DE2431929C3 - Katalysator zur partiellen Hydrierung - Google Patents

Katalysator zur partiellen Hydrierung

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Description

Durch partielle Hydrierung von Acetylenverbindungen, die z. B. bei der sogenannten Reppe-Äthinylierung anfallen, gelingt es, olefinisch ungesättigte Verbindungen herzustellen.
Speziell in der deutschen Auslegeschrift 11 15 238 ist beschrieben, daß man die partielle Hydrierung von Acetylenverbindungen in flüssiger Phase so lenken kann, daß die Wasserstoffaufnahme nach Ausbildung der Doppelbindung völlig zum Stillstand kommt, wenn man die Hydrierung in Gegenwart von Palladiumkatalysatoren durchführt, die mit Verbindungen von Metallen der II. und bzw. oder IH. Nebengruppe des Periodensystems behandelt worden sind. Außerdem sind aus der deutschen Patentschrift 2 53 160 bereits Katalysatoren für die Gasphasenhydrierung von Acetylen zu Äthylen bekannt. Bei diesen Katalysatoren handelt es sich um die Kombination mindestens zweier Metalle mit unterschiedlichem Wirkvermögen, wobei neben mindestens einem Edelmetall der Platingruppe mindestens ein unedleres Metall, z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Silber, Magnesium, Zink, Cadmium und Aluminium, in vielfachem Überschuß angewendet wird. Diese Katalysatoren sind für die selektive Hydrierung von Acetylenverbindungen in flüssiger Phase nicht geeignet.
Das Verfahren der partiellen Hydrierung von Acetylenverbindungen ist besonders wichtig, um aus Butindiol, das seinerseits aus Acetylen und Formaldehyd zugänglich ist, Buten-2-diol-l,4 herzustellen; dies ist ein wichtiges Zwischenprodukt für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln und Pharmazeutika.
Nach der DE-AS 1115 238 kann die Hydrierung in Abwesenheit von Lösungsmitteln oder in wäßriger oder organischer Lösung durchgeführt werden.
Das Verfahren der partiellen Hydrierung gelingt jedoch erfahrungsgemäß — jedenfalls beim Butindiol — nur dann befriedigend, wenn reine Verbindungen als Ausgangsmaterial vorliegen; technische Qualitäten von Butindiol, die als Verunreinigungen unter anderem Propargylalkohol, Formaldehyd, Formiate und Reste des vorher verwendeten Katalysators, insbesondere Kieselsäure und Kupfer enthalten, bilden erfahrungsgemäß erhebliche Mengen an verharzten Rückständen, manchmal bis zu 3O°/o.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, neue, wirkungsvolle und selektiv arbeitende Katalysatoren anzugeben, die weniger empfindlich auf die Anwesenheit von Verunreinigungen in technischem Butindiol reagieren und mit denen die Hydrierung der Dreifachbindung selektiv zur Zweifachbindung gelingt.
Es wurde ein neuer Katalysator gefunden, der Palladium und ein oder mehrere Metalle der zweiten Gruppe des Periodensystems der Elemente auf einem Träger enthält.
ίο Erfindungsgemäß enthält der Katalysator — außer Palladium — eines der Elemente Zink oder Cadmium und wenigstens eines der Elemente Wismut oder Tellur oder sowohl Zink als auch Cadmium und wird erhalten, wenn man den Träger mit einer die entsprechenden Verbindungen enthaltenden Lösung mischt und kalziniert. Natürlich kann der Katalysator auch Zink und Cadmium zusammen mit Wismut oder Tellur enthalten.
Der Katalysator kann in an sich bekannter Weise
ao z. B. dadurch erhalten werden, daß man einen Träger, insbesondere 7-Al2O3 oder ein modifiziertes Al2O3
oder Bimsstein, mit der Lösung einer Verbindung der Metalle behandelt.
Als Träger dient mit besonderem Vorteil Aluminiumoxid oder Bimsstein, insbesondere /-Aluminiumoxid oder ein modifiziertes Aluminiumoxid, das z. B. unter der Bezeichnung Catapal bekannt ist und aus aluminiumorganischen Verbindungen hergestellt wird, oder Bimsstein, besonders gereinigter italienischer Bimsstein.
Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit der Hydrierung von technischem Butindiol zu Butendiol in wäßriger Lösung zu sehen, die technisch besonders wichtig ist.
Während Katalysatoren der bekannten Art, die z. B. nur Palladium, Palladium/Zink, Palladium/ Mangandioxid, Palladium/Blei, Palladium/Vanadin auf einem Träger enthalten, oftmals mehr als 25, ja bis zu 4O°/o Rückstände bei der Herstellung von Butendiol bilden, gelingt es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Katalysatoren, Butendiol bei wesentlich geringerer, im allgemeinen unter 10°/o liegender Rückstandsbildung aus technischem Butindiol zu gewinnen.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten im allgemeinen etwa 0,05 bis 2, insbesondere 0,2 bis 0,7 Gewichtsprozent Palladium, und jeweils etwa 0,05 bis 1, insbesondere 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent Zink und/oder Cadmium sowie, falls nur Zink oder Cadmium anwesend ist, weiterhin etwa 0,05 bis 1, insbesondere 0,1 bis 0,3 %> Wismut oder Tellur. Zink enthaltende Katalysatoren werden bevorzugt.
Im allgemeinen werden die Katalysatoren in Form einer Suspension verwendet, wobei die mittlere Korngröße z. B. zwischen 0,02 bis 1, insbesondere 0,05 bis 0,35 mm Durchmesser liegt. Natürlich ist auch die Verwendung der Katalysatoren als fest angeordnetes Kontaktbett grundsätzlich möglich.
Die Reaktionsbedingungen bei der Herstellung von Butendiol sind von den bereits bekannten Bedingungen im allgemeinen nicht verschieden; z. B. wird ein Wasserstoffdruck zwischen Normaldruck und etwa 16 bar verwendet, wobei die Obergrenze im allgemeinen lediglich durch gewisse Normen der Apparatehersteller, nicht jedoch durch chemische Gegebenheiten bedingt ist. Die Reaktionstemperatur liegt im allgemeinen zwischen 30 und 80, insbesondere 60 und 75° C.
Beispiel 1
g Jg5 der Korngröße 0,05 bis 0,5 mm werden mit 38,95 g einer llprozentigen Palladiumnitratlösung, die 4,284 g Pd enthält, 3,82 g Zinknitrat (Zn-Gehalt 0,85 g), 2 g Cadmiumnitrat (Cd-Gehalt 0,85 g) und 600 ml Wasser gut vermischt. Dann wird 16 Stunden bei 120° C getrocknet. Anschließend wird der Katalysator 6 Stunden auf 520° C erhitzt. Der Katalysator enthält nach dem Erhitzen 0,48 °/o Pd, 0,1 % Cd und 0,09% Zn.
60 kg 33prozentige technische wäßrige 2-Butin-1,4-diollösung werden in Anwesenheit von 400 g des Katalysators bei 72° C und einem Wasserstoffdruck von 12,5 bar hydriert. Neben 18,0 kg 2-Buten-1,4-diol, das entspricht 89°/o Ausbeute, entstehen 2,2 kg bzw. 11 Gewichtsprozent Rückstand.
Beispiel 2
850 g γ-Alfi, der Korngröße 0,08 bis 0,4 mm werden mit 38,95 g einer llprozentigen Palladiumnitratlösung, die 4,289 g Pd enthält, 2 g Wismutnitrat (Bi-Gehalt 0,9 g) und 3,82 g Zinknitrat (Zn-Gehalt 0,85 g) und 570 ml Wasser gut vermischt. Dann wird 16 Stunden bei 120° C getrocknet. Anschließend wird der Katalysator 6 Stunden auf 520° C erhitzt. Der Katalysator enthält nach dem Erhitzen 0,5% Pd, 0,1 % Bi und 0,1 % Zn.
60 kg 33prozentige technische wäßrige 2-Butin-1,4-diollösung werden in Anwesenheit von 44 g des Katalysators bei 65° C und einem Wasserstoff druck von 4 bar hydriert. Neben 18,7 kg 2-Buten-l,4-diol, das entspricht 92,5% Ausbeute, entstehen 1,5 kg bzw. 7,5 Gewichtsprozent Rückstand.
Beispiel 3
850 g y-AlgOj der Korngröße 0,05 bis 0,5 mm werden mit 38,95 g einer llprozentigen Palladiumnitratlösung, die 4,284 g Pd enthält, 3,82 g Zinknitrat (Zn-Gehalt 0,85 g), einer wäßrigen Lösung Tellursäure, deren Te-Gehalt 0,85 g beträgt, und 600 ml Wasser gut vermischt. Dann wird 16 Stunden bei 120° C getrocknet. Anschließend wird der Katalysator 6 Stunden auf 510° C erhitzt Der Katalysator enthält nach dem Erhitzen 0,5% Pd, 0,1% Te und 0,1% Zn.
60 kg 35prozentige technische wäßrige 2-Butin-1,4-diollösung werden in Anwesenheit von 400 g des Katalysators bei 68° C und einem Wasserstoffdruck ίο von 6 bar hydriert. Neben 17,8 kg 2-Buten-l,4-diol, das entspricht 88% Ausbeute, entstehen 2,4 kg bzw. 12 Gewichtsprozent Rückstand.
Vergleichsversuch 1
850 g J-Al2O3 einer Korngröße zwischen 0,05 und 0,5 mm werden mit 39 g llprozentiger Palladiumnitratlösung und 560 ml Wasser versetzt, zur Trockene gebracht und 16 Stunden bei 120° C nachgetrocknet Anschließend wird der Katalysator auf 520° C er-
ao hitzt; er enthält schließlich 0,5 Gewichtsprozent Pd.
60 kg 33prozentige wäßrige technische 2-Butin-
l,4-diollösun2 werden mit 400 g Katalysator bei 65° C und 6 atü Wasserstoffdruck hydriert. Es werden 11,9 kg 2-Buten-l,4-diol erhalten, was einer
as Ausbeute von 58,8% der Theorie entspricht. Daneben entstehen 8,3 kg bzw. 41,2 Gewichtsprozent Rückstand
Vergleichsversuch 2
850 g /-Al2O3 werden wie vorstehend beschrieben, jedoch unter Zusatz von Zinknitrat, verwendet, wobei ein Katalysator erhalten wird, der 0,5 Gewichtsprozent Pd und 0,2 Gewichtsprozent Zn enthält.
60 kg 33prozentige wäßrige technische 2-Butin-1,4-diollösung werden mit 400 g des Katalysators bei 65° C und 6,5 bar Wasserstoffdruck hydriert. Es entstehen 10,85 kg 2-Buten-l,4-diol. Das entspricht einer Ausbeute von 53,7% der Theorie. Daneben entstehen 9,35 kg bzw. 46,3 Gewichtsprozent Rückstand.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Katalysator zur partiellen Hydrierung, der Palladium und ein oder mehrere Metalle der zweiten Gruppe des Periodensystems der Elemente auf einem Träger enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator außer Palladium mindestens eines der Elemente Zink oder Cadmium und mindestens eines der Elemente Wismut oder Tellur oder sowohl Zink als auch Cadmium enthält und der durch Vennischen des Trägers mit einer die entsprechenden Verbindungen enthaltenden Lösung und Kalzinieren erhalten worden ist
2. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 zur Hydrierung von Butindiol zu Butendiol.
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