DE10235064A1 - Preparation of iron-doped ruthenium-on-carbon catalysts, used for selective liquid hydrogenation of carbonyls to corresponding alcohols, involves reducing in hydrogen stream and forming catalyst in difficultly-flammable liquid - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Eisen dotierten Ruthenium/Kohlenstoffträger-Katalysatoren sowie deren Verwendung zur selektiven Flüssigphasenhydrierung von Carbonylverbindungen zu den entsprechenden Alkoholen, insbesondere zur Hydrierung von Citral zu Geraniol bzw. Nerol oder von Citronellal zu Citronellol.The present invention relates to a process for the production of iron-doped ruthenium / carbon supported catalysts as well their use for the selective liquid phase hydrogenation of carbonyl compounds to the corresponding alcohols, especially for the hydrogenation of Citral to geraniol or nerol or from citronellal to citronellol.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren bekannt. Die Verfahren unterscheiden sich im wesentlichen durch die verwendeten Vorstufen der aktiven Komponenten oder durch die Art der Abscheidung der aktiven Komponenten auf dem Kohlenstoff-Träger.Various are from the prior art Processes for the preparation of catalysts known. The proceedings differ essentially in the precursors used of the active components or by the type of deposition of the active Components on the carbon carrier.
Die Verwendung von Chloriden bereitet jedoch technische Probleme, da Chlorid stark korrosiv wirkt. So muss beim Tränken und Trocknen der aktiven Komponenten in teueren, korrosionsbeständigen Apparaturen gearbeitet werden. Bei der Reduktion entsteht HCl, die den Reduktionsofen schädigen kann und es kann Chlorid auf dem Katalysator verbleiben, das bei Einsatz des Katalysators in der Hydrierung zu Korrosion im Produktionsreaktor führen kann.The use of chlorides prepares however, technical problems, since chloride is highly corrosive. So must when watering and drying the active components in expensive, corrosion-resistant equipment be worked. The reduction produces HCl, which is the reduction furnace damage can and can remain on the catalyst, the chloride Use of the catalyst in the hydrogenation to corrosion in the production reactor to lead can.
Verwendet man statt der Chloride die Nitratsalze des Rutheniums, so kann dies zu einer Sicherheitsproblematik führen, da Nitrat/ Kohle-Gemische explosiv sein können. Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Verfahrens ist die sequentielle Dotierung mit Fe2O3, die einen zusätzlichen Verfahrensschritt erfordert.If the nitrate salts of ruthenium are used instead of the chlorides, this can lead to a safety problem, since nitrate / coal mixtures can be explosive. Another disadvantage of the described method is the sequential doping with Fe 2 O 3 , which requires an additional process step.
Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls verschiedene Hydrierverfahren für α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen bekannt. Mit den beschriebenen Verfahren und den eingesetzten Katalysatoren ist es jedoch schwierig, hohe Selektivitäten der entsprechenden Alkohole zu erhalten. Bei der Hydrierung von Citral können beispielsweise neben der Aldehydgruppe auch die olefinischen Doppelbindungen hydriert werden oder nur die zur Aldehydgruppe konjugierte Doppelbindung, so dass neben den ungesättigten Alkoholen Geraniol bzw. Nerol auch Nebenprodukte wie Citronellol oder Citronellal entstehen können.Are also from the prior art different hydrogenation processes for α, β-unsaturated carbonyl compounds known. With the described processes and the catalysts used however, it is difficult to achieve high selectivities of the corresponding alcohols to obtain. In the hydrogenation of citral, for example, in addition to Aldehyde group, the olefinic double bonds are hydrogenated or only the double bond conjugated to the aldehyde group, so that in addition to the unsaturated Alcohols geraniol or nerol also by-products such as citronellol or Citronellal can arise.
In M.M. Paulose et al, J. Oil Technol. Assoc. India 1974, 6, 88-91, wird ein kontinuierliches Festbettverfahren zur selektiven Hydrierung von Citral beschrieben. Als Katalysatoren wurden Kupfer/Chrom/Cadmium-Katalysatoren verwendet. Um ausreichende Citral-Umsätze zu erzielen, muss bei hohen Temperaturen von 170 bis 250°C gearbeitet werden. Es wird eine maximale Geraniol/ Nerol-Ausbeute von 66,4% bei 225 bis 235°C und annähernd Vollumsatz von Citral erzielt. Die Citronellol-Ausbeute lag bei 14,8%. Auch bei niedrigeren Umsätzen von ca. 44% lag die Ausbeute des unerwünschten Citronellols noch bei 7,6%, die Citronellol-Selektivität somit bei ca. 17%. Die von Paulose et al. angegebenen Selektivitäten zu Citronellol sind für ein wirtschaftliches Verfahren zur Hydrierung von Citral zu hoch.In M.M. Paulose et al, J. Oil Technol. Assoc. India 1974, 6, 88-91, becomes a continuous fixed bed process for the selective hydrogenation of citral. As catalysts copper / chromium / cadmium catalysts were used. To adequate Citral sales To achieve, must work at high temperatures of 170 to 250 ° C. become. There is a maximum geraniol / nerol yield of 66.4% at 225 to 235 ° C and almost Full sales of Citral achieved. The citronellol yield was 14.8%. Even with lower sales the yield of the undesired citronellol was still around 44% 7.6%, the citronellol selectivity thus around 17%. The Paulose et al. selectivities for citronellol are for an economical process for hydrogenating citral too high.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Ruthenium/Eisen/Kohlenstoffträger-Katalysators, insbesondere für die Selektivhydrierung von olefinisch ungesättigten Carbonylverbindungen zu den entsprechend ungesättigten Alkoholen, zu entwickeln, ohne die oben beschriebenen Nachteile.Object of the present invention was an improved process for making a ruthenium / iron / carbon supported catalyst, especially for the selective hydrogenation of olefinically unsaturated carbonyl compounds to the correspondingly unsaturated ones Develop alcohols without the disadvantages described above.
Der Katalysator sollte eine verbesserte Katalysatoraktivität und Langzeitstabilität aufweisen sowie auch insbesondere bei der Hydrierung von Citral zu Geraniol/Nerol zu hohen Citralumsätzen und gleichzeitig niedrigen Citronellol-Selektivitäten führen.The catalyst should be improved catalyst activity and long-term stability have and also in particular in the hydrogenation of citral to geraniol / nerol to high citral conversions and low at the same time Citronellol selectivities to lead.
Bei der Herstellung des Katalysators sollte der Einsatz korrosiver Einsatzstoffe wie Chloridsalze bzw. explosiver Zwischenprodukte wie nitratgetränkte Kohlen vermieden werden.In the manufacture of the catalyst the use of corrosive ingredients such as chloride salts or explosive Intermediates such as nitrate soaked Coals should be avoided.
Erfindungsgemäß gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Ruthenium/Kohlenstoffträger-Katalysators, enthaltend neben 0,1 bis 10 Gew.-% Ruthenium auf einem Kohlenstoffträger 0,1 bis 5 Gew.-% Eisen, durchThe object was achieved according to the invention by a process for producing a ruthenium / carbon supported catalyst, containing 0.1 to 10 wt .-% ruthenium on a carbon support 0.1 up to 5% by weight of iron
- a) Einbringen des Trägers in Wassera) placing the carrier in water
- b) Simultane Zugabe der katalytisch aktiven Komponenten in Form von Lösungen ihrer Metallsalze b) Simultaneous addition of the catalytically active components in the form of solutions their metal salts
- c) gleichzeitige Auffällung der katalytisch akiven Komponenten auf den Träger durch Zugabe einer Basec) simultaneous striking of the catalytically active components on the support by adding a base
- d) Abtrennen des Katalysators von der wässrigen Phase der Trägersuspensiond) separating the catalyst from the aqueous phase of the carrier suspension
- e) Trocknen des Katalysatorse) drying the catalyst
- f) Reduktion des Katalysators im Wasserstoffstrom bei 400 bis 600°Cf) reduction of the catalyst in a hydrogen stream at 400 to 600 ° C
- g) Ausbau des Katalysators unter schwer-entflammbaren Flüssigkeiten oder passivieren des Katalysators mit Sauerstoff.g) Removal of the catalyst under flame-resistant liquids or passivating the catalyst with oxygen.
Die Schritte (b) und (c) können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl nacheinander als auch simultan durchgeführt werden.Steps (b) and (c) can be carried out in succession either in the process according to the invention can also be carried out simultaneously.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Ruthenium/Eisen/ Kohlenstoffträger-Katalysatoren
zur selektiven Flüssigphasenhydrierung von
Carbonylverbindungen der allgemeinen Formel I, wobei
R1,
R2 jeweils unabhängig voneinander gleich oder
verschieden sein können
und Wasserstoff oder einen gesättigten
oder einen ein- oder mehrfach ungesättigten geradkettigen oder
verzweigten gegebenenfalls substituierten C1-C20-Alkylrest, einen gegebenenfalls substituierten
Arylrest oder eine gegebenenfalls substituierte heterocyclische
Gruppe darstellen
zu den entsprechenden Alkoholen der allgemeinen
Formel IIThe invention furthermore relates to the use of the ruthenium / iron / carbon support catalysts prepared by the process according to the invention for the selective liquid phase hydrogenation of carbonyl compounds of the general formula I, in which
R 1 , R 2 can each independently be the same or different and represent hydrogen or a saturated or a mono- or polyunsaturated straight-chain or branched optionally substituted C 1 -C 20 -alkyl radical, an optionally substituted aryl radical or an optionally substituted heterocyclic group
to the corresponding alcohols of the general formula II
wobei R1 und R2 die oben angegebene Bedeutung haben.where R 1 and R 2 have the meaning given above.
Als Carbonylverbindungen können sowohl gesättigte als auch olefinisch ungesättigte Carbonylverbindungen eingesetzt werden.As carbonyl compounds, both saturated as well as olefinically unsaturated Carbonyl compounds are used.
Unter einem gesättigten oder ein oder mehrfach ungesättigten geradkettigen oder verzweigten C1-C20-Alkylrest versteht man, wenn nichts anderes angegeben, einen Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, i-Butyl-, t-Butyl, Pennyl-, Hexyl-, Heptenyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, 1-Propenyl-, 2-Propenyl-, 2-Methyl-2-propenyl-, 1-Pentenyl-, 1-Methyl-2-Pentenyl-, Isopropenyl-, 1-Butenyl-, Hexenyl-, Heptenyl-, Octenyl-, Nonenyloder einen Decenylrest bzw. die den weiter unten aufgeführten eingesetzten Verbindungen entsprechenden Reste.A saturated or mono- or polyunsaturated straight-chain or branched C 1 -C 20 -alkyl radical is, unless otherwise stated, a methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, i-butyl, t -Butyl, pennyl, hexyl, heptenyl, octyl, nonyl, decyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-pentenyl, 1-methyl-2 -Pentenyl, isopropenyl, 1-butenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl or a decenyl radical or the radicals corresponding to the compounds used below.
Unter einem Arylrest versteht man einen Benzyl-, Phenyl- oder Naphthylrest.An aryl residue means a benzyl, phenyl or naphthyl radical.
Unter einer heterocyclischen Gruppe versteht man beispielsweise einen Pyridin-, Pyrimidin-, Pyridazin-, Pyrazin-, Piperazin-, Imidazol-, Furan-, Oxazol-, Isothiazol-, Isoxazol-, 1,2,3-Triazol- oder 1,2,4-Triazol-, Thiazol-, Thiophen- oder Indolring.Under a heterocyclic group one understands for example a pyridine, pyrimidine, pyridazine, Pyrazine, piperazine, imidazole, furan, oxazole, isothiazole, isoxazole, 1,2,3-triazole or 1,2,4-triazole, thiazole, thiophene or indole ring.
Substituenten können Methyl-, Ethyl-, Propyl-, i-Propyl-, Butyl-, t-Butyl-, Fluor-, Chlor-, Brom-, Iod-, Nitro- oder Aminoreste bedeuten.Substituents can be methyl, ethyl, propyl, i-propyl, butyl, t-butyl, fluorine, chlorine, bromine, iodine, nitro or amino residues.
Als gesättigte Carbonylverbindungen werden beispielsweise 3,7-Dimethyloctan-1-al und seine Isomeren, Tetrahydrogeranylaceton, Hexahydrofarnesylaceton, 6-Methylheptanon oder Isovaleraldehyd eingesetzt.As saturated carbonyl compounds For example, 3,7-dimethyloctan-1-al and its isomers, Tetrahydrogeranylacetone, hexahydrofarnesylacetone, 6-methylheptanone or isovaleraldehyde used.
Als olefinisch ungesättigte Carbonylverbindungen können beispielsweise Citronellal, H-Geranylaceton, H-Nerolidol, Methylvinylketon, Mesityloxid, Pseudoionen, Dihydrofarnesylaceton, Lysmeral, Methylhexenon, insbesondere bevorzugt Citronellal oder aber α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen, beispielsweise Acrolein, Methacrolein, Crotonaldehyd, Prenal, Farnesal oder Citral, insbesonders bevorzugt Citral eingesetzt werden.As olefinically unsaturated carbonyl compounds can for example citronellal, H-geranylacetone, H-nerolidol, methyl vinyl ketone, Mesityl oxide, pseudoions, dihydrofarnesylacetone, lysmeral, methylhexenone, particularly preferably citronellal or else α, β-unsaturated carbonyl compounds, for example acrolein, methacrolein, crotonaldehyde, prenal, farnesal or citral, particularly preferably citral.
Unter den unter Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens genannten schwer-entflammbaren Flüssigkeiten versteht man Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt größer als 80°C, bevorzugt größer 100°C, beispielsweise Wasser, Geraniol, Pentandiol, Ethylenglykol oder Nerol bzw. Gemische davon, insbesonders bevorzugt Geraniol oder Nerol bzw. Mischungen davon.Under the step (g) of the method according to the invention Flame-retardant liquids are liquids with a flash point greater than 80 ° C, preferably greater than 100 ° C, for example Water, geraniol, pentanediol, ethylene glycol or nerol or mixtures thereof, particularly preferably geraniol or nerol or mixtures from that.
Überraschenderweise führt die simultane Auffällung der Metallsalze der aktiven Komponenten Ruthenium und Eisen zu einer verbesserten Katalysatoraktivität, -selektivität und -standzeit. Durch die Ausfällung der Metalle in Form ihrer Hydroxide werden die im Stand der Technik aufgeführten Probleme der Korrosion bzw. der Explosionsgefahr vermieden.Surprisingly leads the simultaneous striking the metal salts of the active components ruthenium and iron to one improved catalyst activity, -selectivity and service life. By the precipitation of the metals in the form of their hydroxides are those in the prior art listed Problems of corrosion or the risk of explosion avoided.
Als Metallsalze der aktiven Komponenten Ruthenium und Eisen können die Chloride, Nitrate, Nitrosylnitrate, Acetate, Oxide, Hydroxide, Acetylacetonate, bevorzugt die Chloride und Nitrate, eingesetzt werden.As metal salts of the active components Ruthenium and iron can the chlorides, nitrates, nitrosyl nitrates, acetates, oxides, hydroxides, Acetylacetonates, preferably the chlorides and nitrates, are used become.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Katalysator sowohl als Festbett- als auch als Suspensionskatalysator hergestellt werden.With the method according to the invention can the catalyst both as a fixed bed and as a suspension catalyst getting produced.
Unter den Kohlenstoffträger-Materialien versteht man beispielsweise Graphite, Ruße oder Aktivkohle, vorzugsweise jedoch Aktivkohle z.B. NORIT SX Plus®. Je nachdem, ob der Katalysator als Suspensions- oder Festbettkatalysator hergestellt werden soll, wird das Kohlenstoffträgermaterial in pulvriger Form oder in Form von Strängen, Kugeln, Splitt etc. eingesetzt. Der Kohlenstoffträger kann vor seiner Dotierung vorbehandelt werden, etwa durch Oxidation mit Salpetersäure, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Salzsäure, etc.The carbon carrier materials are understood to mean, for example, graphite, carbon black or activated carbon, but preferably activated carbon, for example NORIT SX Plus ® . Depending on whether the catalyst is to be produced as a suspension or fixed bed catalyst, the carbon support material is used in powder form or in the form of strands, spheres, grit etc. The carbon support can be pretreated before it is doped, for example by oxidation with nitric acid, oxygen, hydrogen peroxide, hydrochloric acid, etc.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators
wird im einzelnen wie folgt durchgeführt:
Zur Herstellung eines
Suspensionskatalysators wird der Kohlenstoffträger in Wasser suspendiert (Schritt
(a)) und die so hergestellte Trägersuspension
wird entweder ohne weitere Vorbehandlung, d.h. ohne die Einstellung
eines bestimmten pH-Wertes, oder durch Einstellen eines pH-Wertes
kleiner als 6 mit einer Säure,
beispielsweise HNO3, oder größer als
8 mit einer Base, beispielsweise NaOH, für das weitere Verfahren verwendet.The preparation of the catalyst according to the invention is carried out in detail as follows:
To produce a suspension catalyst, the carbon support is suspended in water (step (a)) and the support suspension prepared in this way is either with no further pretreatment, ie without setting a specific pH, or by setting a pH less than 6 with an acid , for example HNO 3 , or greater than 8 with a base, for example NaOH, used for the further process.
In Schritt (b) erfolgt die simultane Zugabe der aktiven Komponenten Ruthenium und Eisen in Form von Lösungen ihrer Metallsalze. Die Zugabe erfolgt bevorzugt bei erhöhter Temperatur der Suspension, insbesonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 50 und 95°C, insbesonders bevorzugt bei einer Temperatur von 70 bis 90°C. Anschließend wird zur Ausfällung der katalytisch aktiven Komponenten auf den Träger eine Base, beispielsweise Na2CO3, NaHCO3, (NH4)2CO3, NH3, Harnstoff, NaOH, KOH oder LiOH, bevorzugt NaOH, langsam hinzugefügt und der pH-Wert zwischen 6 und 14, bevorzugt auf 8 bis 12, besonders bevorzugt auf 9, angehoben ((c)). Die Zugabe der Base erfolgt bevorzugt bei erhöhter Temperatur, insbesonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 50 und 95°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 70 bis 90°C. Die Zugabe der Base kann auch gleichzeitig mit der Zugabe der Metallsalzlösung erfolgen, etwa um den pH-Wert der Suspension konstant zu halten, bevorzugt auf einen pH-Wert von 8 bis 14, besonders bevorzugt von 9. Da nach der Fällung Ruthenium und Eisen im wesentlichen als Hydroxide vorliegen, werden Chlorid- bzw. Nitratanionen bei der an die Fällung angeschlossene Waschung und Abtrennung des Katalysators von der wässrigen Phase ((d)) auf einen unproblematisch niedrigen Gehalt ausgewaschen.In step (b), the active components ruthenium and iron are added simultaneously in the form of solutions of their metal salts. The addition is preferably carried out at an elevated temperature of the suspension, particularly preferably at a temperature between 50 and 95 ° C, particularly preferably at a temperature of 70 to 90 ° C. A base, for example Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 3 , urea, NaOH, KOH or LiOH, preferably NaOH, is then slowly added to precipitate the catalytically active components onto the support, and the pH -Value between 6 and 14, preferably to 8 to 12, particularly preferably to 9, increased ((c)). The base is preferably added at an elevated temperature, particularly preferably at a temperature between 50 and 95 ° C., preferably at a temperature of 70 to 90 ° C. The base can also be added simultaneously with the addition of the metal salt solution, for example in order to keep the pH of the suspension constant, preferably to a pH of 8 to 14, particularly preferably of 9. Since after the precipitation ruthenium and iron in Substantially present as hydroxides, chloride or nitrate anions are washed out to an unproblematically low content in the washing and separation of the catalyst from the aqueous phase ((d)) following the precipitation.
Der Filterkuchen wird anschließend unter Vakuum oder Inertgas getrocknet (e) und dann wird der Katalysator in einem Wasserstoffstrom, eventuell verdünnt mit einem Inertgas wie Stickstoff, zwischen 400 und 600°C reduziert (f). Zum Abschluss wird der Katalysator dann nach Abkühlung auf Temperaturen unterhalb von 40°C z.B. unter Wasser oder einer schwer-entflammbaren Flüssigkeit ausgebaut oder durch Überströmen eines verdünnten Sauerstoffstroms (etwa 1% Sauerstoff in einem Inertgas wie Stickstoff) passiviert (g).The filter cake is then under Vacuum or inert gas dried (e) and then the catalyst in a stream of hydrogen, possibly diluted with an inert gas such as Nitrogen, between 400 and 600 ° C reduced (f). Finally, the catalyst is opened after cooling Temperatures below 40 ° C e.g. under water or a flame-retardant liquid expanded or by overflowing one diluted Oxygen flow (about 1% oxygen in an inert gas such as nitrogen) passivated (g).
Alternativ zu der oben beschriebenen Verfahrensvariante mit Gasphasenreduktion, kann sich an die Ausfällung der katalytisch aktiven Komponenten (c) auch eine nasschemische Reduktion des Katalysators durch Zugabe eines Reduktionsmittels wie Hydrazin, Natriumborhydrid, Natriumformiat, Natriumhydrophosphat oder Formaldehyd anschließen. Der Katalysator wird nach der nasschemischen Reduktion filtriert und gewaschen und feucht aufbewahrt.Alternatively to that described above Process variant with gas phase reduction, can depend on the precipitation of the catalytically active components (c) also a wet chemical reduction the catalyst by adding a reducing agent such as hydrazine, Sodium borohydride, sodium formate, sodium hydrophosphate or formaldehyde connect. The catalyst is filtered after the wet chemical reduction and washed and stored moist.
Die Herstellung der Festbettkatalysatoren erfolgt analog dem für den Suspensionskatalysator beschriebenen Verfahren, wobei in Schritt (a) anstelle des pulverförmigen Trägermaterials Stränge, Kugeln, Splitt etc. eingesetzt werde. Die charakteristischen Längen dieser Formkörper (Durchmesser, Länge etc.) liegen in der Regel oberhalb von 1 mm. Auch hier ist anstelle der Gasphasenreduktion eine nasschemische Reduktion, wie zuvor beschrieben, möglich. Bei der Dispergierung der Stränge in Wasser ist darauf zu achten, dass deren mechanische Beanspruchung möglichst gering gehalten wird, um den Abrieb zu minimieren. Vorteilhafterweise werden die Stränge vor Einsatz in der Katalysatorsynthese mit Wasser gewaschen, um schwach anhaftende feinteilige Kohlepartikel zu entfernen.The production of fixed bed catalysts takes place in the same way as for the process described suspension catalyst, wherein in step (a) instead of the powdered support material strands, Balls, grit etc. are used. The characteristic lengths of these moldings (Diameter length etc.) are usually above 1 mm. Here too is instead the gas phase reduction is a wet chemical reduction, as described above, possible. When dispersing the strands in water care must be taken that their mechanical stress preferably is kept low to minimize abrasion. Advantageously the strands washed with water before use in catalyst synthesis in order to remove weakly adhering fine-particle carbon particles.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten im allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-% Ruthenium auf einem Kohlenstoffträger, vorzugsweise auf Aktivkohle.The catalysts of the invention contain generally 0.1 to 10 wt .-% ruthenium on a carbon support, preferably on activated carbon.
Die BET-Oberfläche der Katalysatoren beträgt, entsprechend der zur Herstellung verwendeten Kohlenstoffträger, etwa 100 bis 1500, vorzugsweise etwa 800 bis 1200 m2/g. Die Teilchengröße der Ruthenium-Kristallite liegt im Wesentlichen unterhalb von 10 nm und entspricht damit den aus der Literatur für Ruthenium/Kohlenstoff-Katalysatoren bekannten Werten.The BET surface area of the catalysts is, accordingly the carbon carrier used in the production, preferably about 100 to 1500, preferably about 800 to 1200 m2 / g. The particle size of the ruthenium crystallites is essentially below 10 nm and thus corresponds to the from the literature for Ruthenium / carbon catalysts known values.
Die Angaben über die im Katalysator enthaltenen Gew.-% an Ruthenium und Eisen beziehen sich in der vorliegenden Anmeldung immer auf die Trockenmasse des Katalysators.The information about the contained in the catalyst % By weight of ruthenium and iron refer to the present Registration always on the dry weight of the catalyst.
Besondere Bedeutung hat der erfindungsgemäß hergestellte Katalysator für die selektive Hydrierung von Carbonylverbindungen, bevorzugt für die selektive Hydrierung von ungesättigten Carbonylverbindungen, insbesonders bevorzugt für die Hydrierung von Citral zu Geraniol bzw. Nerol oder von Citronellal zu Citronellol.The one produced according to the invention is of particular importance Catalyst for the selective hydrogenation of carbonyl compounds, preferably for the selective Hydrogenation of unsaturated Carbonyl compounds, particularly preferred for the hydrogenation of citral to geraniol or nerol or from citronellal to citronellol.
Der erfindungsgemäß hergestellte Katalysator hydriert mit überraschend hoher Selektivität die Aldehyd-Gruppe der Carbonylverbindung.The catalyst produced according to the invention hydrated with surprising high selectivity the aldehyde group of the carbonyl compound.
Das Hydrierverfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich in Suspension oder im Festbett durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die kontinuierliche Fahrweise.The hydrogenation process can both continuously or discontinuously in suspension or in a fixed bed carried out become. Continuous driving is particularly advantageous.
Für die Suspensions- oder Festbettvariante bieten sich übliche Reaktorkonzepte an, wie sie z.B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, beschrieben sind.For the suspension or fixed bed variants offer common reactor concepts how they e.g. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release.
Das kontinuierliche bzw. diskontinuierliche
Suspensionsverfahren kann beispielsweise wie in
Für die Festbettvariante wird der Katalysator in für Festbettkatalysatoren üblichen Formen beispielsweise in Strang-, Splittform, Tabletten- oder Kugelform eingesetzt. Typische Strangdurchmesser liegen zwischen 1 und 5 mm, die Stranglängen liegen bei 1 bis 20 mm. Der Reaktor kann in Riesel- oder Sumpffahrweise betrieben werden.For the fixed bed variant, the catalyst is used in the forms customary for fixed bed catalysts, for example in the form of extrudates, chips, tablets or spheres. Typical strand diameters are between 1 and 5 mm, the strand lengths are between 1 and 20 mm. The reactor can run in trickle or bottoms operate.
Die Reaktion wird sowohl bei der Suspensionsfahrweise als auch bei der Festbettvariante drucklos oder unter einem Druck von 1 bis 200 bar, bevorzugt 10 bis 100 bar, insbesonders bevorzugt bei 20 bis 50 bar, durchgeführt. Die Temperaturen liegen zwischen 25 und 200°C, bevorzugt zwischen 60 und 100°C. Die Reaktion kann sowohl mit als auch ohne Lösungsmittel durchgeführt werden. Als Lösungsmittel können niedere Alkohole wie Methanol, Ethanol oder Isopropylalkohol eingesetzt werden. Weiterhin kann bei Bedarf eine organische Base wie Trimethylamin zugesetzt werden.The reaction is both in the Suspension procedure as well as with the fixed bed variant without pressure or under a pressure of 1 to 200 bar, preferably 10 to 100 bar, in particular preferably carried out at 20 to 50 bar. The temperatures are between 25 and 200 ° C, preferably between 60 and 100 ° C. The reaction can be carried out either with or without a solvent. As a solvent can lower alcohols such as methanol, ethanol or isopropyl alcohol are used become. An organic base such as trimethylamine can also be used if necessary be added.
Die Hydrierung der Carbonylverbindung an den erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren wird vorzugsweise in Gegenwart eines tertiären Amins durchgeführt.The hydrogenation of the carbonyl compound on the manufactured according to the invention Catalysts are preferably in the presence of a tertiary amine carried out.
Prinzipiell sind jegliche tertiäre Amine geeignet, so dass es auf deren chemische Natur, sofern sie aufgrund funktioneller Gruppen nicht anderweitig mit den Reaktionspartnern reagieren können, nicht ankommt.In principle, any tertiary amines suitable so that it is based on their chemical nature, provided they are functional groups not otherwise with the reactants can react does not arrive.
Als Amine kommen beispielsweise die
in
Die Menge der Amine beträgt vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% der Menge der eingesetzten Carbonylverbindung.The amount of amines is preferably 1 to 5 wt .-% of the amount of carbonyl compound used.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.The following examples are intended the invention closer explain, but without restricting it to that.
Herstellung von SuspensionskatalysatorenManufacture of suspension catalysts
Beispiel 1example 1
- A) 100 g Aktivkohle wurden mit 500 ml konz. HNO3 versetzt und im 1-L-Kolben bei 80°C 6 h lang gerührt. Nach Abkühlung wurde filtriert und der Filterkuchen mit 10 l dest. Wasser gewaschen. Die feuchte Kohle wurde wieder in den Rührkessel gegeben, mit 2,5 1 Wasser suspendiert und unter Rückflusskühlung auf 80°C erhitzt. Dann wurde innerhalb von 120 min unter Rühren eine Lösung aus 13,11 g Rutheniumchlorid und 5,15 g Eisenchlorid in 375 ml Wasser zugetropft. Der pH-Wert der Suspension betrug nach Zugabe der Metallsalzlösung 1,4. Durch Zugabe von 1-M-Natronlauge wurde dann der pH-Wert durch langsames Zutropfen auf 9 angehoben; hierzu wurden etwa 400 ml NaOH verbraucht. Anschließend wurde 1 h nachgerührt und dann abgekühlt. Der Katalysator wurde auf eine Glasfilternutsche überführt, mit insgesamt 40 1 Wasser gewaschen und im Vakuumtrockenschrank für 6 h bei 80°C getrocknet. Das getrocknete Pulver wurde dann in einem Drehkugelofen in einem Strom aus 70% H2 und 30% N2 bei 500°C für 3 h reduziert. Nach Ende der Reduktion wurde unter Stickstoff abgekühlt und mit einer Gasmischung aus 1% Sauerstoff in Stickstoff passiviert. Der fertige Katalysator hatte einen Chloridgehalt von unter 0,05 Gew.-%. Weiterhin werden folgende Gehalte (Gew.-%) bestimmt: Na: 2,8, Ru: 5,2, Fe: 1,1.A) 100 g of activated carbon were concentrated with 500 ml. HNO 3 was added and the mixture was stirred in a 1 L flask at 80 ° C. for 6 h. After cooling, it was filtered and the filter cake with 10 l of dist. Washed water. The moist coal was returned to the stirred tank, suspended with 2.5 l of water and heated to 80 ° C. under reflux. A solution of 13.11 g of ruthenium chloride and 5.15 g of iron chloride in 375 ml of water was then added dropwise with stirring over the course of 120 minutes. The pH of the suspension was 1.4 after adding the metal salt solution. By adding 1 M sodium hydroxide solution, the pH was then raised to 9 by slow dropping; about 400 ml of NaOH were used for this. The mixture was then stirred for 1 h and then cooled. The catalyst was transferred to a glass suction filter, washed with a total of 40 l of water and dried in a vacuum drying cabinet at 80 ° C. for 6 h. The dried powder was then reduced in a rotary kiln in a stream of 70% H 2 and 30% N 2 at 500 ° C for 3 h. After the end of the reduction, the mixture was cooled under nitrogen and passivated with a gas mixture of 1% oxygen in nitrogen. The finished catalyst had a chloride content of less than 0.05% by weight. The following contents (% by weight) are also determined: Na: 2.8, Ru: 5.2, Fe: 1.1.
- B) Es wurde gearbeitet wie in A beschrieben, jedoch wurde anstelle von Ruthenium- und Eisenchlorid Rutheniumnitrosylnitrat und Eisen-(III)-Nitrat verwendet. Der fertige Katalysator hatte einen Ruthenium-Gehalt von 5,1 Gew.-%, einen Eisen-Gehalt von 1,1 Gew.-%, einen Nitrat-Gehalt < 0,01 Gew.-% und einen Na-Gehalt von 2,1 Gew.-%.B) The procedure was as described in A, but instead of of ruthenium and iron chloride, ruthenium nitrosyl nitrate and iron (III) nitrate used. The finished catalyst had a ruthenium content of 5.1% by weight, an iron content of 1.1% by weight, a nitrate content <0.01% by weight and a Na content of 2.1% by weight.
- C) Es wurde gearbeitet wie in A beschrieben, jedoch wurden geringere Ruthenium- und Eisengehalte auf die Aktivkohle aufgebracht. Der fertige Katalysator hatte einen Ruthenium-Gehalt von 2,8 Gew.-%, einen Eisen-Gehalt von 0,54 Gew.-%, einen Chlorid-Gehalt von 0,02 Gew.-% und einen Na-Gehalt von 3,8 Gew.-%.C) The procedure was as described in A, but fewer were Ruthenium and iron contents applied to the activated carbon. The finished catalyst had a ruthenium content of 2.8 wt .-%, an iron content of 0.54% by weight, a chloride content of 0.02% by weight and one Na content of 3.8% by weight.
- D) 110 g der Aktivkohle Norit SX Plus® wurden ohne weitere Vorbehandlung in einen Rührkolben mit 2 l Wasser gegeben, suspendiert und unter Rückfluss auf 80°C erhitzt. Dann wurde der pH-Wert durch Zugabe von wässriger NaOH (1 mol/l) auf 9 angehoben. Innerhalb einer Stunde wurde dann bei 80°C 300 ml einer Lösung von Ruthenium-Nitrosylnitrat und Eisennitrat (Konzentration entsprechend 5,85 g Ru und 1,17 g Fe) zugetropft, gleichzeitig wurde durch simultane Zugabe von wässriger NaOH der pH-Wert auf ca. 9 gehalten. Es wurde eine Stunde bei 80°C nachgerührt und dann abgekühlt. Die kalte Suspension wurde filtriert und mit 40 1 Wasser gewaschen, danach im Vakuum-Trockenschrank 16 h bei 80°C getrocknet und wie unter A beschrieben reduziert und passiviert. Der Katalysator hatte einen Ru-Gehalt von 5,0 Gew.-%, einen Fe-Gehalt von 1,0 Gew.-% und einen Na-Gehalt von 0,036 Gew.-%.D) 110 g of the activated carbon Norit SX Plus ® were placed in a stirred flask with 2 l of water without further pretreatment, suspended and heated to 80 ° C. under reflux. Then the pH was raised to 9 by adding aqueous NaOH (1 mol / l). 300 ml of a solution of ruthenium nitrosyl nitrate and iron nitrate (concentration corresponding to 5.85 g Ru and 1.17 g Fe) were then added dropwise at 80 ° C. At the same time, the pH was brought to approx 9 held. The mixture was stirred at 80 ° C for one hour and then cooled. The cold suspension was filtered and washed with 40 l of water, then dried in a vacuum drying cabinet at 80 ° C. for 16 h and reduced and passivated as described under A. The catalyst had an Ru content of 5.0% by weight, an Fe content of 1.0% by weight and a Na content of 0.036% by weight.
-
E) Vergleichsbeispiel: Es wurde ein Katalysator nach der in
EP 0071787 EP 0071787
Testung der unter A bis D hergestellten KatalysatorenTesting the under A to D manufactured catalysts
a) Kontinuierliche Suspensionshydrierunga) Continuous suspension hydrogenation
Die kontinuierliche Suspensionshydrierung
wurde in einem gepackten Blasensäulenreaktor
mit Produktrückführung und
Wasserstoffkreisgas (entsprechend
Es wurde eine Flüssigkeitsmischung aus 70 Vol.-% Citral (E/Z ≈ 1), 27 Vol.-% Methanol und 3 Vol.-% Trimethylamin hydriert. Flüssigkeit und Gas wurden über eine gepackte Blasensäule (Packungsvolumen: 143 ml, Packungsdurchmesser: 27 mm) mit einer Durchflussgeschwindigkeit von jeweils ca. 120 l/h gefahren. Der Citral-Umsatz konnte durch Variation der Parameter Druck, Temperatur oder Edukt-Zuflussrate eingestellt werden. Der Druck wurde zwischen 20 und 40 bar und die Temperatur zwischen 80 und 100°C variiert.A liquid mixture of 70% by volume Citral (E / Z ≈ 1), 27 vol .-% methanol and 3 vol .-% trimethylamine hydrogenated. liquid and gas were over a packed bubble column (Pack volume: 143 ml, pack diameter: 27 mm) with one Flow rate of approx. 120 l / h each. Citral sales could by varying the parameters pressure, temperature or educt inflow rate can be set. The pressure was between 20 and 40 bar and the Temperature between 80 and 100 ° C varied.
b) Diskontinuierliche Hydrierungb) discontinuous hydrogenation
Die diskontinuierliche Hydrierung wurde in einem Autoklaven der Fa. Medimex durchgeführt. Das flüssige Edukt (250 ml einer Mischung aus 70 Vol.-% Citral (E/Z ≈ 1), 27 Vol.-% Methanol und 3 Vol.-% Trimethylamin) und der Katalysator (2,5 g) wurden vor Versuchsbeginn in den Autoklaven überführt. Anschließend wurde bei Normaldruck mit Stickstoff gespült. Nach dem vollständigen Entfernen von Luft aus dem Reaktionsraum wurde die Stickstoffzufuhr beendet, der Autoklav entspannt und auf Wasserstoff umgestellt. Dann wurde Wasserstoff in den Autoklaven geleitet und der gewünschte Reaktionsdruck eingestellt. Unterdessen wurde auf die erforderliche Reaktionstemperatur geregelt. Nach Erreichen der Temperatur und des Drucks wurde der Rührer eingeschaltet und damit die Reaktion gestartet. Während der Reaktion konnten über ein Steigrohr Proben aus dem Reaktionsraum genommen werden. Es wurde bei einer Temperatur von 100°C und einem Wasserstoffdruck von 50 bar hydriert.The discontinuous hydrogenation was carried out in an autoclave from Medimex. The liquid Educt (250 ml of a mixture of 70 vol .-% citral (E / Z ≈ 1), 27 vol .-% Methanol and 3% by volume trimethylamine) and the catalyst (2.5 g) were transferred to the autoclave before the start of the experiment. Then was flushed with nitrogen at normal pressure. After complete removal The air supply from the reaction chamber was stopped, the autoclave is relaxed and switched to hydrogen. Then was Hydrogen passed into the autoclave and the desired reaction pressure set. Meanwhile, the required reaction temperature was reached regulated. After reaching the temperature and the pressure the Stirrer switched on and started the reaction. During the reaction, over a Riser pipe samples are taken from the reaction space. It was at a temperature of 100 ° C and hydrogenated to a hydrogen pressure of 50 bar.
ErgebnisResult
Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Katalysatoren A bis D wesentlich aktiver und selektiver sind als der Vergleichskontakt. Insbesondere bei hohen Umsätzen wird deutlich mehr Geraniol/Nerol und deutlich weniger Citronellol gebildet. Gegenüber dem Vergleichskatalysator muss, um hohe Umsätze zu erreichen, weniger Trockenmasse an Katalysator eingesetzt werden (Beispiel A und B) bzw. es kann eine geringere Beladung mit Edelmetall eingestellt werden (Beispiel C). Außerdem desaktivieren die erfindungsgemäßen Katalysatoren langsamer als der Vergleichskontakt.The results shown in Table 1 show that the catalysts of the invention A to D are much more active and selective than the comparison contact. Especially with high sales becomes significantly more geraniol / nerol and significantly less citronellol educated. Across from the comparative catalyst needs less dry matter to achieve high sales catalyst can be used (examples A and B) or it can a lower load with precious metal can be set (example C). Moreover deactivate the catalysts of the invention slower than the comparison contact.
In Tabelle 2 ist der Aktivitätsvergleich des erfindungsgemäßen Katalysators A mit dem Vergleichskatalysator aus einem diskontinuierlichen Hydrierversuch gezeigt. Nach 50 min erreicht der Katalysator A bereits annähernd Vollumsatz, während der erfindungsgemäße Kontakt lediglich 50% des Citrals umgesetzt hat.Table 2 is the activity comparison of the catalyst of the invention A with the comparative catalyst from a batch hydrogenation test shown. After 50 minutes, the catalyst A has almost reached full conversion, while the contact according to the invention only implemented 50% of the citral.
- F) Ein entsprechend Beispiel 1A) hergestellter Katalysator wurde zur kontinuierlichen Suspensionshydrierung von Citronellal (3,7-Dimethylokt-7-en-1-al) zu Citronellol (3,7-Dimethylokt-7-en-1-ol) eingesetzt. Hierbei ist die Bildung des vollhydrierten Produktes 3,7-Dimethyloktan-l-ol so weit wie möglich zu vermeiden. Als Edukt wurde eine Mischung aus 70% Citronellal, 27% Methanol und 3% Trimethylamin eingesetzt. Bei einer Reaktionstemperatur von 80°C, einem Druck von 20 bar, einer Eduktzufuhr von 2,2 ml/min, einer Katalysatormenge von 40 g (trocken) wurde nach 142 h ein Citronellal-Umsatz von 94%, eine Citronellol-Selektivität von 97,3% und eine Selektivität zu 3,7-Dimethyloktan-l-ol von nur 1,4% erhalten. Der Katalysator zeichnete sich durch eine hohe Aktivität und Langzeitstabilität und eine hohe Selektivität zu Citronellol auch bei hohen Citronellal-Umsätzen aus.F) A catalyst prepared according to Example 1A) was used for the continuous suspension hydrogenation of Citronellal (3,7-dimethyloct-7-en-1-al) to citronellol (3,7-dimethyloct-7-en-1-ol) used. Here is the formation of the fully hydrogenated product Avoid 3,7-dimethyloctan-l-ol as much as possible. As a starting material was a mixture of 70% citronellal, 27% methanol and 3% trimethylamine used. At a reaction temperature of 80 ° C, a pressure of 20 bar, one Educt feed of 2.2 ml / min, a catalyst amount of 40 g (dry) became Citronellal sales after 142 hours of 94%, a citronellol selectivity of 97.3% and a selectivity to 3,7-dimethyloctan-l-ol received by only 1.4%. The catalyst was characterized by a high activity and long-term stability and high selectivity to Citronellol even with high Citronellal sales.
Tabelle 1 Table 1
Tabelle 2 Table 2
Herstellung von FestbettkatalysatorenManufacture of fixed bed catalysts
Beispiel 2Example 2
62 g Aktivkohlestränge (Supersorbon
SX 30 der Fa. Lurgi, Durchmesser 3 mm, Oberfläche ca. 1000 m2 g-1)
wurden mit 400 ml VE-Wasser
in einem Rührkessel
vorgelegt und unter leichtem Rühren
und Rückflusskühlung auf
80°C erhitzt.
Eine Lösung
aus 8,13 g Rutheniumchlorid und 3,19 g Eisenchlorid wurde bei 80°C innerhalb
von 60 min zugetropft. Dann wurde durch Zugabe von 1 M Natronlauge
der pH-Wert auf 9 angehoben und eine Stunde nachgerührt. Der
Katalysator wurde auf eine Glasfilternutsche überführt, mit 10 1 VE-Wasser gewaschen
und anschließend
im Vakuum-Trockenschrank
Testung der KatalysatorenTesting the catalysts
Siehe dazu auch
Beschreibungdescription
Citral und eine Methanol-Trimethylamin-Lösung werden separat durch Kolbenpumpen mit Waagensteuerung zugepumpt. Das Verhältnis Citral/Methanol/Trimethylamin beträgt etwa 70/27/3. Der Wasserstoff-Zulauf wird über einen Massendurchflussregler dosiert. Der Reaktor wird in Sumpffahrweise bei 50 bis 70°C betrieben. Vom Abscheider-Sumpf werden 80% des Reaktor-Austrags mittels Kolbenpumpe rückgeführt und durch einen Schwebekörperdurchflussmesser kontrolliert. Der übrige Produkt-Anteil wird über ein Druckhalteventil ausgetragen.Citral and a methanol trimethylamine solution separately pumped in by piston pumps with scale control. The ratio of citral / methanol / trimethylamine is about 70/27/3. The hydrogen feed is via a mass flow controller dosed. The reactor is operated in a liquid phase mode at 50 to 70 ° C. 80% of the reactor discharge is from the separator sump by means of a piston pump returned and by a variable area flow meter controlled. The rest Product share is about a pressure maintaining valve is discharged.
Allgemeine DurchführungGeneral implementation
Der Katalysator wird in den Reaktor eingebaut und reduziert. Dabei wird der Kontakt drucklos mit 13 Nl/h Wasserstoff auf 120°C geheizt. Nach 1 Stunde wird abgekühlt. Anschließend werden Citral und Trimethylamin/Methanol-Gemisch getrennt dem Reaktor zugeführt. Die Parameter sind den einzelnen Versuchen zu entnehmen. Die Analytik erfolgt mit einer 30 m DBWAX 0,32 mm 0,25 μm Säule (80°C – 3°C/min – 230°C – 20 min) .The catalyst is in the reactor built in and reduced. The contact is depressurized at 13 Nl / h Hydrogen to 120 ° C heated. After 1 hour it is cooled. Then be Citral and trimethylamine / methanol mixture separately fed to the reactor. The Parameters can be found in the individual tests. The analytics is carried out with a 30 m DBWAX 0.32 mm 0.25 μm column (80 ° C - 3 ° C / min - 230 ° C - 20 min).
Beispiel 3Example 3
Festbettkatalysator aus Beispiel 2 mit Rückführung: 100 ml (41,1 g) Katalysator wurden in den Reaktor eingebaut und nach der allgemeinen Vorschrift aktiviert. Bei einem Wasserstoffdruck von 40 bar (24 N1/h) wurden die Zuläufe wie folgt eingestellt: Citral (2, 60 g/h, Reinheit 98%), Methanol + 10% TMA (3, 25,5 g/h), Rückstrom (6, 240 g/h). Bei einer Reaktortemperatur von 75°C wurde bei einem Umsatz von 95,61% (Laufzeit: 713 h) eine Selektivität zu Nerol/Geraniol von 95,22% erreicht (Verhältnis Ger/Ner: 1,20). Nebenprodukte: Selektivität Citronellol: 1,80%, Selektivität Nerol-Isomere: 1,70%.Fixed bed catalyst from example 2 with return: 100 ml (41.1 g) of catalyst were installed in the reactor and after the general rule activated. At a hydrogen pressure of 40 bar (24 N1 / h) the inlets were set as follows: Citral (2.60 g / h, purity 98%), methanol + 10% TMA (3.25.5 g / h), reverse current (6, 240 g / h). At a reactor temperature of 75 ° C with a conversion of 95.61% (runtime: 713 h) a selectivity to nerol / geraniol of 95.22% reached (ratio Ger / Ner: 1.20). By-products: selectivity citronellol: 1.80%, selectivity nerol isomers: 1.70%.
Claims (14)
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8141 | Disposal/no request for examination |