genannten Lösungen in einen Dimerisationsreaktor von 850 ml
Fassungsvermögen ein, trägt 500 ml n-Heptan ein und führt danach kontinuierlich Äthylen zu. Die Dimerisationsbedingungen
sind wie folgt: Temperatur 570C, Äthylendruck 2,533 bar, Reaktionszeit 1 Stunde.
Man erhält 92,4 g Produkt, welches aus 0,38 g Polymer, 20,3 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die
Ausbeute an Buten-(l) beträgt 277 g/g Ti(OR)4 in der
In einem Dimerisationsreaktor von 850 ml Fassungsvermögen
erzeugt man mit einem Äthylen-Wasseritoff-Gemisch, welches 63 Volumenprozent Wasserstoff
enthält, einen Druck von 10,13 bar, bringt danach 0,5 g
Tetrabutoxytitan und 0,76 g Triäthylaiuminium in Form ihrer Lösungen in n-Heptan (je 250 ml) ein. Bei dem
genannten Druck und einer Temperatur von 25° C hält man den Katalysator während 10 Minuten. Dann erhöht
man die Temperatur in dem Reaktor auf 57° C, führt Äthylen zu und führt bei einem Äthylendruck von 2,533
bar die Dimerisierung während 2 Stunden durch.
Man erhält 126,5 g Produkt, welches aus 0,1 g Polymer, 31,5 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht Die
Ausbeute an Buten-(l) beträgt 84 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 2. Die Unterschied
besteht darin, daß der Wasserstoffgehalt des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 20 Volumenprozent beträgt
Man erhält 131,2 g Produkt, welches aus 0,22 g Polymer, 14,2 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht Die
Ausbeute an Buten-(l) beträgt 118 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde.
Unter denselben Bedingungen, jedoch ohne Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem
Äthylen-Wasserstoff-Gemisch, erhält man 51 g Produkt,
welches aus 1,4 g Polymer, 2,5 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die Ausbeute an Buten-(l) beträgt 46 g/g
Ti(OR)4 in der Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 1. Der Unterschied
besteht darin, daß der Wasserstoffgehalt des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 20 Volumenprozent, die Dauer
der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators 1 Minute, die Temperatur der Behandlung 1000C
beträgt.
Man erhält 61,5 g Produkt, welches aus 0,11 g Polymer, 6,1 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die
Ausbeute an Buten-(l) beträgt 222 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 2. Der Unterschied
besteht darin, daß der Wasserstoffgehalt des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 95 Volumenprozent, die Dauer
der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators 120 Minuten, die Temperatur der Behandlung O0C
beträgt.
Man erhält 150,5 g Produkt, welches aus 0,3 g Po'vmer, 46 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die
Ausueute an Buten-(l) beträgt 105 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten
des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch und die Bedingungen der Dimerisierung des
Äthylens sind analog zu Beispiel 2. Der Unterschied besteht darin, daß der Wasserstctfgehalt des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches
5 Volumenprozent, die Dauer der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators
5 Minuten, die Temperatur der Behandlung 80° C, der Druck des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 0,203 bar
beträgt
Man erhält 142,2 g Produkt, welches aus 0,4 g Polymer, 29 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die
Ausbeute an Ruten-(l) beträgt 112,5 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 2. Der Unterschied
besteht darin, daß die Temperatur der Dimerisierung 800C beträgt.
Man erhält 98 g Produkt, welches aus 0.5 g Polymer, 23 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die Ausbeute an
Buten-(1) beträgt 75,5 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wascerstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel t. Der Unterschied
besteht darin, daß der Wasserstoffgehalt des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 30 Volumenprozent, der Druck
des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 15,2 bar beträgt.
Man erhält 114 g Produkt, welches aus 0,13 g Polymer,
27,3 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die Ausbeute an Buten-(I) beträgt 347 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 1. Der Unterschied
besteht darin, daß man der Reaktionszone Äthylen in Gemisch mit Propylen bei einem Volumenverhältnis
derselben von 1 :2 zuführt.
Man erhält 47,3 g Produkt, welches aus 42,5 Gewichtsprozent Buten-(l), 42 Gewichtsprozent Pentene
und 15,5 Gewichtsprozent Hexene besteht, was einer Ausbeute von a) 80 bzw. b) 89 c) 29 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde entspricht.
Beispiel 10
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 1. Der Unterschied
besteht in folgendem: Der Wasserstoffgehalt in dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch beträgt 30 Volumenprozent,
der Druck des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches 15,2 bar der Dimerisierungszone führt man Äthylen in
Gemisch mit Propylen bei einem Volumenverhältnis derselben von 1 : 3 zu.
Man erhält 52,8 g Produkt, welches aus 38 Gewichtsprozent Buten-(I), 47,5 Gewichtsprozent Pentene
und 14.5 Gewichtsprozent Hexene besteht, was einer Ausbeute von a) 80 bzw.fa) 120, c) 28,8 g/g Ti(OR)4
in der Stunde entspricht
. Beispiel 11
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
und die Bedingungen der Dimerisierung sind analog zu Beispiel 1. Der Unterschied besteht nur darin,
ι» daß man der Reaktionszone statt des Äthylens Propylen zuführt
Man erhält 2 g Produkt, welches aus 0,3 g
4-Methylpentene, 1 g 2-Methyl-l-penten besteht; den
Rest bilden Hexen-(l), Hexen-{2) und 3-Methylpenten-
Beispiel 12
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Kompo-2i)
nenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch, die Ausgangskonzentrationen der Komponenten
des Katalysators und die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 2.
Der Unterschied besteht darin, daß man statt des 2">
Tetrabutoxytitans das Tetrabenzyltitanalkoholat Ti(O-CH2C6H5J4 verwendet.
Man erhält 69,3 g Produkt, welches aus 0,8 Gewichtsprozent Polymer, 18 Gewichtsprozent Hexene,
Rest Buten-(i) besteht. Die Ausbeute an Buten-(l) w beträgt 56 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Beispiel 13
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Kompof'
nenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch, die Ausgangskonzentrationen der Komponenten
des Katalysators und die Bedeutungen der Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 2.
Der Unterschied besteht darin, daß man statt des Tetrabutoxytitans das Tetraphenyltitanalkoholat
Ti(O - C6Hs)4 verwendet.
Man erhält 86,3 g Produkt, welches aus 0,6 Gewichtsprozent Polymer, 17 Gewichtsprozent Hexene,
Rest Buten-(I) besteht. Die Ausbeute an Buten-(l) ■»'· beträgt 70,7 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Beispiel 14
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Kompo-1(1
nenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch, die Ausgangskonzentrationen der Komponenten
des Katalysators sind analog zu Beispiel 2. Der Unterschied besteht darin, daß man statt Tetrabutoxytitan
Tetraäthoxytitan und statt Triäthylaluminium ■>Γ· Trimethylaluminium verwendet.
Die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind wie folgt: Temperatur 0°C, Äthylendruck 1,013 bar,
Dauer 2 Stunden, Lösungsmittel Benzol.
Man erhält 22,8 g Produkt, welches aus 0,05 g wl Polymer, 5 g Hexene, Rest Bulen-(l) besteht. Die
Ausbeute an Buten-(I) beträgt 17,8 g/g Ti(OR)4 in der
Stunde.
Beispiel 15
Die Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch wird analog
zu Beispie! 1 bei denselben Ausgangskonzentrationen
der Komponenten des Katalysators durchgeführt. Dabei verwendet man statt Tetrabutoxytilan Tetraisopropoxytitan
und statt Triäthylaluminium Trihexylaluminium. Die genannte Vorbehandlung der Komponenten
des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch
wird bei 40 C und einem Druck von 1,52 bar während 7 Minuten durchgeführt.
Die Bedingungen der Dimerisierung des Äthylens sind wie folgt: Temperatur 1000C, Äthylendruck 30,39
bar, Dauer 1 Stunde, Lösungsmittel Toluol.
Man erhält 38,7 g Produkt, welches aus 0,18 g Polymer, 8 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht. Die
Ausbeute an Buten-(l) beträgt 76 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Beispiel 16
Die Bedingungen der Vorbehandlung der Komponenten des Katalysators mit dem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch,
die Ausgangskonzentrationen der Komponenten des Katalysators und die Bedingungen der
Dimerisierung des Äthylens sind analog zu Beispiel 1. Die Unterschiede bestehen in folgendem: Statt des
Triäthylaluminiums verwendet man Tribenzylaluminium; als Lösungsmittel dient Hexan; der Äthylendruck
bei der Dimerisierung beträgt 17,25 bar.
Man erhält 48,8 g Produkt, welches aus 0,4 g Polymer 12 g Hexene, Rest Buten-(l) besteht Die Ausbeute an
Buten-( 1) beträgt 91 g/g Ti(OR)4 in der Stunde.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Dimerisierung oder Codimerisierung von «-Olefinen in Gegenwart eines Zweikomponentenkatalysators, bestehend aus organischen Titan- und Aluminiumverbindungen der allgemeinen Formeln Ti(OR)4 und AlR3, worin R für Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Aryl steht, in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel bei einer Temperatur von 0 bis 1000C und einem Druck der «-Olefine von 1,013 bis 30,39 bar, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart eines Katalysators dimerisiert, dessen Komponenten mit einem Äthylen-Wasserstoff-Gemisch mit einem Wasserstoffgehalt von 5 bis 95 Volumenprozent bei einer Temperatur von 0 bis 1000C und einem Druck des Äthylen-Wasserstoff-Gemisches von 0,203 bis 15,2 bar während 1 bis 120 Minuten vorbehandelt worden sind.
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