FR2925046A1 - Procede d'obtention d'alcool a partir d'un aldehyde - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde utilisant un catalyseur bifonctionnel. Elle concerne également un procédé de condensation d'un aldéhyde, un procédé d'obtention d'alcool à partir de l'hydrogénation du produit de la condensation d'un aldéhyde ainsi que les produits obtenus à travers chaque procédé respectif.

Description

Procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde La présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde utilisant un catalyseur bifonctionnel. Elle concerne également un procédé de condensation d'un aldéhyde, un procédé d'obtention d'alcool à partir de l'hydrogénation du 1 o produit de la condensation d'un aldéhyde ainsi que les produits obtenus à travers chaque procédé respectif.
ART ANTERIEUR
15 Le butanol (butanol-1) est actuellement synthétisé en deux étapes à travers l'hydroformylation (carbonylation) du propène par un procédé connu sous le nom de Synthèse Oxo, produisant du butyraldéhyde. Ensuite le butyraldéhyde est hydrogéné, pour obtenir le butanol-1. La production du butanol-1 à partir de l'hydroformylation du propène dépend de la fourniture 20 de cette matière-première provenant du pétrole. Du fait de la raréfaction de cette source non renouvelable et de sa hausse de prix graduelle, le coût de la production du butanol-1 peut rendre son utilisation prohibitive. De plus, il existe une forte pression au niveau mondial pour la substitution du pétrole comme source de matière-première pour une ressource issue de la 25 biomasse, en raison de l'impact environnemental qu'il provoque.
Un autre procédé comprend la condensation aldolique de l'acétaldéhyde suivie de déshydratation produisant le crotonaldéhyde en utilisant de l'hydroxyde de sodium comme catalyseur, suivie d'hydrogénation, produisant 30 le butanol-1. Dans ce procédé, le rendement est faible et le crotonaldéhyde est toxique, irritant et de manipulation difficile, subissant facilement la réaction de polymérisation.
INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde comprenant en une première étape la condensation de l'aldéhyde par déshydratation en présence d'un catalyseur solide spécifique formant un aldéhyde condensé, suivie de l'hydrogénation de ce dernier produisant de l'alcool, dans une deuxième étape.
1 o Ce procédé permet d'obtenir un alcool avec une conversion et une sélectivité excellente.
Première étape La première étape de ce procédé est un procédé de condensation de deux 15 molécules d'aldéhyde en présence d'un système catalytique comprenant un composé solide acide ou basique et d'un composé métallique, à une température située entre 10°C et 300°C et une pression comprise entre 0,01 et 200 bar, en présence d'hydrogène.
20 Le système catalytique peut être bifonctionnel, réalisant la condensation aldolique et la déshydratation en milieux acides ou basiques et l'hydrogénation en présence d'un métal.
Le système catalytique comprend comme premier composant un composé 25 solide acide ou basique. Ce composé peut être un solide du type zéolite, argile, céramique, résine, minéral ou tout autre support solide acide ou basique. A titre de support solide acide on peut citer notamment les résines d'acides sulfoniques, les résines carboxyliques, les résines phosphoriques, les oxydes minéraux tels que les zircones sulfatées, les argiles acides telles 30 que les montmorillonites et les zéolites, tels que les H-ZSM5, et H-Y. A titre de support solide basique on peut citer les composés portant en surface des fonctions hydroxydes ou des fonctions aminées, des carbonates, des oxydes 7 métalliques tels que les phosphate ou oxydes de lanthane, les argiles basiques telles que les hydroxydes double lamellaires (LDH).
Le système catalytique comprend comme second composant un composé métallique, notamment à base de Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, et/ou Au. On préfère notamment Ni, Pd, Rh, et Ir. Ce composé peut être le métal en tant que tel ou un métal sous forme d'hydroxyde, d'oxyde ou de sel. Le métal est préférablement à l'état réduit pour son activité lors de l'hydrogénation.
1 o On peut notamment utiliser le composé métallique dans des proportions comprises entre 0,001 % et 30 % en poids, plus préférentiellement entre 0,01 et 10 % en poids, par rapport au poids du composé solide acide ou basique.
15 Selon un objet préféré de l'invention, le système catalytique comprend un composé solide acide ou basique sur lequel le composé métallique décrit ci-dessus est supporté en surface.
On peut par exemple citer les catalyseurs Amberlyst CH28 de la société 2 o Rohm & Haas.
Il est également possible que le système catalytique comprenne un composé solide acide ou basique et un composé métallique supporté sur un solide inerte vis-à-vis de la réaction. La quantité de système catalytique peut varier entre 0,01 % et 60 % en poids par rapport au poids d'aldéhyde, préférentiellement entre 0,1 % et 20 % en poids, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % en poids.
30 Préférentiellement, la réaction est effectuée à une température comprise entre 10°C et 200°C, plus préférentiellement entre 30°C et 150°C, encore plus préférentiellement entre 80°C et 120°C. 25 4 2925046 Préférentiellement, la réaction est effectuée à une pression comprise entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement entre 8 et 15 bar. 5 De manière préférée, la première étape est réalisée à une température située entre 10°C et 200°C et une pression entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement, à une température située entre 30°C et 150°C et une pression entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement, à une température 1 o située entre 80°C et 120°C et une pression entre 8 et 15 bar.
Une telle pression peut être obtenue par ajout alimentation au réacteur d'hydrogène pur ou d'un mélange d'hydrogène et d'un gaz inerte, tel que par exemple l'azote ou l'argon. La pression partielle en hydrogène peut être 15 maintenue par purge du ciel gazeux en contrôlant la teneur en hydrogène.
Les aldéhydes peuvent notamment être l'acétaldéhyde, le butyraldéhyde ou le propionaldéhyde. On peut utiliser un ou plusieurs aldéhydes de natures différentes. Le procédé selon l'invention peut être réalisé en continu ou en discontinu, préférentiellement en phase liquide. Le temps de séjour de la première étape peut notamment être de 5 à 300 minutes.
25 La réaction de la première étape peut être effectuée dans un réacteur de tout type, notamment dans un tube réactionnel monté verticalement. Plusieurs réacteurs mettant en oeuvre le procédé de la première étape peuvent être mis en série.
30 Le catalyseur peut être mis sur un lit fixe ou bien être mis en suspension sous agitation dans le réacteur. 20 II est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, notamment par distillation, du produit obtenu après la première étape, par exemple pour récupérer les réactifs.
Seconde étape La seconde étape du procédé comprend l'hydrogénation de l'aldéhyde condensé produisant de l'alcool. Ainsi on fait réagir l'aldéhyde condensé avec de l'hydrogène en phase gazeuse ou liquide en présence d'un catalyseur d'hydrogénation, notamment sous des conditions de température 1 o et pression déterminées.
Le catalyseur d'hydrogénation peut être constitué de métal ou de métal supporté contenant du Cr, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, ou leurs composés et mélanges, notamment en concentrations entre 0,01 % et 30 15 en poids, préférentiellement entre 0,1 % et 20 %, plus préférentiellement entre 1 % et 10 %, par rapport au poids total du catalyseur.
On peut par exemple utiliser à titre de catalyseur d'hydrogénation du nickel de Raney supporté ou non, du Cu/CuO sur silice, du platine supporté ou du 20 ruthénium supporté.
Dans cette réaction, la température peut se situer entre 10°C et 300°C, préférentiellement entre 80°C et 140°C ; et la pression entre 0,1 et 300 bar, préférentiellement entre 1 et 100 bar. Préférentiellement, le procédé d'obtention d'alcool en question considère l'hydrogénation du butyraldéhyde obtenu lors de la condensation aldolique de deux molécules d'acétaldéhyde produisant du butanol-1.
30 Dans le procédé d'obtention d'alcool en question considérant des catalyseurs employés dans la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde et 25 dans l'hydrogénation du produit de ladite condensation, lesdits catalyseurs peuvent correspondre à un matériau identique ou similaire.
Il est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, 5 notamment par distillation, du produit obtenu après la deuxième étape.
Le procédé selon l'invention permet notamment d'obtenir du butanol-1 à partir d'acétaldéhyde, du 2-éthyl hexanol à partir de butyraldéhyde ou du 2-méthyl pentanal à partir de propionaldéhyde. Les deux étapes décrites précédemment sont préférentiellement effectuées dans des réacteurs différents, notamment disposés l'un à la suite de l'autre.
La présente invention a également pour objet le produit susceptible d'être 15 obtenu par la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde tel que décrit précédemment.
La présente invention a également pour objet l'alcool susceptible d'être obtenu à partir de l'hydrogénation du produit obtenu de la condensation 20 aldolique de deux molécules d'aldéhyde, tel que décrit précédemment.
Les exemples dudit procédé présentés ci-dessous apporteront une plus grande précision à l'invention, à titre simplement illustratif et non limitatif de l'objet ou de la portée de celle-ci. 25 PARTIE EXPERIMENTALE Exemple 1 : Réaction étape 1 en discontinu Dans un réacteur agité de 400 mL, on effectue une charge de 1,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium 30 et de 220 g d'acétaldéhyde à l'état liquide. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 °C et 12 10 bar. La conversion atteint jusqu'à 32,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 61,0 % en 120 minutes.
Exemple 2 : Réaction étape 1 en continu Dans un réacteur agité de 400 mL, on effectue une charge de 1,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium. Ensuite, l'équipement est fermé et alimenté en d'acétaldéhyde à l'état liquide (200 g/heure), pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 °C et une pression de 12 bar. La conversion atteint jusqu'à 60,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 90,0 %.
Exemple 3 : Réaction étape 2 en discontinu Dans un réacteur de 150 mL, on effectue une charge de 100 g de butyraldéhyde et de 10 g de catalyseur de nickel de Raney. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100°C et une pression de 20 bar. On obtient une conversion de 99,98 % et une sélectivité en butanol-1 de 98,92 %, après 30 minutes.

Claims (16)

Revendications
1. Procédé de condensation de deux molécules d'aldéhydes en présence d'un système catalytique comprenant un composé solide acide ou basique et d'un composé métallique, à une température située entre 10°C et 300°C et une pression comprise entre 0,01 et 200 bar, en présence d'hydrogène.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé solide acide ou basique est du zéolite, argile, céramique, résine, ou minéral. 10
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé solide acide est choisi dans le groupe comprenant les résines d'acides sulfoniques, les résines carboxyliques, les résines phosphoriques, les oxydes minéraux tels que les zircones sulfatées, les argiles acides telles que les 15 montmorillonites et les zéolites, tels que les H-ZSM5, et H-Y.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé solide basique est choisi dans le groupe comprenant les composés portant en surface des fonctions hydroxydes ou des fonctions aminées, des 20 carbonates, des oxydes métalliques tels que les phosphate ou oxydes de lanthane, les argiles basiques telles que les hydroxydes double lamellaires (LDH).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en 25 ce que le composé métallique est à base de Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, et/ou Au.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composé métallique est un métal à l'état réduit.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composé métallique est présent dans des proportions comprises 30entre 0,001 % et 30 % en poids, plus préférentiellement entre 0,01 % et 10 % en poids, par rapport au poids du composé solide acide ou basique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en 5 ce que le système catalytique comprend un composé solide acide ou basique sur lequel le composé métallique est supporté en surface.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la quantité de système catalytique varie entre 0,01 % et 60 % en 1 o poids par rapport au poids d'aldéhyde, préférentiellement entre 0,1 % et 20 % en poids, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % en poids.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température comprise entre 10°C et 15 200°C, plus préférentiellement entre 30°C et 150°C, encore plus préférentiellement entre 80°C et 120°C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la réaction étape est effectuée à une pression comprise entre 1 et 20 100 bar, plus préférentiellement entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement entre 8 et 15 bar.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'aldéhyde est choisi dans le groupe comprenant l'acétaldéhyde, le 25 butyraldéhyde et le propionaldéhyde.
13. Procédé de fabrication d'un alcool par réaction d'un aldéhyde condensé obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel on fait réagir l'aldéhyde condensé avec de l'hydrogène en phase gazeuse ou liquide 30 en présence d'un catalyseur d'hydrogénation.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'alcool est du butanol-1.
15. Produit susceptible d'être obtenu par condensation aldolique de deux 5 molécules d'aldéhyde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
16. Alcool susceptible d'être obtenu à partir de l'hydrogénation du produit obtenu de la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. lo
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