DE1275042B - Verfahren zur Herstellung von gesaettigten Alkoholen und Carbonylverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von gesaettigten Alkoholen und CarbonylverbindungenInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4507IW PATENTAMT
Int. CL:
C07c
12 ο-5/02
12 ο-7/03
12O-10
Nummer: 1275 042
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gesättigten Alkoholen und
Carbonylverbindungen aus den entsprechenden a,/3-ungesättigten Carbonylverbindungen durch katalytische
Hydrierung mit Wasserstoff in der Dampfphase.
Bei den bisher bekannten katalytischen Dampfphasenhydrierungsverfahren
zur Herstellung gesättigter Alkohole aus α,/J-ungesättigten Carbonylverbindungen
in industriellem Maßstab mußte ein ίο großer Wasserstoffüberschuß verwendet werden.
Andererseits mußte zur Herstellung gesättigter Carbonylverbindungen aus α,/S-ungesättigten Carbonylverbindungen
in technischem Maßstab entweder eine katalytische Hydrierung in flüssiger Phase oder eine
katalytische Hydrierung in der Dampfphase unter Verwendung von Katalysatoren mit starker Aktivität
hinsichtlich der Hydrierung der Doppelbindung einer a,ß - ungesättigten Carbonylverbindung, jedoch
schwachen Aktivität im Hinblick auf die Hydrierung der Carbonylgruppe der α,/3-ungesättigten Carbonylverbindung
angewendet werden. Sollten sowohl gesättigte Carbonylverbindungen als auch gesättigte
Alkohole aus einer ^-ungesättigten Carbonylverbindung hergestellt werden, dann mußten diese Verbindungstypen
getrennt durch Anwendung der verschiedenen Hydrierungsverfahren gewonnen werden,
wobei darauf hinzuweisen ist, daß die getrennt durchgeführten verschiedenen Hydrierungsverfahren
dann von wirtschaftlichem Nachteil sind, wenn die Herstellung von sowohl gesättigten Carbonylverbindungen
als auch gesättigten Alkoholen durch Hydrierung einer (!,/^-ungesättigten Carbonylverbindung
angestrebt wird. Dieser Nachteil fällt vor allem bei der Herstellung von Butyraldehyd und
Butanol durch Hydrierung von Crotonaldehyd ins Gewicht.. Ein Verfahren, bei welchem in einem
einzigen Reaktor sowohl eine gesättigte Carbonylverbindung als auch ein gesättigter Alkohol hergestellt
werden können, ist industriell von großer Bedeutung.
Es sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von gesättigten Alkoholen und gesättigten
Aldehyden durch Hydrierung von ungesättigten Aldehyden unter Bedingungen, bei welchen
wechselnde Mengen des einen oder anderen Produkts entstehen, bekannt (vgl. die deutschen Patentschriften
965 236, 931 827 und 845 193, die deutsche Auslegeschrift 1003 702, die USA.-Patentschrift
2 760 994 sowie die britische Patentschrift 731 917). Diesen Verfahren haftet jedoch eine Reihe, von
Nachteilen an. Bei der bisher bekannten Durchführung der katalytischen Dampfphasenhydrierung
Verfahren zur Herstellung von gesättigten
Alkoholen und Carbonylverbindungen .
Anmelder:
Vertreter:
8000 München 27, Pienzenauer Str. 2
Als Erfinder benannt:
Shiro Kudo, Sakai-shi;
Yoshihisa Mihara, Yokkaichi-shi;
Seichi Yada, Sakai-shi (Japan)
einer α,/ί-ungesättigten Carbonylverbindung unter
Verwendung eines üblichen Hydrierungskatalysators kann das Verhältnis an gebildeter gesättigter Carbonylverbindung
und gesättigtem Alkohol innerhalb eines gewissen Bereiches variiert werden, und zwar
durch Änderung der Zufuhrgeschwindigkeit der α,/i-ungesättigten Carbonylverbindung oder des Molverhältnisses
von Wasserstoff zu α,β-ungesättigter Carbonylverbindung. Wie aus den weiter unter
folgenden Beispielen ersichtlich ist, bleibt jedoch eine beträchtliche Menge an nicht umgesetzter α,/ί-ungesättigter
Carbonylverbindung in den Produkten zurück. Außerdem ist das Molverhältnis von Wasserstoff
zu α,/ί-ungesättigter Carbonylverbindung begrenzt.
Es ist daher sehr schwierig, die Temperatur des Katalysatorbettes bei einer Durchführung in
technischem Maßstabe zu regulieren. Bei einem lokalen Temperaturanstieg im Katalysatorbett treten
Nebenreaktionen auf, wobei außerdem die Lebensdauer der Katalysatoren beträchtlich verkürzt wird.
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt. Dieses Verfahren zur
Herstellung von gesättigten Alkoholen und Carbonylverbindungen aus den entsprechenden «,/!-ungesättigten
Carbonylverbindungen durch katalytische Hydrierung mit Wasserstoff in der Dampfphase ist
dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung in Gegenwart eines niederen gesättigten Kohlen-
SOi 550/460
Wasserstoffs, vorzugsweise Methan, Äthan oder Propan, bei einem Druck zwischen 1 und 3 at durchführt.
Es war bereits bekannt, daß man lokale Temperaturanstiege in den Katalysatorbetten durch Zumischen
eines Gases mit hoher Wärmekapazität (beispielsweise Wasserdampf) mit dem Reaktionsgas
verhindern kann. Obgleich das Zumischen eines niederen Alkans zu den Reaktionsgasen auch gemäß
vorliegender Erfindung zur Steigerung der Wärmekapazität des ganzen Reaktionsgemisches unter Verhinderung
lokaler Temperatursteigerungen im Katalysatorbett wirksam ist, übt dieser Zusatz außerdem
noch eine weitere Wirkung aus, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise
von den Verfahren abhebt, bei denen Inertgase den Reaktionsgasen zugemischt werden.
In üblicher Weise fällt bei der Durchführung einer Hydrierung unter Verwendung eines gasförmigen
Gemisches, in welchem die Wasserstoffkonzentration durch Vermischen eines Inertgases mit reinem Wasserstoff
herabgesetzt wird, die Hydrierungsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall, in welchem nur reines
Wasserstoffgas verwendet wird, ab. Sämtliche Inertgase üben eine derartige Wirkung aus. Das Vermischen
eines üblichen Inertgases mit Wasserstoff setzt lediglich die Hydrierungsgeschwindigkeit der
Doppelbindung und der Carbonylgruppe einer α,/S-ungesättigten Carbonylverbindung herab, wobei
kein Unterschied der Hydrierungsgeschwindigkeit der Doppelbindung und der Carbonylgruppe besteht.
Daher bleibt bei der Herabsetzung der Wasserstoffkonzentration in einem gasförmigen Gemisch aus
Wasserstoff und einem Inertgas eine, erhebliche Menge an nicht umgesetzter α,/3-ungesättigter Carbonylverbindung
in dem Produkt zurück.
Dagegen tritt bei der Durchführung der Hydrierung a,ß - ungesättigter Carbonylverbindungen
unter Verwendung von Wasserstoffgas im Gemisch mit einem niederen Alkan, wie beispielsweise Methan,
Äthan oder Propan, gemäß vorliegender Erfindung ein sehr deutlicher Unterschied zwischen der Hydrierungsgeschwindigkeit
der Doppelbindung und der Carbonylgruppe auf. Die Geschwindigkeit der Hydrierung der Carbonylgruppe sinkt dabei beträchtlich
im Vergleich zu der Hydrierungsgeschwindigkeit der Doppelbindung einer α,/3-ungesättigten
Carbonylverbindung ab. Daher kann ein Produkt mit relativ hohem Gehalt an gesättigter Carbonylverbindung
erhalten werden, ohne daß dabei die Wasserstoffkonzentration wesentlich herabgesetzt
wird, wobei außerdem die Restmenge an nicht umgesetzter α,/3-ungesättigter Carbonylverbindung sehr
niedrig gehalten werden kann.
Vorzugsweise beträgt bei der Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens das molare Verhältnis
von Wasserstoff zum gesättigten Kohlenwasserstoff etwa 1 : 8 bis etwa 1:1.
Zur Erhöhung des Alkoholanteils im Reaktionsprodukt kann vorzugsweise der Anteil an gesättigtem
Kohlenwasserstoff in dem Reaktionsgemisch verringert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft für die gleichzeitige Herstellung von Butyraldehyd und Butanol in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 20 bis 20 : 1 durch Hydrierung von Crotonaldehyd.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft für die gleichzeitige Herstellung von Butyraldehyd und Butanol in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 20 bis 20 : 1 durch Hydrierung von Crotonaldehyd.
Vergleichsbeispiel
Die katalytische Dampfphasenhydrierung von Crotonaldehyd wird mit reinem Wasserstoffgas
allein als Hydrierungsmittel mit Hilfe eines üblichen, auf Träger aufgebrachten Kupfer-Chromoxyd-Katalysators
(70 cc. Volumen) durchgeführt. Die Reaktionswärme wird durch Umlauf eines üblichen
Wärmemediums abgeführt. Einzelheiten und Ergebnisse sind in Tabelle I wiedergegeben.
Molverhältnis der Reaktionsgase | L. S. V.*) | Reaktions | Reaktions | Zusammensetzung der Produkte | (Gewichtsprozent) | Butyl- | sonstige | |
Crotonaldehyd zu Wasserstoff | temperatur | druck | Butyr | alkohol | teile | |||
Versuch | (bei 2O0C) | Γ C) | (kg/cm2 abs.) | Croton | aldehyd | 53,5 | 5,5 | |
1 : 3 | 2,22 | 170 | 1,0 | aldehyd | 36,0 | 21,8 | 7,0 | |
1 | 1 : 3 | 4,92 | 190 | 1,0 | 5,0 | 47,5 | 5,9 | 7,2 |
2 | 1 : 1 | 1,00 | 170 | 1,0 | 23,7 | 62,0 | ||
3 - | 24,9 | |||||||
*) Volumen der Crotonaldehydbeschickung pro Katalysatoreinheitvolumen pro Stunde.
55
Die Hydrierung von Crotonaldehyd wird in einem Reaktor mittlerer Größe gemäß dem Verfahren
der Erfindung mit Hilfe eines Kupfer-Chromoxyd-Katalysators wie im Vergleichsbeispiel durchgeführt,
und die Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben.
Nach Versuch 1 erfolgt der Verfahrensablauf im einzelnen wie folgt: Die Schichthöhe des in
einem Reaktionsrohr gepackten Katalysators beträgt 3 m, und die Menge des gepackten Katalysators
ist 2,7 1. Der Reaktor wird mit 2,25 kg Crotonaldehyd
und 6,1 m3 gasförmigem Wasserstoff-Methan-Gemisch pro Stunde bei 20 'C beschickt.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Molverhältnis von Crotonaldehyd zu Methan zu Wasserstoff 1:3,95:4,04,
wie in Tabelle II angegeben. Die Reaktionswärme im Katalysatorbett wird durch Umlauf eines Wärmemediums
abgeleitet, dessen Temperatur in der Gegend des Reaktoreinlasses auf 150" C eingestellt
wird. In diesem Fall ist die Temperatur jeder Stelle des Katalysatorbettes nicht konstant, sondern liegt
im Bereich von 151 bis 25O"C. Daher ist der Wert der in Tabelle II angegebenen Reaktionstemperatur
ein arithmetisches Mittel von 11 Werten, die jeweils
alle 30 cm in axialer Richtung des Katalysatorbettes gemessen wurden. Der am Auslaß des Reaktors gemessene
Reaktionsdruck beträgt 1.6 kg cm2, doch
ist der Druck am Einlaß des Reaktors auf Grund Menge darin enthaltenen brauchbaren Produktes,
des Verlustes im Katalysatorbett 1,9 kg/cm2. Der Die Menge des Gases beträgt nach dem Waschet!
in Tabelle II wiedergegebene Wert des Reaktions- 4,57 m3 bei 20° C. Das Gas enthält eine sehr geringe
druckes ist ein arithmetisches Mittel solcher Drücke, Menge Kohlendioxyd oder niedere Kohlenwasserdie
am Einlaß und am Auslaß des Reaktors gemessen 5 stoffe (außer Methan) neben Methan und nicht
wurden. Der Dampf und das gasförmige Gemisch, umgesetztem Wasserstoff. Die Zusammensetzung
welche aus dem Reaktor austreten, werden in des Gemisches des Kondensats und die nach Waschen
einem Kühler kondensiert und danach gekühlt. des Gases erhaltene Substanz wird durch Destilla-Das
Gas, das vom Kondensat angetrennt wurde, tion und chemische Analyse bestimmt. Die Ergebwird gewaschen, und man gewinnt eine sehr geringe io nisse sind in Tabelle II wiedergegeben.
Versuch
Molverhältnis
der Reaktionsgase
der Reaktionsgase
Crotonaldehyd
zu niederem Alkan
zu Wasserstoff
Wasserstoffkonzentration im gasförmigen
Gemisch aus Wasserstoff und niederem Alkan (Volumprozent)
L. S. V.
(bei 200C)
Reaktionstemperatur
(0C)
Reaktionsdruck
(kg/cm2 abs.)
Zusammensetzung der Produkte (Gewichtsprozent)
Crotonaldehyd
Butyraldehyd
Butylalkohol
sonstige Bestandteile
(Methan)
: 3,95 : 4,04
: 3,95 : 4,04
(Methan)
: 6,2tf : 1,80
: 6,2tf : 1,80
(Äthan)
: 7,07 : 2,79
: 7,07 : 2,79
50,5 22,5
28,3
0,989
1,00
1,02
176
169 '
169 '
172
1,75 1,77 1,90
0,0
0,2
0,2
0,2
0,2
12,5
70,1
47,0
70,1
47,0
83,9 25,8 49,0
3,6 3,9
3,8
Bei spiel 2
Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederholt, jedoch unter Ersatz von Mesityloxyd an Stelle von Crotonaldehyd.
Einzelheiten und Ergebnisse sind in Tabelle III wiedergegeben.
Versuch
Molverhältnis
der Reaktionsgase
der Reaktionsgase
Mesityloxyd
zu niederem Alkan
zu Wasserstoff
Wasserstoffkonzentration im gasförmigen Gemisch aus Wasserstoff und
niederem Alkan (Volumprozent)
L. S. V.
(bei 200C)
Reaktionstemperatur
(0Q
Reaktionsdruck
(kg/cm2 abs.)
Zusammensetzung der Produkte (Gewichtsprozent)
Mesityloxyd
Methyl-
isobutyl-
keton
Methylisobutyl- carbinol
sonstige Bestandteile
(Methan)
: 5,0 : 5,0
: 5,0 : 5,0
(Methan)
: 6,5 : 2,1
: 6,5 : 2,1
50,0 24,4
1,01
1,00
1,00
174
171
171
1,16 1,74
0,0
0,0
0,0
75,5
93,0
93,0
23,9 6,2
0,6 0,8
Das Verfahren des Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß Crotonaldehyd durch 2-Äthyl-hexen-2-al-l
ersetzt wird. Einzelheiten und Ergebnisse sind in Tabelle IV wiedergegeben.
Versuch
Molverhältnis
der Reaktionsgase
der Reaktionsgase
2-Äthylhexen-2-2-ai-l
zu niederem Alkan
zu Wasserstoff
Wasserstoffkonzentration im gasförmigen
Gemisch aus Wasserstoff und niederem Alkan (Volumprozent)
L. S. V.
(bei 20-C)
(bei 20-C)
Reaktionstemperatur
rc)
Reaktionsdruck
(kg/cm2 abs.)
Zusammensetzung der Produkte (Gewichtsprozent)
2-Athylhexen-2-al-l
2-ÄthyI-hexanal-l
2-Athylhexanol-l
sonstige Bestandteile
(Propan)
: 4.72 : 3,28
41,0
0,90
179
1,56
0,0
38,8
58,0
3,2
Die Hydrierung von Crotonaldehyd wird nach dem gleichen Verfahren, wie im Beispiel 2 beschrieben,
durchgeführt mit der Ausnahme, daß Nickel-Diatomeenerde als Katalysator verwendet wird. Einzelheiten und
Ergebnisse sind in Tabelle V wiedergegeben.
Versuch
Molverhältnis
der Reaktionsgase
der Reaktionsgase
Crotonaldehyd
zu niederem Alkan
zu Wasserstoff
Wasserstoffkonzentration
im gasförmigen
Gemisch aus
Wasserstoff und
niederem Alkan
(Volumprozent)
im gasförmigen
Gemisch aus
Wasserstoff und
niederem Alkan
(Volumprozent)
L. S. V.
(bei 2O0C)
(bei 2O0C)
Reaktionstemperatur
(0C) Reaktionsdruck
(kg/cm2 abs.)
Zusammensetzung der Produkte (Gewichtsprozent)
Crotonaldehyd
Butyraldehyd
Butylalkohol
sonstige Bestandteile
(Methan)
1 : 6,25 : 1,65
1 : 6,25 : 1,65
1:0: 7,94
20,9
100
1,01
0,99
0,99
162
164 1,70
1,69
1,69
0,0
0,0
33,8
0,9
0,9
60,9 93,7
5,3 5,4
Beispiel 5 gemäß def Erfindung ^cht gehören, erfolgt die
Zum Nachweis der Vorteile des erfindungsge- 15 Hydrierung nach dem gleichen Verfahren wie im
mäßen Verfahrens gegenüber üblichen Verfahren, Beispiel 2 beschrieben mit der Ausnahme, daß ein
in welchen die Hydrierung mit HiHe eines Gemisches gasförmiges Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff
aus Wasserstoff und sogenanntem Inertgas durch- in diesem Fall verwendet wird. Einzelheiten und
geführt wird, wozu Methan, Äthan oder Propan Ergebnisse sind in Tabelle VI wiedergegeben.
Versuch
Molverhältnis
der Reaktionsgase
der Reaktionsgase
Crotonaldehyd
zu Stickstoff
zu Wasserstoff
Wasserstoffkonzentration
im gasförmigen
Reaktionsgemisch
aus Wasserstoff und
im gasförmigen
Reaktionsgemisch
aus Wasserstoff und
Stickstoff
(Volumprozent)
(Volumprozent)
L. S. V.
(bei 200C)
(bei 200C)
Reaktionstemperatur
(0C) Reaktionsdruck
(kg/cm2 abs.)
Zusammensetzung der Produkte (Gewichtsprozent)
Crotonaldehyd
Butyraldehyd
Butylalkohol
sonstige Bestandteile
1 : 6,20 : 1,80
1 : 6,97 : 1,03
1 : 6,97 : 1,03
22,5
12,9
12,9
1,00
1,00
1,00
176 172 1,79
1,81
1,81
1,0
11,2
11,2
32,0
62,2
62,2
62,9 22,8
4,1 3,8
Im Versuch 1 der Tabelle VI wird die Hydrierung durchgeführt, während die Bedingungen, wie z. B.
Art des Katalysators, Menge und Höhe der gepäckten Katalysatorschicht, Beschickungsmenge an Crotonaldehyd,
Temperatur des Wärmemediums, gemessen am Einlaß des Reaktors, Reaktionsdruck, gemessen am Auslaß des Reaktors, Molverhältnis
des gasförmigen Gemisches zu Crotonaldehyd und die Wasserstoffkonzentration im gasförmigen Gemisch,
genau gleich denen im Versuch 2 der Tabelle I gehalten wurden. Daher sind die Reaktio'nstemperatur
und der Reaktionsdruck, die durch Mittelwerte wiedergegeben sind, in diesen beiden Versuchen
ebenfalls etwa gleich. Eine vergleichende Untersuchung der Tabellen II und VI zeigt, daß trotz
der gleichen Wasserstoffkonzentration im gasförmigen Gemisch die Verwendung eines gasförmigen
Gemisches aus Wasserstoff und Methan eine größere Menge Butyraldehyd im Reaktionsprodukt liefert
im Vergleich zu dem Fall, da ein gasförmiges Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff verwendet
wird. Dies geht auf die vorerwähnte Tatsache zurück, daß die Hydrierungsgeschwindigkeit der Carbonylgruppe
durch das Zumischen von Methan zum Wasserstoff beträchtlich sinkt, verglichen mit dem
Fall, da ein Gemisch aus Stickstoff mit Wasserstoff verwendet wird. Daher erhält man, wenn die Bildung
von Butylaldehyd und Butanol erwünscht ist, mit Hilfe eines gasförmigen Gemisches aus Stickstoff
und Wasserstoff in gleichem Verhältnis, wie im Versuch 2 der Tabelle II gezeigt ist (d.h. Butylaldehyd
zu Butanol = 70,1 : 25,8 oder 2,72 : 1), ein ungünstiges Ergebnis, da eine große Menge
nicht umgesetzter Crotonaldehyd im Reaktionsprodukt zurückbleibt, wie sich aus Versuch 2 der
Tabelle VI ergibt. Im Versuch 2 der Tabelle VI sind die Verfahrensbedingungen mit Ausnahme der
Wasserstoffkonzentration im gasförmigen Gemisch identisch mit denen des Versuches 1 der gleichen
Tabelle.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von gesättigten Alkoholen und Carbonylverbindungen aus den
entsprechenden α,/3-iingesättigten Carbonylverbindungen
durch katalytische Hydrierung mit Wasserstoff in der Dampfphase, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Hydrierung in Gegenwart eines niederen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffes, vorzugsweise
Methan, Äthan oder Propan, bei einem Druck zwischen 1 und 3 at durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Wasserstoff
zum gesättigten Kohlenwasserstoff etwa 1 : 8 bis etwa 1 : 1 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Alkoholanteils
im Reaktionsprodukt der Anteil an gesättigtem Kohlenwasserstoff im Reaktionsgemisch
verringert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 965 236, 931 827,
193;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 003 702; britische Patentschrift Nr. 731 917;
USA.-Patentschrift Nr. 2 760 994.
809 590/460 S. (S Q Bundisdruckerei Berlin
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