DE3045891C2 - Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyd und Ethanol - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyd und EthanolInfo
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Description
JO
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung von Methanol mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu
Acstaldehyd und Ethanol in Gegenwart eines Katalysatorsystems.
das neben Kobalt noch ein Metall aus der Gruppe Chrom, Molybdän. Wolfram, Titan, Vanadium,
Eisen. Nickel sow'e Halogen als Promotor und einen Poiydentat-Liganden enthält.
Acetaldehyd und Ethanol sind wichtige organische Grundstoffe. Es ist bekannt, sie durch Homologisierung
von Methanol zu gewinnen. Dabei setzt man dieses mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei erhöhten Drücken
und Temperaturen in Gegenwart eines Katalysatorsystems aus Kobalt, einem Halogen, vorzugsweise Jod, als
Promotor und einem Liganden, z. B. einem tertiären Monophosphin um, wobei man in einem Lösungsmittel
arbeiten kann (EP-OS 00 01937). Dabei erhält man Methanol-Umsätze bis zu 57,7% bei einer Ethanol-Selcktivität
unter Einschluß der zu Ethanol aufarbeitbaren so Nebenprodukte von 55.8%. d. h. eine Ethanolausbeute.
bezogen auf eingesetztes Methanol, von 32.2%. In neuer
Zeit hat man anstelle des Mono-Liganden sogenannte Polydentat-Ligandcn. d.h. Liganden mit 2 oder mehr
Zeritrulatomen. z. B. Phosphor, eingesetzt (EP-OS 5i
OOIO37?). Man arbeitet auch hier bei erhöhten
Tcmpciaturen. 150 —250'C. und erhöhten Drücken.
100—300 bar. Als Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes Gas setzt man z. B. durch Vergasung von
Kohle gewonnenes Synthesegas ein. Beim Arbeiten ohne l.osungsmittclzusatz wurde eine Elhanolausbeute
von WFWfi-. mit Lnsungsmittelzusatz eine solche von
JhJ'1'" erreicht. Dabei h.it man auch vorgeschlagen, ein
/weite Mi-I,ill. niimlich Ruthenium, in das KatnlysatorsNstem
anzufügen. Die·, entspricht den bereits früher λ·'.
ucirelH-nen Hinweisen, bei lter durch KnImIt. Halogen
1UiJ einem Munoplmsphin-I.igarulen aktiwerten HomoiuL'isienini!
um Methanol ein Edelmetall, nämlich
Ruthenium oder Osmium, zuzusetzen (US-PS 41 33 966).
Wenn auch durch die im Verlauf der letzten Jahre verbesserten Katalysatoren Umsatz und Selektivität bei
den Hornologisierungs-Reaktionen gesteigert werden konnten, ist die Erhöhung dieser Werte nach wie vor
erwünscht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem man bei der Herstellung von Acetaldehyd und Ethanol
durch Umsetzung von Methanol mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei erhöhten Drücken und Temperaturen
in Gegenwart eines Katalysatorsystems arbeitet, das Kobalt, als Promotor elementares Jod, Brom, eine
Jod- und/oder Bromverbindung sowie einen Poiydentat-Liganden mit Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut
als Donor-Atome enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
man in das Katalysatorsystem ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Uran,
Titan. Vanadium, Eisen, Nickel einführt.
Die neben Kobalt eingesetzten Metalle können in entsprechender Form zum Einsatz kommen, bevorzugt
in ionischer Form, z. B. als Acetylacetonat, Acetat, Formiat, Propionat, Jodid, Bromid, oder in Form ihrer
Carbonyle. Sic können aber auch z. B. als feinverteiltes
Metall oder auf einem Trägermaterial angewendet werden. Bezogen auf eingesetztes Methanoi werden
0,01 —IA bevorzugt 0,02—0,5 Gew.-% Kobalt und
0,01—4. bevorzugt 0,02—2 Gew.-% Zweitmetall eingesetzt.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Zusatz von Molybdän, Wolfram, Chrom und/oder Nickel erwiesen,
da in diesen Fällen der Anfall an unerwünschten Nebenprodukten niedrig liegt. Es kann von Vorteil sein,
mehrere Metalle aus der genannten Gruppe dem Katalysatorsystem zuzufügen. Die Bildung von Carbonyl-
bzw. Hydrocarbonylkomplexen in dem Reaktionsgemisch muß gewährleistet sein.
Als Promotor für die Umsetzung werden die üblichen Halogene eingesetzt, z. B. elementares Jod oder Brom
oder deren Verbindungen. Genannt seien Halogenwasserstoff, Kobalt- oder Alkalihalogenid, Alkyl- oder
Arylhalogenid oder auch Phosphoniumhalogenide. Auch Gemische dieser Stoffe können angewendet
werden. Dabei werden, bezogen auf eingesetztes Methanol, 0,1—3, vorzugsweise 0,2—1,5 Gew.-% Jod
bzw. Brom zugegeben.
Als Liganden können die für die Methanol-Homologisierung
bekannten Poiydentat-Liganden eingesetzt werden. Bevorzugt sind Bidentat-Verbindungen der
Formel
R1
R3
X [C(R5XR6)], Y
wobei die Donor-Atome X und Y Phosphor. Arsen. Antimon oder Wismut und R1, R2. R] und R4
monovalente organische Gruppen sind. R1" und R* sind
bevorzugt Wasserstoffatome, können aber ebenfalls monovalente organische Gruppen sein, η ist 1—8,
bevorzugt 2 — b. Die Gruppen können z. Ii. geradketiige
oder verzweigte, bevorzugt gesättigte Kohlenwasscrstoffgruppen
mit 1—20 ('-Atomen sein. Die Gruppen können aliphiitischcr oder cycloaliphalischer, abei auch
aromatischer Natur sein. Die Wasserstoffatome können /. B. durch organische Radikale ersetzt werden. Als
Beispiele seien genannt Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Dodecyl, Cyclohexyl, Benzyl, Phenyl, p-Ethylphenyl. Die
Gruppen können neben Kohlenstoff und Wasserstoff z. B. Sauerstoff, Schwefel oder Halogen enthalten. Die
Kohlenstoffbrücke zwischen den Donor-Atomen kann z. B. auch ringförmig sein, Heteroatome oder auch
ungesättigte Gruppen enthalten. Es können z. B. auch Tridentat-Liganden zum Einsatz kommen, deren Aufbau
dem des Bidentat entspricht. Die Liganden können auch eine verzweigte Struktur besitzen. Das molare
Verhältnis der Donor-Atome, z. B. Phosphor, zum zweiten Metall liegt bei 1 :0,1—5, bevorzugt 1 -.1—2.
Es können neben den Polydentat-Liganden gegebenenfalls auch z. B. Monophosphine eingesetzt werden.
Der Reaktionsdruck soll bei 100—450 bar, vorteilhaft 230—400 bar und insbesondere bei 250—350 bar liegen.
Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 150—390°C,
vorteilhaft 180—210cC. Die Verweilzeiten liegen im
allgemeinen zwischen 5 und 120 Minuten.
Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid beträgt vorteilhaft etwa 1 : I, es kann jedoch in weiten
Grenzen, z.B. 4:. , bis 1 :4, variiert werden. Da die Anwesenheit von kleinen !ncrt-Antcilcr,, wie COj, Nj,
CH4, bei der Umsetzung nicht stört, können übliche Synthesegasqualitäten zum Einsatz kommen. Das
Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Die Aufarbeitung der Produkte
erfolgt in üblicher Weise, z. B. destillafiv oder extraktiv.
Man kann gewünschtenfalls in Gegenwart von Zusätzen arbeiten. Als Beispiel seien genannt organische
Säuren und Säurederivate, wie Essigsäure, Methylacetat, Benzoesäure, Arylhalide, wie Chlorbenzol,
Ether, wie Diphenylether, Alkohole und Ketone, wie n-Propanol. Aceton, ferner nicht-polare Lösungsmittel,
wie Alkane, Benzol und alkylsubstituitrte Benzole.
Auch bei dem erfindungsgemaßi_Ti Katalysatorsystem
kann der an sich bekannte Zusatz von aL Hydrierkatalysatoren wirkenden Edelmetallen, insbesondere von
Ruthenium oder Osmium, oder z. B. von Iridium von Vorteil sein. Diese Metalle können z. B. auf Träger, wie
Aluminiumoxid, aufgebracht bzw. als Carbonyle oder Hydrocarbonyle eingesetzt werden. Dabei tritt neben
der Homologisierungsreaktion in erhöhtem Maß eine
ä Hydrierung von Acetaldehyd bzw. Acetat zu Ethanol ein, so daß die Möglichkeit gegeben ist, das Verhältnis
von Acetaldehyd zu Ethanol in breiten Grenzen zu steuern.
Der erfindungsgemäße Zusatz eines oder mehrerer der genannten Metalle zum Katalysatorsystem bewirkt
eine Steigerung des Umsaues und der Selektivität bei der Homologisierung gegenüber einem Arbeiten mit
Kobalt allein.
'η den Versuchen wurden jeweils 50 ml Methanol,
den;n 160mg Co (acetat)? · 4 HiO zugegeben waren,
nach Zusatz der Zweitmetall-Verbindungen, wäßriger Jodwasserstofflösung (57°/oig) und einem Liganden bei
200-2100C und 275-295 bar in Gegenwart eines Gasgemisches aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff
(Volumenverhältnis . : 1) in einem Autoklaven aus HastelloyC umgesetzt. Die Reaktionszeit lag, soweit
nichts anderes vei merkt ist, bei ca. 1 Stunde.
Die Metalle Wolfram und Molybdän wurden als Hexacarbonyle, Chrom, Vanadium und Eisen als
Triacetylacetonate, Titan als Diacetylacetonat, Nickel
und Uran als Acetate eingesetzt.
Ruthenium lag als Metall auf AIiOj aufgebracht vor.
Als Liganden wurden aenutzt:
A) Bis-(diphenylphosphino)-ethan
B) Bis-(diphenylphosphino)-butan
C) Bis-(diphenylarsino)-butan
Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen zusammengestellt. Die Selektivität
umfaßt jeweils auch die Acetaldehyd/Ethanol-Vorprodukte.
Tabelle 1 | Zweitmetall | mg | HJ-Lösung, | Ligand. | 510 |
Versuchs- | mg | mg | 510 | ||
Nr. | Wolfram | 675 | 286 | A | 510 |
1 | Wolfram | 675 | 572 | A | 255 |
2 | Wolfram | 225 | 286 | A | 385 |
3 | Molybdän | 338 | 286 | A | 255 |
4 | Molybdän | 338 | 286 | C | 270 |
5 | Chrom | 225 | 429 | A | 270 |
6 | Chrom | 450 | 429 | B | 255 |
7 | Nickel | 319 | 286 | B | 255 |
8 | Vanadium | 223 | 429 | A | 255 |
9 | Vanadium | 446 | 429 | Λ | 255 |
1(1 | Filmen | 270 | 286 | A | 255 |
11 | Titan | 168 | 286 | A | 255 |
12 | Uran | 276 | 429 | Λ | |
13 | Molybdän/Ruthenium | 169/75 | 429 | Λ | |
14 | |||||
ι Taüclle 2
» Versuchs- Umsatz, Gew.-% Selektivität, %
■ Nr. (bez. auf einge- Acetaldehyd
setztes Methanol) + Ethanol
i 1 68,2 87,7
69,2 89,5 77,5 72,2 77,0 65,3 69,1 67,4 61,2 82,9 64,6 59,1 63,7
1 | 68,2 |
2 | 80,4 |
3 | 65,1 |
4 | 73,0 |
5 | 73,4 |
6 | 78,5 |
7 | 76,9 |
8 | 73,0 |
9 | 76,3 |
10 | 75,8 |
il | 62,8 |
12 | 73,2 |
13 | 70,6 |
14 | 59,8 |
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyd und Ethanol durch Umsetzung von Methanol mit
Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei erhöhten Drücken und Temperaturen in Gegenwart eines
Katalysatorsystems, das Kobalt, als Promotor elementares ]od. Brom, eine Jod- und/oder Bromverbindung,
vorzugsweise Jodwasserstoff oder to Bromwasserstoff, sowie einen Poiydentat-Liganden
mit Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut als Donor-Atome, vorzugsweise Bisphosphine, enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in Gegenwart eines Katalysatorsystems
durchführt, das ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Uran, Titan,
Vanadium, Eisen, Nickel enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in Gegenwart eines
Katalysatorsystems durchführt, das zusätzlich Molybdän und/oder Wolfram und/oder Chrom und/
oder Nickei enthält .
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in Gegenwart
eines Katalysatorsystems durchführt, das außerdem noch Ruthenium, Osmium oder Iridium
enthält.
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