BRPI0619775A2

BRPI0619775A2 - catalisador para a produção de polióis por hidrogenólise de carboidratos

Info

Publication number: BRPI0619775A2
Application number: BRPI0619775-2A
Authority: BR
Inventors: Dale E Holcomb Jr
Original assignee: Sued Chemie Inc
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2011-10-18
Also published as: EP1973652A1; US20070293665A1; CN101309750A; US20070135301A1; WO2007067426A1; US7692001B2

Abstract

CATALISADOR PARA A PRODUçãO DE POLIóIS POR HIDROGENóLISE DE CARBOIDRATOS. A presente invenção refere-se a um catalisador para a hidrogenólise de carboidratos. O catalisador compreende níquel metálico sobre um suporte de alumina-sílica. Opcionalmente, o catalisador pode ser promovido com metais nobres selecionados do grupo que consiste em cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ouro, prata e suas combinações.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CATALISA- DOR PARA A PRODUÇÃO DE POLIÓIS POR HIDROGENÓLISE DE CARBOIDRATOS"

Antecedentes

O presente desenvolvimento é um catalisador utilizável para a produção de polióis. Especificamente, a invenção se refere ao uso de um catalisador de níquel sobre alumina-sílica para a hidrogenólise de carboidra- tos. Opcionalmente, o catalisador pode ser promovido com metais nobres.

Polióis são comumente derivados de açúcares ou carboidratos. Uma solução aquosa de açúcar é tratada com hidrogênio na presença de um catalisador de níquel para produzir um álcool de açúcar. O álcool de açúcar, quando adicionalmente tratado com hidrogênio na presença do catalisador de níquel, pode ser convertido em polióis e glicóis.

Como o meio para essas reações de hidrogenação é a água, pode se tornar um desafio identificar um catalisador eficaz e de relativamen- te longa duração para esses processos. Uma abordagem identificada na técnica anterior era usar um metal coloidal. Isso evitava o problema de que muitos suportes de catalisadores comuns não são estáveis em água. Entre- tanto, era difícil e oneroso remover o metal coloidal dos polióis e glicóis re- sultantes. Na Patente norte-americana ns 5.162.517 (expedida para Darsow em 10 de novembro de 1992), catalisadores livres de veículo são processa- dos em moldagens a partir de pós metálicos. Os pós metálicos incluem ele- mentos do grupo do ferro, como níquel, cobalto, ferro e misturas e ligas des- ses metais. As moldagens compreendem pelo menos 70% de metal.

Catalisadores metálicos em suporte também foram propostos para uso em processos de hidrogenação de carboidratos. Veículos de sílica- alumina são conhecidos na técnica, mas a patente '517 verificou que esses são problemáticos: "catalisadores de níquel sobre um veículo (Si02/Al203) [têm] superfícies ativas extremamente elevadas de 140 - 180 m2/g, de modo que os catalisadores são tão ativos que têm de ser estabilizados por méto- dos de tratamento químico adicionais... Entretanto, a estabilização desativa- dora do catalisador requer, então, temperaturas de reação tão elevadas du- rante a hidrogenação de açúcares (130 - 1809C), que podem ocorrer rea- ções colaterais incontroláveis..." Na patente norte-americana ns 4.382.150 (expedida para Arena em 3 de maio de 1983), o catalisador proposto é um metal do Grupo Vlll de valência zero dispersado em dióxido de titânio: "en- quanto quantidades substanciais de sílica de alumina, que são materiais de suporte comumente empregados, se dissolvem no meio aquoso durante a hidrogenação de carboidratos, não ocorre virtualmente nenhuma lixiviação de dióxido de titânio sob condições de hidrogenação comparáveis."

Catalisadores de Raney são conhecidos na técnica de conver- são de carboidratos.. Por exemplo, a patente norte-americana n- 6.414.2-01 (expedida para Shimazu et al. em 2 de julho de 2002) ensina e reivindica um processo que usa um catalisador de Raney formado por fusão de uma mistu- ra de níquel e alumínio e, então, resfriamento brusco de gotículas da mistura para formar uma liga em grumos, da qual se rompem partículas. Entretanto, sabe-se genericamente na técnica que catalisadores de Raney funcionam bem em operações estáticas, mas não estão bem adaptados para funciona- rem eficazmente em processos contínuos. Além disso, de maneira similar aos processos que usam metal coloidal, catalisadores de Raney têm de ser separados e recuperados da mistura de reação ao término do processo.

Sumário da Invenção

O presente desenvolvimento é um catalisador para a hidrogenó- Iise de carboidratos, compreendendo níquel metálico sobre um suporte de alumina-sílica. Opcionalmente, o catalisador pode ser promovido com metais nobr es. Em particular, o catalisador da presente invenção compreende de cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso de níquel, de cerca de 40% em peso a cerca de 50% em peso de alumina e de cerca de 1 % em peso a cerca de 10% em peso de sílica. O catalisador também pode compreender até cerca de 0,5% em peso de um promotor.

O catalisador se destina a uso em um processo em meio aquoso para a conversão de carboidratos em polióis e/ou glicóis. Além disso, o cata- lisador se destina a uso como um leito fixo de catalisador em um processo contínuo para a conversão de carboidratos em polióis e/ou glicóis. Descrição Detalhada da Modalidade Preferida

O presente desenvolvimento é um catalisador para uso em pro- cessos para conversão de carboidratos em polióis e glicóis. Os carboidratos são tratados com hidrogênio em um meio aquoso e na presença de um cata- lisador de hidrogenação compreendendo níquel metálico sobre um suporte de alumina e sílica. Opcionalmente, o catalisador pode ser promovido com um metal nobre.

O catalisador da presente invenção compreende níquel metálico, alumina e sílica. O níquel metálico compreende de cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso do peso total do catalisador. A razão de alumina para sílica varia, de preferência, de cerca de 4:1 a cerca de 50:1, com a alumina compreendendo de cerca de 40% em peso a cerca de 50% em peso do pe- so total do catalisador, e a sílica compreendendo de cerca de 1% a cerca de 10% em peso do peso total do catalisador. Em uma modalidade exemplifica- tiva do catalisador, o níquel compreende de cerca de 48% em peso a cerca de 53% em peso do peso total do catalisador, a alumina compreende de cerca de 43% em peso a cerca de 46% em peso do peso total do catalisa- dor, e a sílica compreende de cerca de 1% em peso a cerca de 10% em pe- so do peso total do catalisador.

O volume de poros do catalisador é, de preferência, de pelo me- nos cerca de 0,33 cm3/g, e a área de superfície específica, medida pelo pro- cedimento BET, é, de preferência, de pelo menos 150 m2/g. Em uma moda- lidade exemplificativa, mais de cerca de 45% do volume do catalisador têm um tamanho de poro de menos de cerca de 100 Á, e mais dê cerca de 40% do volume do catalisador têm um tamanho de poro de cerca de 100 Á a cer- ca de 300 Á.

O níquel é introduzido no catalisador na forma de nitrato de ní- quel. Em uma modalidade exemplificativa, o nitrato de níquel está na forma de uma solução contendo cerca de 13,8% em peso de níquel. A alumina é introduzida no catalisador na forma de nitrato de alumínio. Em uma modali- dade exemplificativa, o nitrato de alumínio está na forma de uma solução contendo cerca de 60% em peso de sólidos. A sílica é introduzida no catali- sador tipicamente como um aglutinante contendo sílica, em várias formas conhecidas na técnica, como sílica precipitada, sílica de elevada área de superfície, bentonita, montmorilonita e atapulgita.

Em um processo exemplificativo, o catalisador é preparado por um método de co-precipitação. O nitrato de níquel e o nitrato de alumínio são adicionados juntos para formar uma pré-mistura. Adiciona-se, então, soda calcinada à pré-mistura, e se deixa a mistura precipitar e envelhecer durante um período de tempo. O precipitado resultante é completamente lavado, secado e, então, calcinado em um oxido agregado. O agregado é adicionalmente triturado e misturado com um aglutinante contendo sílica. O agregado triturado resultante é conformado em extrusões ou comprimidos desejados. O catalisador resultante compreende cerca de 50,6% em peso de Ni, 44,2% em peso de Al2O3 e 5,2% em peso de SiO2 e tem um volume de poros de 0,44 cm3/g, uma área de superfície específica BET de 161 m2/g e uma perda de ignição a 540°C de menos de cerca de 5%.

Opcionalmente, o catalisador pode compreender até cerca de 0,5% em peso de um promotor metálico, como cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ouro, prata. O promotor pode ser adicionado durante a precipitação ou pode ser adicionado à pré-mistura, métodos que são conhecidos na téc- nica.

O catalisador da presente invenção se destina a uso na hidroge- nólise de carboidratos em meios aquosos. O catalisador difere dos catalisa- dores da técnica anterior por requerer que níquel metálico fique sobre um suporte predominantemente à base de alumina. Deve-se entender que a composição do catalisador e as condições de processamento específicas podem variar sem exceder o escopo deste desenvolvimento.

Claims

1. Catalisador para uso em um processo para a conversão de carboidratos em polióis e/ou glicóis, o dito processo com um meio aquoso, e o dito catalisador consistindo essencialmente em cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso de níquel e até cerca de 0,5% em peso de um pro- motor metálico, selecionado do grupo que consiste em cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ouro, prata e combinações dos mesmos, em que o dito ní- quel e o dito promotor estão em um suporte compreendendo de cerca de 40% em peso a cerca de 50% em peso de alumina e de cerca de 1% em peso a cerca de 10% em peso de sílica, em que.a razão de alumina para sílica (AhSi) é de cerca de 4:1 a cerca de 50:1.

2. Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito catalisador compreende de cerca de 48% em peso a cerca de 53% em peso de níquel, de cerca de 43% em peso a cerca de 46% em peso de alumina e de cerca de 1 % em peso a cerca de 10% em peso de sílica.

3. Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito catalisador tem um volume de poros de pelo menos cerca de 0,33 cm3/g.

4. Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito catalisador tem uma área de superfície específica, medida pelo procedimen- to BET, de pelo menos 150 m2/g.

5. Catalisador, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito níquel é introduzido no dito catalisador na forma de nitrato de níquel, a dita alumina é introduzida no dito catalisador na forma de nitrato de alumínio, e a dita sílica é introduzida no dito catalisador como sílica precipitada ou sílica de elevada área de superfície ou bentonita ou montmorilonita ou atapulgita.

6. Catalisador, de acordo com a reivindicação 8, em que os ditos nitrato de níquel e nitrato de alumínio são adicionados juntos para formar uma pré-mistura, à qual o dito promotor é adicionado, e, então, a dita soda calcinada é, então, adicionada, deixa-se a mistura de soda calcinada/pré- mistura formar um precipitado que envelhece durante um período de tempo predeterminado, e, então, o precipitado é completamente lavado e secado e, então, calcinado para formar um oxido agregado, que é adicionalmente tritu- rado e misturado com a dita sílica antes de ser conformado em formatos predeterminados.

7. Catalisador, de acordo com a reivindicação 8, em que os ditos nitrato de níquel e nitrato de alumínio são adicionados juntos para formar uma pré-mistura, à qual o dito promotor e a dita soda calcinada são, então, adicionadas concomitantemente, deixa-se a mistura de soda calcinada/pré- mistura formar um precipitado que envelhece durante um período de tempo predeterminado, e, então, o precipitado é completamente lavado e secado e, então, calcinado para formar um óxido agregado, que é adicionalmente tritu- rado e misturado com a dita sílica antes de ser conformado em formatos pre- determinados.

8. Catalisador para a conversão de carboidratos em polióis e/ou glicóis, o dito catalisador compreendendo de cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso de níquel metálico, de cerca de 40% em peso a cerca de -50% em peso de alumina e de cerca de 1% em peso a cerca de 10% em peso de sílica, em que a razão de alumina para sílica (AI:Si) é de cerca de -4:1 a cerca de 50:1.

9. Catalisador, de acordo com a reivindicação 8, compreendendo adicionalmente até cerca de 0,5% em peso de um promotor metálico sele- cionado do grupo que consiste em cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ou- ro, prata e suas combinações.

10. Catalisador, de acordo com a reivindicação 8, em que a dita sílica é selecionada do grupo que consiste em sílica precipitada, sílica de elevada área de superfície, bentonita, montmorilonita, atapulgita ou suas combinações.

11. Catalisador para a conversão de carboidratos em polióis e/ou glicóis, o dito catalisador compreendendo de cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso de níquel metálico, de cerca de 40% em peso a cerca de -50% em peso de alumina e de cerca de 1% em peso a cerca de 10% em peso de sílica, e em que o dito catalisador é preparado por misturação de nitrato de níquel e nitrato de alumínio entre si para formar uma pré-mistura, à qual soda calcinada é, então, adicionada, então, deixa-se a mistura de soda calcinada/pré-mistura formar um precipitado que envelhece durante um perí- odo de tempo predeterminado, e, então, o precipitado é completamente la- vado e secado e, então, calcinado para formar um oxido agregado, que é adicionalmente triturado e misturado com a dita sílica antes de ser confor- mado em formatos predeterminados.

12. Catalisador, de acordo com a reivindicação 11, compreen- dendo adicionalmente até cerca de 0,5% em peso de um promotor metálico selecionado do grupo que consiste em cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ouro, prata e suas combinações, e em que o dito promotor é adicionado concomitantemente com a soda calcinada.

13. Catalisador, de acordo com a reivindicação 11, compreen- dendo adicionalmente até cerca de 0,5% em peso de um promotor metálico selecionado do grupo que consiste em cobre, rutênio, ródio, paládio, platina, ouro, prata e suas combinações, e em que o dito promotor é adicionado an- tes da soda calcinada.