DE3425758C2 - Verfahren zur Herstellung von Alkoholen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AlkoholenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von Alkoholen durch Hydrierung von Verbin
dungen mit entsprechender Anzahl an Kohlenstoffatomen, die
ausgewählt wurden aus der Gruppe: Aldehyde, Fettsäuren und
Alkylestern der Fettsäuren. Insbesondere betrifft die vor
liegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Furfurylalkohol.
Die Herstellung von Fettalkoholen und Furfurylalkohol ist von
großem Interesse, da es für diese Verbindungen vielfältige
Verwendungen auf dem Waschmittelgebiet und bei der Herstellung
von Furanharzen gibt.
Herkömmliche Verfahren, die derzeit zur Hydrierung von
Aldehyd-, Säure- oder Esterfunktionen angewendet werden,
und wobei eine Alkoholfunktion erzeugt wird, erfordern sehr
hohen Druck und sehr hohe Temperaturen und demzufolge sehr
teure und energieaufwendige Ausrüstungen. Bei den herkömm
lichen Verfahren zur Herstellung von Fettalkoholen durch Hy
drierung der entsprechenden Fettsäuren oder deren Alkylester
beträgt der Druck zwischen 250 und 330 bar, während die Tem
peratur im Bereich zwischen 300 und 320°C liegt. Wenn auf
ähnliche Weise Furfurylalkohol hergestellt wird, beträgt der
Druck gewöhnlich zwischen 60 und 150 bar.
Weiterhin ist bei den herkömmlichen Verfahren die Reinheit
der erhaltenen Produkte, ob es sich um Fettalkohole oder Fur
furylalkohol handelt, für weitere Verwendung nicht ausreichend.
Daher ist ein weiterer Destillationsschritt erforderlich, was
wiederum den Energieverbrauch erhöht.
Es besteht daher auf dem Fachgebiet ein Bedarf zur Schaffung
eines Verfahrens zur Herstellung von Fettalkoholen oder Fur
furylalkohol bei welchem die Hydrierung der Verbindungen
mit einer Aldehyd-, einer Säure- oder einer Esterfunktion
bei wesentlich niedrigerem Druck erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung
eines Verfahrens zur Herstellung von Alkoholen durch Hy
drierung entsprechender Verbindungen, ausgewählt aus der
Gruppe: Aldehyde, Säuren und Alkylester dieser Säuren,
unter einem relativ niedrigen Wasserstoffdruck und bei
niedrigeren Temperaturen als jene, die bei herkömmlichen Ver
fahren angewendet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Fettalkoholen
oder Furfurylalkohol durch Hydrierung der entsprechenden
Säure, des Esters oder Aldehyds bei niedrigem Druck.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
eines Verfahren, wobei die Reinheit des erhaltenen Produktes
derart ist, daß kein weiterer Destillationsschritt erforder
lich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines Katalysators für die Hydrierung von Aldehyden,
insbesondere Furfural, von Fettsäuren und Alkylestern der
Fettsäuren bei relativ niedrigem Druck.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von
Alkoholen durch Hydrierung von Verbindungen mit einer ent
sprechenden Anzahl an Kohlenstoffatomen, ausgewählt aus der
Gruppe: Aldehyde, Fettsäuren und Alkylester der Fettsäuren,
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung unter einem
Wasserstoffdruck im Bereich von etwa 20 bis etwa 100 bar
bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150 bis etwa 300°C
und in Anwesenheit eines Katalysators durchgeführt wird, der
als erste Komponente eine Mischung aus Kupfer und Chrom mit
etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% Kupfer (berechnet als Oxid) und
als zweite Komponente Kupfer auf einem Träger in einer
Menge von etwa 5 bis etwa 45 Gew.-% umfaßt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere
die Herstellung von Fettalkoholen mit 6 bis 24 Kohlenstoff
atomen durch Hydrierung der entsprechenden Fettsäuren oder
Alkylester unter einem Wasserstoffdruck im Bereich von etwa
25 bis etwa 100 bar, vorzugsweise von etwa 30 bis etwa 80
bar, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150 bis etwa
300°C, vorzugsweise etwa 200 bis etwa 300°C, und in Anwe
senheit des Katalysators der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft weiterhin
die Herstellung von Furfurylalkohol durch Hydrierung von
Furfural unter einem Wasserstoffdruck im Bereich von etwa
20 bis etwa 35 bar bei einer Temperatur im Bereich von etwa
150 bis 250°C, vorzugsweise von etwa 170 bis etwa 250°C,
in Anwesenheit des Katalysators der vorliegenden Erfin
dung.
Es wurde unvorhergesehener Weise gefunden, daß die Hydrierung
in Anwesenheit des Katalysators der vorliegenden Erfindung
bei einem Druck und bei Temperaturen erfolgt, die wesentlich
niedriger sind als jene, die nach dem Stand der Technik an
gewendet werden.
Es wurde gefunden, daß Fettalkohole mit 6 bis 24 Kohlenstoff
atomen, insbesondere mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, durch
Hydrierung der entsprechenden Fettsäuren oder Alkylester
hergestellt werden können, wobei die aliphatische Kette
der Säure verzweigt sein kann, und zwar unter einem Wasser
stoffdruck im Bereich von etwa 20 bis etwa 80 bar, d. h.
unter einem Druck, der wesentlich unter jenem liegt, der
bei herkömmlichen Verfahren erforderlich ist, wenn die Hy
drierungsreaktion in Anwesenheit des erfindungsgemäßen Kata
lysators erfolgt, der hinsichtlich der ersten Komponente aus
der besagten Mischung aus Kupfer und Chrom besteht, die in
einem reduzierenden Medium, vorzugsweise in Anwesenheit eines
Aldehyds mit kurzer Kette, insbesondere Formaldehyd, herge
stellt wird, sowie hinsichtlich der zweiten Komponente aus
Kupfer, das mittels Zerstäubung auf einem Träger abgelagert
wurde.
Bei der ersten Katalysatorkomponente, d. h. der Cu-Cr-Mischung,
beträgt die Menge an Kupfer vorzugsweise etwa 30 bis etwa 40
Gew.-% (berechnet als Oxid).
Bei der zweiten Katalysatorkomponente beträgt die Kupfermenge
vorzugsweise etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%. Das Kupfer wird durch
Zerstäuben auf einem Träger abgelagert, der im allgemeinen
auf seiner Oberfläche Hydroxylgruppen aufweist. Geeignete
erfindungsgemäße Träger
sind Alkalisilikate oder -aluminate, vorzugsweise Natrium-
oder Kaliumsilikate oder -aluminate.
Es wurde gefunden, daß bei der Hydrierung von Fettsäuren oder
von Alkylestern dieser Säuren mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen
daß Gewichtsverhältnis der Katalysatorkomponenten, d. h.
Cu-Cr : Cu-Träger, zwischen 1 : 1,5 und 1 : 0,75 betragen
sollte.
Werden Alkylester von Fettsäuren verwendet, kann die Alkyl
gruppe dieser Ester zwischen 1 bis 25 Kohlenstoffatomen ent
halten. Wegen der leichteren Verfügbarkeit werden jedoch
Methylester bevorzugt.
Bei chargenweiser Herstellung beträgt die verwendete Kataly
satormenge während der Hydrierung im allgemeinen 0,1 bis
5 Gew.-%, bezogen auf die Beschickung, vorzugsweise 0,2
bis 1 Gew.-%.
Es wurde weiterhin gefunden, daß Furfurylalkohol durch Hy
drierung von Furfural bei einem Wasserstoffdruck im Bereich
von etwa 20 bis etwa 35 bar, d. h. bei einem Druck, der we
sentlich niedriger ist als der Druck bei herkömmlichen Ver
fahren, hergestellt werden kann, wenn die Hydrierungsreaktion
in Anwesenheit des Katalysators erfolgt, der obige Zusammen
setzung aufweist.
Bei chargenweiser Herstellung beträgt die Menge des für die
Hydrierung von Furfural verwendeten Katalysators von etwa
0,1 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,2 bis etwa 1 Gew.
%, bezogen auf die Beschickung.
Es wurde jedoch gefunden, insbesondere was die Hydrierung
von Furfural betrifft, daß das Gewichtsverhältnis der Kata
lysatorkomponenten, d. h. Cu-Cr : Cu-Träger, vorzugsweise
zwischen 1 : 0,2 und 1 : 0,4 betragen sollte.
Das erfindungsgemäße Verfahren erbringt unter Verwendung des
genannten Katalysators absolut unerwartete Ergebnisse,
denn es ist dem Fachmann bekannt, daß die Verwendung der
Katalysatorkomponenten jeweils allein zur Hydrierung der
gleichen Produkte niemals eine derartige Reduzierung des
Wasserstoffdrucks erlauben.
Ohne im Detail an die vorgetragene Theorie gebunden sein zu
wollen, wird die Vermutung geäußert, daß die Aktivität
des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Kata
lysators wegen der Verwendung eines reduzierenden Mediums
während der Herstellung der Cu-Cr-Mischung und wegen der
Zerstäubung des Kupfers auf dem Träger stabilisiert wird.
Es wurde auch gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei
niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, die im
allgemeinen zwischen etwa 170 und etwa 250°C liegen.
Weiterhin sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren er
haltenen Produkte von einer solchen Reinheit, daß keine zu
sätzliche Destillation zum Zwecke der Reinigung notwendig ist
Das erfindungsgemäße Verfahren kann chargenweise oder kon
tinuierlich durchgeführt werden. Die lineare Raum/Zeit-
Geschwindigkeit beim kontinuierlichen Verfahren beträgt im
allgemeinen zwischen 0,1 und 5.
Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung.
Furfural von handelsüblicher Qualität wurde katalytisch
zu Furfurylalkohol hydriert. Die erste Katalysatorkomponente
war eine Mischung aus Kupfer und Chrom, hergestellt in einem
reduzierenden Medium, im vorliegenden Falle Formaldehyd,
wobei der Kupfergehalt in der genannten Mischung 40 Gew.-%,
berechnet als Oxid, betrug. Die andere Katalysatorkomponente
war Kupfer, durch Zerstäuben auf einen Natriumsilikatträger aufge
tragen, wobei die Kupfermenge 40 Gew.-% der Komponente betrug
Die beiden Komponenten des Katalysators wurden in einem Ge
wichtsverhältnis von Cu-Cr : Cu-Träger von 1 : 0,2 homogen
vermischt.
Die Hydrierung erfolgte unter einem Wasserstoffdruck von
25 bar bei einer Temperatur von 180°C für die Dauer von
45 Minuten in Anwesenheit einer Menge an Katalysator von
0,25 Gew.-% des Furfurals.
Man erhielt Furfurylalkohol in einer Ausbeute von 99,5%
in einem solchen Grade der Reinheit, daß keine zusätzliche
Destillation notwendig war. Die Zusammensetzung des erhaltenen
Produktes wird in der folgenden Tabelle angegeben.
Furfurylalkohol|99,8% | |
Furfural | Spuren |
Asche | 0,01% |
Wasser | 0,01% |
Die Farbe nach der Lovibond 5 1/4-Skala war maximal 0,1
rot und 0,7 gelb.
Zum Zwecke des Vergleichs wurde Furfural in Anwesenheit eines
herkömmlichen Cu-Cr-Katalysators mit einem Gehalt an 40 Gew.-%
Kupfer hydriert. Um das gleiche Ergebnis zu erhalten, war es
erforderlich, unter einem Wasserstoffdruck von 180 bar zu
arbeiten.
Laurylalkohol wurde durch katalytische Hydrierung von
Methyllaureat hergestellt. Die erste Katalysatorkomponente
war eine Mischung aus Kupfer und Chrom, hergestellt in einem
reduzierenden Medium, im vorliegenden Falle Formaldehyd,
wobei die Kupfermenge in der genannten Mischung 35 Gew.-%,
berechnet als Oxid, betrug. Die andere Katalysatorkomponente
war Kupfer, das durch Zerstäuben auf einen Natriumsilikat
träger aufgetragen worden war, wobei die Kupfermenge 40 Gew.
% der Komponente betrug. Die beiden Katalysatorkomponenten
wurden in einem Gewichtsverhältnis von Cu-Cr : Cu-Träger
von 1 : 1,5 homogen vermischt.
Die Hydrierung erfolgte unter einem Wasserstoffdruck von 60
bar bei einer Temperatur von 218 °C und mit einer Fließge
schwindigkeit von 22 g Methyllaureat pro Stunde auf 130 g
Katalysator, entsprechend einer linearen Raum/Zeit-Geschwindig
keit von 0,24.
Laurylalkohol wurde in guter Ausbeute hergestellt. Das er
haltene Produkt hatte die folgende Zusammensetzung:
Laurylalkohol | |
97,5 Gew.-% | |
Methyllaureat | 0,1 Gew.-% |
Lauryllaureat | 2,4 Gew.-% |
Durch katalytische Hydrierung von Methyl-Palmitostearat
(50 Gew.-% C16 und 50 Gew.-% C18) wurde eine Mischung von
Cetyl- und Stearylalkohol hergestellt. Die erste Kataly
satorkomponente war eine Mischung aus Kupfer und Chrom, her
gestellt in einem reduzierenden Medium, im vorliegenden Fall
Formaldehyd, wobei die Menge an Kupfer in der genannten Mi
schung 35 Gew.-%, errechnet als Oxid, betrug. Die andere
Katalysatorkomponente war Kupfer, durch Zerstäuben auf einen
Natriumsilikat-Träger aufgetragen, wobei die Kupfermenge
40 Gew.-% der Komponente betrug. Die beiden Katalysator
komponenten wurden in einem Gewichtsverhältnis von Cu-Cr :
Cu-Träger von 1 : 1 homogen vermischt.
Die Hydrierung erfolgte unter einem Wasserstoffdruck von 65
bar bei einer Temperatur von 218°C und mit einer Fließge
schwindigkeit von 35 g Ester pro Stunde auf 120 g Katalysator,
was einer linearen Raum/Zeitgeschwindigkeit von 0,4 entspricht.
Die Mischung von Cetyl- und Stearylalkohol wurde in sehr guter
Ausbeute erhalten. Das erhaltene Produkt hatte die folgende
Zusammensetzung:
Cetyl- und Stearylalkohol | |
97,5 Gew.-% | |
Methylpalmitat und -Stearat | 0,1 Gew.-% |
Mischung von Cetyl- und Stearylestern der Palmitin- und Stearinsäure | 2,4 Gew.-% |
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung von Alkoholen durch Hydrierung
von Verbindungen mit der entsprechenden Anzahl an
Kohlenstoffatomen mit einer Säure-, Ester- oder Aldehyd
funktion, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung
unter einem Wasserstoffdruck zwischen etwa 20 und etwa
100 bar bei einer Temperatur zwischen etwa 150° bis etwa
300°C und in Anwesenheit eines Katalysators durchgeführt
wird, der als erste Komponente eine Mischung aus Kupfer
und Chrom mit etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% Kupfer (berech
net als Oxid) und als zweite Komponente Kupfer auf einem
Träger in einer Menge von etwa 5 bis etwa 45 Gew.-%
umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Herstellung von Fettalkoholen mit 6 bis 24 Kohlen
stoffatomen die Hydrierung entsprechender Fettsäuren oder
Alkylester unter einem Wasserstoffdruck zwischen etwa 25
und etwa 100 bar durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydrierung unter einem Wasserstoffdruck zwischen
etwa 30 und etwa 80 bar durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Herstellung von Furfurylalkohol die Hydrierung unter
einem Wasserstoffdruck zwischen etwa 20 und etwa 35 bar
bei einer Temperatur zwischen etwa 150° und etwa 250°C
durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydrierung bei einer Temperatur zwischen etwa 170°
und etwa 250°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Herstellung von Fettalkoholen die Hydrierung mit
Fettsäure-alkylestern, worin die Alkylgruppe zwischen 1
bis 25 Kohlenstoffatome umfaßt, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Komponente des Katalysators von etwa 30 bis
etwa 40 Gew.-% Kupfer umfaßt.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente des
Katalysators von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% Kupfer
umfaßt.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Katalysatorkom
ponente in einem reduzierenden Medium hergestellt worden
ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
als reduzierendes Medium Formaldehyd verwendet worden
ist.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer der zweiten
Katalysatorkomponente durch Zerstäuben auf dem Träger
abgelagert worden ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, auf welchem das
Kupfer abgelagert worden ist, ein Alkalimetallsilikat
oder Alkalimetallaluminat ist.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3
und 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung
der Fettsäuren oder der Fettsäure-alkylester in Anwesen
heit eines Katalysators durchgeführt wird, der aus der
Cu-Cr-Mischung und aus Cu auf einem Träger in einem Ge
wichtsverhältnis der Cu-Cr-Mischung/Cu auf einem Träger
zwischen etwa 1 : 1,5 und etwa 1 : 0,75 besteht.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung von Furfur
aldehyd in Anwesenheit eines Katalysators durchgeführt
wird, der aus der Cu-Cr-Mischung und aus Cu auf einem
Träger in einem Gewichtsverhältnis der Cu-Cr-Mischung/Cu
auf einem Träger zwischen etwa 1 : 0,2 und etwa 1 : 0,4
besteht.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung ansatzweise
in Anwesenheit des Katalysators in einer Menge zwischen
etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa
0,2 und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Beschickung,
durchgeführt wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung kontinuierlich
bei einem LHSV-Wert zwischen etwa 0,1 und etwa 5
durchgeführt wird.
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