DE2161847A1 - Process for hydrogenating polycyclic aromatic hydrocarbons - Google Patents
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Description
DR. Γ :< Case F.-4515DR. Γ: <Case F.-4515
DIPL-Γ. . ..... -iULLERDIPL-Γ. . ..... -iULLER
I MijNf.nl.;, 80
Gi-aiiii-S'ra.-e 38I MijNf.nl.;, 80
Gi-aiiii-S'ra.-e 38
TJniroyal, Inc., 123C Avenue of the Americas, New York,TJniroyal, Inc., 123C Avenue of the Americas, New York,
New York 1OC2C (V.St.A.)New York 1OC2C (V.St.A.)
Verfahren zum Hydrieren polycyclischer aromatischer KohlenwasserstoffeProcess for hydrogenating polycyclic aromatic hydrocarbons
Die Erfindung "beruht auf der Feststellung, daß Sulfide der Platingruppenmetalle ausgezeichnete Katalysatoren zur Hydrierung polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe darstellen. Erfindungsgemäß kann jedes Platingruppenmetall sulf id verwendet werden, d. h., die Sulfide von Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Ruthenium sowie Platinsulfid. Der bevorzugte Katalysator ist Platinsulfid, PtS^, aufgrund der Aktivität, Selektivität und Stabilität. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf polycyclisch^ aromatische Kohlenwasserstoffe im allgemeinen, ob linear oder nicht linear, einschließlich nicht begrenzender Beispiele solch polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe wie z. B. Naphthalin, Anthracen, Inden, Acenaphthylen, Cumarin, Phenanthren, Pyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen usw. anwendbar. In die vorgenannten Verbindungen als Äquivalent eingeschlossen sind die substituierten Formen, wie z. B. substituierteThe invention "is based on the finding that sulfides the platinum group metals excellent catalysts for the hydrogenation of polycyclic aromatic hydrocarbons represent. Any platinum group metal sulfide can be used in accordance with the invention; i.e., the sulfides of palladium, osmium, iridium, rhodium and ruthenium as well as platinum sulfide. The preferred catalyst is Platinum sulfide, PtS ^, for its activity, selectivity, and stability. The inventive method is on polycyclic ^ aromatic hydrocarbons in general, whether linear or non-linear, including not limiting examples of such polycyclic aromatic hydrocarbons as e.g. B. naphthalene, anthracene, Indene, acenaphthylene, coumarin, phenanthrene, pyrene, Chrysene, perylene, fluoranthene, etc. applicable. Included in the aforementioned compounds as equivalents are the substituted forms, e.g. B. substituted
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Naphthaline, beispielsweise 1-Methylnaphthalin, 2-Methylnaphthalin, andere 1- oder 2-alkylsubstituierte Naphthaline, wobei die Alkylgruppe Äthyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Cyclohexyl usw. sein kann, dialkylsubstituierte Naphthaline, beispielsweise 1,2-Dimethylnaphthalin, 1, 3-Dimethylnaphthalin, 1,4-Dimethylnaphthalin, 1,5-Dimethylnaphthalin usw. und höher substituierte Alkylnaphthaline mit bis zu 8 Alkyl gruppenj gleichermaßen substituierte Naphthaline, worin der Substituent Halogen, Alkoxy, Aryloxy, Carboxy, Carbalkoxy oder eine ähnliche Gruppe sein kann, die unter den Reaktionsbedingungen nicht reaktiv ist, einschließlich Kombinationen solcher Gruppen. Gleichermaßen kann jeder der anderen vielkernigen aufgeführten Kohlenwasserstoffe durch eine oder mehrere und durch jede Kombination von inaktiven Gruppen vielfältig substituiert sein.Naphthalenes, for example 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, other 1- or 2-alkyl-substituted naphthalenes, where the alkyl group is ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, Can be cyclohexyl, etc., dialkyl-substituted naphthalenes, for example 1,2-dimethylnaphthalene, 1,3-dimethylnaphthalene, 1,4-dimethylnaphthalene, 1,5-dimethylnaphthalene, etc. and higher substituted alkylnaphthalenes with up to 8 alkyl groups equally substituted naphthalenes, in which the substituent is halogen, alkoxy, aryloxy, carboxy, May be carbalkoxy or a similar group that is non-reactive under the reaction conditions, including Combinations of such groups. Likewise, any of the other polynuclear hydrocarbons listed can be variously substituted by one or more and by any combination of inactive groups be.
Die Erfindung wird praktisch durch in-Berührung-bringen des polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffs mit Wasserstoff und dem Katalysator durchgeführt. IJm beste Ergebnisse zu erzielen, wird der Katalysator in herkömmlicher Weise auf einer festen Trägersubstanz getragen oder abgeschieden, wie beispielsweise Kohle, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Ton oder anderen üblichen Trägern oder i&uerfeste _ Substanzen (wie beispielsweise nach der amerikanischen Patentschrift 3 285 984-, Spalte 2, Zeilen 23-42).The invention is made practical by contacting carried out of the polycyclic aromatic hydrocarbon with hydrogen and the catalyst. I'm best To achieve results, the catalyst is conventionally supported on a solid support or deposited, such as carbon, alumina, silica, clay or other common carriers or i & uerfeste _ substances (such as after American patent specification 3,285,984-, column 2, Lines 23-42).
Das Verfahren kann chargenweise, beispielsweise in einem Autoklaven, oder in einem kontinuierlichen System unter Verwendung entweder von behälter- oder rohrförmigenThe process can be carried out in batches, for example in one Autoclaves, or in a continuous system using either container or tubular
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Reaktoren durchgeführt werden. Die Hydrierung kann in flüssiger Phase unter Verwendung einer Katalysatoraufschlämmüng oder eines festen Katalysatorbetts durchgeführt werden. Andererseits kann die Erfindung in der Dampfphase entweder mit Wirbel- oder Festbettkatalysatoren praktiziert werden.Reactors are carried out. The hydrogenation can be carried out in the liquid phase using a catalyst slurry or a fixed bed of catalyst. On the other hand, the invention in the Vapor phase can be practiced with either fluidized or fixed bed catalysts.
Bei der Flüssigphasenhydrierung ist es gewöhnlich bequem, ein geeignetes inertes Lösungsmittel zugegen zu haben, wie beispielsweise einen Kohlenwasserstoff, ob aliphatisch wie Alkanen, . beispielsweise η-Hexan, n-Octan usw., cycloaliphatisch wie Cycloalkane, wie beispielsweise Cyclohexan usw., oder aromatisch, wie beispielsweise j Benzol, Toluol usw., oder andereIn liquid phase hydrogenation it is usually convenient to have a suitable inert solvent present, such as a hydrocarbon, whether aliphatic such as alkanes,. For example, η-hexane, n-octane, etc., cycloaliphatic such as cycloalkanes, such as cyclohexane, etc., or aromatic, such as j benzene, toluene, etc., or other
wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Dichlorbenzol usw., oder ein Alkohol, wie beispielsweise Alkanole (z. B. Methanol, Äthanol, 2-Propanol usw.), Äther wie beispielsweise Diäthyläther, Dibutyläther, Dioxan, Glykoldiäther usw.; Ester wie beispielsweise Äthylacetat, Butylacetat, 2-Äthylhexylacetat usw. oder jedes andere geeignete herkömmliche Lösungsmittel.such as halogenated hydrocarbons such as dichlorobenzene, etc., or an alcohol such as Alkanols (e.g. methanol, ethanol, 2-propanol, etc.), ethers such as diethyl ether, dibutyl ether, Dioxane, glycol diether, etc .; Esters such as ethyl acetate, butyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, etc. or any other suitable conventional solvent.
Rühren, erhöhte Temperaturen und Druck steigern die Hydriergeschwindigkeit. In jedem speziellen Fall variiert die wirtschaftliche Optimierung der Temperatur, des Drucks, des Katalysatoranteils, der Zufuhrkonzentration und der Zeit für einen Zyklus und kann auf herkömmliche Weise bestimmt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik,, wie beispielsweise der amerikanischen Patentschrift 3 285 984- stellt es einen bemerkenswerten Fortschritt der Erfindung dar, daß außerordentlich hohe Betriebstemperaturen nicht üblicherweise erforderlich sind. TemperaturenStirring, elevated temperatures and pressure increase the rate of hydrogenation. Varies in each particular case the economic optimization of the temperature, the pressure, the catalyst content, the feed concentration and the time for one cycle and can be determined in a conventional manner. Compared to the state of the art, as for example the American patent specification 3,285,984- it represents a remarkable advance of the invention that extremely high operating temperatures are not usually required. Temperatures
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im Bereich von 80 bis 300°C und Wasserstoffdrucke im Bereich von 35 bis 350 at (500 bis 5000 psig) sind gewöhnlich zufriedenstellend, aber andere Temperaturen und Drucke können angewandt werden.are in the range of 80 to 300 ° C and hydrogen pressures are in the range of 35 to 350 at (500 to 5000 psig) usually satisfactory, but other temperatures and pressures can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den großen Vorteil, daß kein Schwefel oder keine schwefelhaltige Verbindung der Kohlenwasserstoffbeschickung zugesetzt werden muß. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind bemerkenswert widerstandsfähig gegen Gifte und ermöglichen die wirksame Verwendung von Schwefel und andere Gifte enthaltenden Beschickungen, die die Verwendung von herkömmlichen Metall- und Metalloxid-Hydrierkatalysatoren unmöglich machen.The process according to the invention has the great advantage that no sulfur or no sulfur-containing compound must be added to the hydrocarbon feed. The catalysts of the invention are noteworthy resistant to poisons and allow the effective use of sulfur and other poisons containing Feeds that make the use of conventional metal and metal oxide hydrogenation catalysts impossible do.
Es ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung, daß die als Katalysatoren eingesetzten Platingruppenmetallsulfide oft die vollständig oder fast vollständig selektive Bildung eines einzigen gewünschten Produktes selbst bei vollständiger Umsetzung des Ausgangsmaterials bewirken.It is an important advantage of the invention that the platinum group metal sulfides used as catalysts often the completely or almost completely selective formation of a single desired product, even if completely Effect implementation of the starting material.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der Erfindung.The following examples serve to further illustrate the invention.
Reduktion von Naphthalin zu TetralinReduction of naphthalene to tetralin
Ein Gemisch von 125 6 (0,975 Mol) Naphthalin, 200 ml Toluol und 6,0 g 5%igem Platinsulfid auf Kohle wurde in einen 600 ml Magne-Dash-Autoklaven gegeben. Der Autoklav wurde verschlossen, mit Stickstoff und dann mit Wasserstoff gespült, sodann Wasserstoff bis zu einem Druck von 70 at (1000 psig) eingeleitet. Der Behälter wurde unter RührenA mixture of 125 6 (0.975 mol) naphthalene, 200 ml toluene and 6.0 g of 5% platinum sulfide on carbon was poured into a 600 ml Magne-Dash autoclave. The autoclave was sealed, with nitrogen and then with hydrogen flushed, then hydrogen up to a pressure of 70 at (1000 psig). The container was stirring
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17,5 h bei 275 Ms 2800O und 98 bis 120 at (1400 - I700 psig) erhitzt. Der Autoklav wurde abgekühlt und der Druck abgelassen, das Eeaktionsprodukt wurde ausgebracht. Die Reaktionsmischung wurde durch Diatomeenerde filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels vom Piltrat verblieb ein flüssiger Rückstand von 126 g. Dieser Rückstand erwies sich durch Infrarotanalyse als 80%ig an Tetralin und enthielt nach Analyse durch Gaschromatographie 81?6 Tetralin und 19% Naphthalin, Dekalin war nicht nachweisbar.Heated for 17.5 hours at 275 Ms, 280 0 O and 98 to 120 atm (1400-1700 psig). The autoclave was cooled and the pressure released and the reaction product discharged. The reaction mixture was filtered through diatomaceous earth to remove the catalyst. After the solvent had been distilled off from the piltrate, a liquid residue of 126 g remained. This residue was found to be 80% tetralin by infrared analysis and, according to analysis by gas chromatography, contained 81-6 tetralin and 19% naphthalene; decalin was not detectable.
Reduktion von Anthracen zu 9,1O-DihydroanthracenReduction of anthracene to 9,1O-dihydroanthracene
Ein Gemisch aus 35,6 g (0,20 Mol) Anthracen, 220 ml 2-Propanol und 2,5 g 5%iSem Platinsulfid auf Kohle wurde in einen 600 ml Magne-Dash-Autoklaven eingebracht. Der Autoklav wurde verschlossen, mit Stickstoff und dann mit Wasserstoff gespült, und Wasserstoff bis zu einem Druck von 91 at (1300 psig) eingeleitet. Der Behälter wurde unter Rühren 4 h bei 165°G und 109 - -112 at (1550 bis 1600 psig) erhitzt. Der Autoklav wurde abgekühlt, der Druck abgelassen und das Reaktionsprodukt ausgebracht. Das Reaktionsgemisch wurde durch Diatomeenerde zur Entfernung des Katalysators filtriert. Der Katalysator wurde mit heißem 2-Propanol gewaschen, und das Lösungsmittel aus dem vereinigten Filtrat und den Waschanteilen durch Einengen auf einem Dampfbad entfernt. Der Rückstand bestand aus 34 g eines !Festkörpers, aus dem Dihydroanthracen mit einem Schmelzpunkt von 1(W- bis 1080G (Literaturwert 108,5°C) durch Umkristallisieren aus 2-Propanol erhalten wurde.A mixture of 35.6 g (0.20 mol) of anthracene, 220 ml of 2-propanol and 2.5 g of 5% platinum sulfide on carbon iS em was placed in a 600 ml Magne Dash autoclave. The autoclave was sealed, purged with nitrogen and then hydrogen, and hydrogen was introduced to a pressure of 91 atm (1300 psig). The container was heated with stirring at 165 ° G and 109-112 atm (1550 to 1600 psig) for 4 hours. The autoclave was cooled, the pressure released and the reaction product discharged. The reaction mixture was filtered through diatomaceous earth to remove the catalyst. The catalyst was washed with hot 2-propanol and the solvent was removed from the combined filtrate and washings by concentration on a steam bath. The residue consisted of 34 g of a solid from which dihydroanthracene with a melting point of 1 (W- to 108 0 G (literature value 108.5 ° C.) was obtained by recrystallization from 2-propanol.
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Reduktion -vron Inden zu IndanReduction -fron indene to indan
Ein Gemisch aus 65,1 g (0,56 Mol) Inden, 225 ml Toluol und 6,0 g 5%igeni Platinsulfid auf Kohle wurde in einen 600 ml Magne-Dash-Autoklaven eingebracht. Der Autoklav wurde verschlossen, mit Stickstoff und dann mit Wasserstoff gespült, und Wasserstoff bis zu einem Druck von 84 at (1200 psig) eingeleitet. Der Behälter wurde unter Rühren bei 1200C und 84 bis 98 at (1200 bis 1400 psig) für eine Stunde erhitzt, worauf die Reaktion nach einer Wasserstoffaufnahme von etwa 0,55 Mol (98% der Theorie) abrupt aufhörte. Der Autoklav wurde gekühlt, der Druck abgelassen und das Reaktionsprodukt ausgebracht. Die Reaktionsmischung wurde durch Diatomeenerde zur Entfernung des Katalysators filtriert. Das Lösungsmittel wurde aus dem Filtrat in einem Rotationsverdampfer unter vermindertem Druck eingeengt. Der flüssige Rückstand erwies sich durch Gaschromatographie und Infrarotspektroskopie als identisch mit einer authentischen Probe Indan.A mixture of 65.1 g (0.56 mol) indene, 225 ml toluene and 6.0 g 5% platinum sulfide on carbon was placed in a 600 ml Magne-Dash autoclave. The autoclave was sealed, purged with nitrogen and then hydrogen, and hydrogen was introduced to a pressure of 84 atm (1200 psig). The container was heated with stirring at 120 0 C and 84-98 at Temperature (1200 to 1400 psig) for one hour, whereupon the reaction after hydrogen absorption of about 0.55 moles (98% of theory) abruptly ceased. The autoclave was cooled, the pressure released and the reaction product discharged. The reaction mixture was filtered through diatomaceous earth to remove the catalyst. The solvent was concentrated from the filtrate on a rotary evaporator under reduced pressure. The liquid residue was found to be identical to an authentic sample of indan by gas chromatography and infrared spectroscopy.
Reduktion von Acenaphthylen zu AcenaphthenReduction of acenaphthylene to acenaphthene
Ein Gemisch aus 85,2 g (0,56 Mol) Acenaphthylen, 200 ml Toluol und 6,0 g ^>%±gem Platinsulfid auf Kohle wurde in einen 600 ml Magne-Dash-Autoklaven eingebracht. Der Autoklav wurde verschlossen, mit Stickstoff und dann mit Wasserstoff gespült, und Wasserstoff bis zu einem Druck von 84 at (1200 psig) eingeleitet. Der Behälter wurde unter Rühren bei 100 bis 140°C und ?0 bis 91 at (1000 bis 1300 psig) 20 min erhitzt, worauf die Gasaufnahme abrupt aufhörte. Der Autoklav wurde gekühlt, derA mixture of 85.2 g (0.56 mol) of acenaphthylene, 200 ml of toluene and 6.0 g ^>% ± gem platinum sulfide on carbon was placed in a 600 ml Magne-Dash autoclave. The autoclave was sealed, purged with nitrogen and then hydrogen, and hydrogen was introduced to a pressure of 84 atm (1200 psig). The container was heated with stirring at 100 to 140 ° C and? 0 to 91 atm (1000 to 1300 psig) for 20 minutes, after which gas uptake ceased abruptly. The autoclave was cooled, the
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Druck abgelassen und das Reaktionsprodukt ausgebracht. Das Eeaktionsgemisch wurde zur Entfernung des Katalysators durch Diatomeenerde filtriert. Das Lösungsmittel wurde aus dem Filtrat in einem Rotationsverdampfer unter vermindertem Druck verdampft. Der Rückstand bestand aus 82 g (95% Ausbeute) eines Festkörpers, der laut Gaschromatographie aus einer einzigen Komponente bestand, die mit einer authentischen Probe Acenaphthen identisch war.Released pressure and discharged the reaction product. The reaction mixture was used to remove the catalyst filtered through diatomaceous earth. The solvent was removed from the filtrate on a rotary evaporator evaporated under reduced pressure. The residue consisted of 82 g (95% yield) of a solid, which, according to gas chromatography, consisted of a single component, acenaphthene with an authentic sample was identical.
Rediiktion von Cumarin zu Dihydro cumarinReduction of coumarin to dihydro coumarin
Ein Gemisch aus 43,8 g (0,30 Mol) Cumarin, 115 ml Benzol und 3,3 g 5%igem Platinsulfid auf Kohle wurde in einen 265 Eil Magne-Dash-Autoklaven eingebracht. Der Autoklav wurde verschlossen, mit Stickstoff und dann mit Wasserstoff gespült, und Wasserstoff wurde bis zu einem Druck von 49 at (700 psig) eingeleitet. Der Behälter wurde unter Rühren 5,5 h bei 1900C und 42 bis 63 at (600 bis 900 psig) erhitzt. Die V/asserstoffaufnahme war etwa 0,3 Mol (100% der Theorie). Der Autoklav wurde abgekühlt und der Druck abgelassen, das Reaktionsprodukt ausgebracht. Die Reaktionsmischung wurde zur Entfernung des Katalysators durch Diatomeenerde filtriert. Das Lösungsmittel wurde aus dem Filtrat auf einem Dampfbad abgedampft. Der Rückstand erwies sich durch Gaschromatographie als mit einer authentischen Probe Dihydrocumarin identisch.A mixture of 43.8 g (0.30 mole) of coumarin, 115 ml of benzene, and 3.3 g of 5% platinum sulfide on carbon was placed in a 265 Eil Magne-Dash autoclave. The autoclave was sealed, purged with nitrogen, then hydrogen, and hydrogen was introduced to a pressure of 49 atm (700 psig). The container was 5.5 hours with stirring at 190 0 C and 42 to 63 at heated (600 to 900 psig). The hydrogen uptake was about 0.3 mol (100% of theory). The autoclave was cooled and the pressure was released, and the reaction product was discharged. The reaction mixture was filtered through diatomaceous earth to remove the catalyst. The solvent was evaporated from the filtrate on a steam bath. The residue was found to be identical to an authentic sample of dihydrocoumarin by gas chromatography.
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