DE3710588A1 - Verfahren zur herstellung von ethanol - Google Patents

Verfahren zur herstellung von ethanol

Info

Publication number
DE3710588A1
DE3710588A1 DE19873710588 DE3710588A DE3710588A1 DE 3710588 A1 DE3710588 A1 DE 3710588A1 DE 19873710588 DE19873710588 DE 19873710588 DE 3710588 A DE3710588 A DE 3710588A DE 3710588 A1 DE3710588 A1 DE 3710588A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cobalt
ethanol
methanol
catalyst
complex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19873710588
Other languages
English (en)
Other versions
DE3710588C2 (de
Inventor
Nobuo Isogai
Akitomo Uda
Kazuo Tanaka
Motoyuki Hosokawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Publication of DE3710588A1 publication Critical patent/DE3710588A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3710588C2 publication Critical patent/DE3710588C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/24Phosphines, i.e. phosphorus bonded to only carbon atoms, or to both carbon and hydrogen atoms, including e.g. sp2-hybridised phosphorus compounds such as phosphabenzene, phosphole or anionic phospholide ligands
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1845Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing phosphorus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/24Phosphines, i.e. phosphorus bonded to only carbon atoms, or to both carbon and hydrogen atoms, including e.g. sp2-hybridised phosphorus compounds such as phosphabenzene, phosphole or anionic phospholide ligands
    • B01J31/2404Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, the phosphine-P atom being a ring member or a substituent on the ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/32Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring increasing the number of carbon atoms by reactions without formation of -OH groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
    • C07F15/06Cobalt compounds
    • C07F15/065Cobalt compounds without a metal-carbon linkage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/60Reduction reactions, e.g. hydrogenation
    • B01J2231/64Reductions in general of organic substrates, e.g. hydride reductions or hydrogenations
    • B01J2231/641Hydrogenation of organic substrates, i.e. H2 or H-transfer hydrogenations, e.g. Fischer-Tropsch processes
    • B01J2231/645Hydrogenation of organic substrates, i.e. H2 or H-transfer hydrogenations, e.g. Fischer-Tropsch processes of C=C or C-C triple bonds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/60Reduction reactions, e.g. hydrogenation
    • B01J2231/64Reductions in general of organic substrates, e.g. hydride reductions or hydrogenations
    • B01J2231/641Hydrogenation of organic substrates, i.e. H2 or H-transfer hydrogenations, e.g. Fischer-Tropsch processes
    • B01J2231/648Fischer-Tropsch-type reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/84Metals of the iron group
    • B01J2531/845Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1845Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing phosphorus
    • B01J31/1875Phosphinites (R2P(OR), their isomeric phosphine oxides (R3P=O) and RO-substitution derivatives thereof)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Her­ stellung von Ethanol aus Methanol, Kohlenmonoxid und Was­ serstoff, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol unter Verwendung eines aus einem Kobaltphosphin­ carbonylkomplex bestehenden Katalysators.
Verfahren zur Herstellung von Ethanol durch Umsetzung von Methanol, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart eines Kobalt und Phosphin enthaltenden Katalysators sind aus GB-A 20 36 739, US-A 44 24 383 und US-A 41 68 391, der GB-Patentanmeldung 39 054/1978, der US-Patentanmeldung 2 89 401/1981 und der JP-OS (Kokai) 56-25 121 bekannt.
Aus der GB-A 20 36 739 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol durch Umsetzen von Methanol, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel in Gegenwart eines Kobalt/Jod-Katalysators oder Brom/tert.- Phosphin-Katalysators bekannt. Aus der GB-Patentanmeldung 39 054/1978 und der JP-OS (Kokai) 56-25 121 ist die Ver­ wendung eines Multidentatliganden mit einem Element der Gruppe Va, z. B. Phosphor oder Arsen, als einschlägiger Katalysator bekannt. Aus der US-A 44 24 383 und der US- Patentanmeldung 2 89 405/1981 ist die Verwendung eines Multidentatliganden mit einem organischen Phosphin in einem Kobalt/Ruthenium/Jod-Katalysator bekannt.
Die US-A 41 68 391 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Methanol, Kohlenmonoxid und Wasserstoff unter Verwendung eines Kobaltcarbonylkatalysators unter Ausschluß von Jod und eines aus einer nicht-polaren Verbindung bestehenden Lösungsmittels oder eines aus einer inerten sauerstoffhaltigen Verbindung bestehenden Lösungsmittels.
Katalysatoren mit Kobalt und einem Phosphin erhält man durch einstufige Umsetzung. Wird Ethanol unter Verwen­ dung eines solchen Katalysators hergestellt, entsteht eine erhebliche Menge an Nebenprodukten, wie Dimethyl­ ether, Diethylether, Acetaldehyd, Dimethoxyethan, Essig­ säure, Ethylacetat, Ethylformiat und dergleichen. Die Folge davon ist, daß die Selektivität in bezug auf reines Ethanol gering und die Reaktionsgeschwindigkeit unzureichend ist.
Durch einstufige Umsetzung aus Kobalt und einem Phosphin hergestellte Katalysatoren umfassen die verschiedensten Komplexe. Einige dieser Komplexe eignen sich nicht zur Ethanolherstellung, indem sie nämlich nicht nur die Bildung von Nebenprodukten beschleunigen, sondern auch die Katalysatoraktivität und die Selektivität bezüglich Ethanol verschlechtern. Diese Nachteile lassen sich bei einstufiger Umsetzung nicht wesentlich vermeiden.
Im Rahmen von Untersuchungen im Hinblick auf eine Herstel­ lung von Ethanol unter Verwendung eines Kobalt und ein Phosphin enthaltenden Katalysators wurde gefunden, daß sich zu diesem Zweck bestimmte Kobaltphosphincarbonyl­ komplexkatalysatoren besonders gut eignen, da sie die Selektivität in bezug auf Ethanol und die Reaktionsge­ schwindigkeit beträchtlich verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Her­ stellung von Ethanol, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Methanol, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegen­ wart eines aus einem Kobaltphosphincarbonylkomplex der Formel:
Co(CO)3 · R1R2R3P · R4R5PO
worin R1, R2, R3, R4 und R5, die gleich oder verschieden sein können, jeweils für ein Wasserstoffatom oder einen gegebenenfalls N-, O-, S- und/oder halogensubstituierten C1- bis C20-Alkyl-, C3- bis C20-Cycloalkyl- oder Arylrest stehen,
bestehenden Katalysators umsetzt.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren erhält man durch Binden eines R1R2R3P-Liganden und R4R5P(O)-Liganden an Kobaltcarbonyl. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren handelt es sich um neue Katalysatoren.
Die Struktur der Katalysatoren wird durch Bestimmung von 1H, 12C, 17O, 31P, durch Kernresonanzspektralanalyse, durch Infrarotspektralanalyse, durch Bestimmung des Massen­ spektrums, durch Molekulargewichtsbestimmung, durch Elementaranalyse und dergleichen bestätigt. Besitzen die Reste R1-R5 ein hohes Molekulargewicht, bereitet die Komplexherstellung Schwierigkeiten.
Herstellung des Katalysators
Zunächst wird ein Kobaltphosphincarbonylkomplex herge­ stellt. Zu diesem Zweck werden eine Kobaltverbindung und eine Phosphinverbindung in einem Lösungsmittel unter einem Gasgemisch (Synthesegas) aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei einem Druck von 0-49 050, vorzugsweise 4 905 - 29 430 kPa, auf eine Temperatur von 100-300°C, vorzugs­ weise 150-250°C, erhitzt.
Beispiele für geeignete Kobaltverbindungen sind Kobalt­ carbonyl, wie Dikobaltoctacarbonyl, und Kobalthydridtetra­ carbonyl, anorganische Kobaltverbindungen, wie Kobalthydro­ xid, basisches Kobaltcarbonat und Kobalthalogenide, or­ ganische Kobaltverbindungen, z. B. die Kobaltsalze organischer Säuren, Kobaltcene und Kobaltacetylacetonat, sowie sonstige Kobaltverbindungen, die im Reaktionssystem Kobalt­ carbonyl zu bilden vermögen.
Beispiele für geeignete Phosphine sind Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylphosphine, wie Triethyl-, Tri-n-propyl-, Tri-n- butyl-, Tri-tert.-butyl-, Triphenyl- und Tricyclohexyl­ phosphin, Bis-(1,4-diphenylphosphino)-butan und Bis-(1,6- diphenylphosphino)-hexan. Als Phosphinverbindungen eignen sich auch N, O, S und/oder Halogene enthaltende Verbin­ dungen, wie Trisdimethylaminophosphin, Tris-p-methoxy­ phenylphosphin, Tetramethylbisphosphindisulfid und Tris-p- chlorphenylphosphin.
Das Verhältnis von Kobaltcarbonyl zu Phosphin spielt bei der Herstellung des Kobaltcarbonylphosphinkomplexes eine wesentliche Rolle. Das Verhältnis von Kobaltcarbonyl zu Phosphin (ausgedrückt als Atomverhältnis Kobalt/Phosphor) beträgt zweckmäßigerweise 1 : 1 bis 10 : 1, vorzugsweise 1 : 1 bis 5 : 1. Liegt das Verhältnis unter 1 : 1 sinkt die Ausbeute an dem Komplex. Beträgt das Verhältnis mehr als 10 : 1, ist die Bildungsgeschwindigkeit des Komplexes gering.
Die Herstellung des Komplexes kann in einem inerten Lö­ sungsmittel durchgeführt werden. Geeignete inerte Lösungs­ mittel sind Kohlenwasserstoffe, Ether und Ester. Beispiele für solche Kohlenwasserstoffe sind aromatische Kohlenwasser­ stoffe, wie Benzol, Toluol und Xylol, aliphatische Kohlen­ wasserstoffe, wie Hexan und Octan, und alicyclische Kohlen­ wasserstoffe, wie Cyclohexan. Geeignete Ether sind bei­ spielsweise Dimethylether, Diisopropylether, Dioxan und Tetrahydrofuran. Geeignete Ester sind beispielsweise Methylacetat und Ethylacetat. Die Menge an verwendetem Lösungsmittel beträgt pro 1 g Atom Kobalt zweckmäßigerweise 0,1-300, vorzugsweise 1-50 Mol.
Der bei der Herstellung angewandte Druck kann von 0-49 050 kPa reichen. Ein Druck von 0 kPa bedeutet Abwesenheit von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, d. h. der Kobaltkomplex ent­ steht in Abwesenheit von Kohlenmonoxid und Wasserstoff. In Abwesenheit von CO und H2 ist jedoch die Ausbeute an dem Kobaltkomplex niedrig. Ein Druck über 49 050 kPa ist unpraktisch. Bevorzugt werden Drucke im Bereich von 4 905-29 430 kPa.
Das Molverhältnis CO zu H2 beträgt zweckmäßigerweise 10 : 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 5 : 1 bis 1 : 5. Das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff können Argon, Stickstoff, Kohlendioxid, Methan und Ethan, die gegenüber der Umsetzung inert sind, enthalten. Wenn das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff solche Gase enthalten, sollte der gemeinsame Partialdruck von CO und H2 innerhalb des angegebenen Bereichs liegen.
Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von 100-300°C, vorzugsweise 150-250°C, liegen. Beträgt die Reaktions­ temperatur weniger als 100°C, sinkt die Reaktionsgeschwindig­ keit. Bei einer Reaktionstemperatur über 300°C sinkt die Ausbeute an dem Komplex.
Der Kobaltkomplex läßt sich aus dem Reaktionsgemisch durch Gelchromatographie rein darstellen.
Vorzugsweise sollten die in der chromatographischen Säule enthaltenden porösen Kunstharze eine große Oberfläche auf­ weisen.
Die Größe der Kunstharzteilchen ist nicht kritisch. Ferner sollten die Kunstharze eine hervorragende mechanische Festigkeit und eine besonders hohe Abriebfestigkeit auf­ weisen.
Beispiele für auf großtechnischem Wege preisgünstig her­ stellbare nicht-polare oder polare, poröse Kunstharze zur Verwendung in der chromatographischen Säule sind nicht-polare Harze, wie Styrol/Divinylbenzol-Mischpoly­ merisate, und polare Harze, wie Polyacrylharze, Poly­ sulfoxide und Polyamide. Zur Verwendung in der chromato­ graphischen Säule geeignete Eluiermittel sind beispiels­ weise Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, Aceton, Methylethylketon, Isopropylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Ethylacetat, Benzol, Toluol, Hexan, Petrolether, Petrol­ benzin, Isopentan, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Dimethylformamid, Methyl-tert.-butylether und Wasser. Es können auch Mischungen aus den genannten nicht-polaren und polaren Lösungsmitteln verwendet werden.
Wird ein nicht-polares, poröses Kunstharz, z. B. ein Styrol/Divinylbenzol-Mischpolymerisat, verwendet, werden die katalytischen Komponenten aus einem polaren Lösungs­ mittel, wie Methanol, adsorbiert. Daran anschließend werden die restlichen Komponenten mit Hilfe eines durch Zusatz von Aceton zu Methanol zur Verringerung seiner Polarität erhaltenen Lösungsmittelgemischs eluiert. Wird ein polares poröses Kunstharz, z. B. ein Acrylsäureester­ polymerisat, verwendet, wird als Eluiermittel ein nicht-polares Lösungsmittel, wie Hexan, verwendet.
Nach beendetem Eluieren wird die Säule durch Waschen mit einem die katalytischen Komponenten lösenden Lösungsmittel regeneriert. Relativ nicht-polare organische Lösungsmittel, wie Aceton, Isopropylether, Benzol und dergleichen, werden bevorzugt.
Bevorzugte Ausgestaltung der chromatographischen Säule
Als poröses Harz wird ein nicht-polares Kunstharz verwen­ det. Als Eluiermittel wird ein polares Lösungsmittel, wie Wasser, ein Alkohol, ein Keton, Dimethylsulfoxid, Dimethyl­ formamid, Acetonitril und dergleichen, verwendet. Bevorzugt werden Lösungsmittelgemische aus einem C1- bis C5-Alkohol und einem C3- bis C6-Keton oder Lösungsmittelgemische aus einem der Alkohole oder Ketone und einem sonstigen Lösungs­ mittel, z. B. Gemische aus Methanol und Wasser, Methanol und Aceton, Methanol und n-Hexan oder Aceton und Wasser.
Der erfindungsgemäße Kobaltphosphincarbonylkomplex der Formel
[Co(CO)3 · R1R2R3PO]
eignet sich ohne Cokatalysator als Katalysator zur Herstellung von Ethanol. Gegebenen­ falls kann der Komplex jedoch mindestens einen der folgen­ den Bestandteile: Halogene, Ruthenium, Eisen, Nickel, Mangan, Rhenium, Platin, Palladium u. dgl., enthalten. Die Mengen an in dem Komplex tolerierbaren Halogenen oder Metallverbindungen beträgt 0,001-2 g Atom pro 1 g Atom Kobalt, ausgedrückt als Halogenatom oder Metallatom. Ferner kann der Komplex auch eine organische Säure, z. B. eine aromatische Carbonsäure oder eine anorganische Säure, z. B. Schwefelsäure, eine Sulfonsäure, Selensäure u. dgl., enthalten.
Bedingungen für die Umsetzung von Methanol, Kohlenmonoxid und Wasserstoff
Das Molverhältnis Kohlenmonoxid zu Wasserstoff beträgt zweckmäßigerweise 5 : 1 bis 1 : 5, vorzugsweise 3 : 1 bis 1 : 3.
Der Reaktionsdruck kann über 4 905 kPa, vorzugsweise im Be­ reich von 9 810-49 050 kPa, liegen. Die Reaktionstempera­ tur beträgt zweckmäßigerweise 180-280°C, vorzugsweise 200-250°C.
Obwohl die Reaktion auch bei einer Temperatur unterhalb von 180°C abläuft, ist die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig. Bei einer Temperatur oberhalb von 280°C bilden sich Neben­ produkte.
Die verwendete Menge an Katalysator beträgt (bezogen auf das Kobaltatom) zweckmäßigerweise 1-300, vorzugsweise 5-100 mg/1 Mol Methanol. Obwohl die Umsetzung auch bei einer Katalysatormenge unter 1 mg abläuft, ist die Reak­ tionsgeschwindigkeit niedrig. Eine Katalysatormenge über 300 mg erhöht lediglich die Kosten.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in Abwesenheit jeglicher Lösungsmittel durchführen.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auch in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden kann, arbeitet man vorzugsweise in Gegenwart eines die Reaktion nicht be­ einträchtigenden Lösungsmittels.
Lösungsmittel, die gegenüber dem Reaktionssystem inert sind, sind Kohlenwasserstoffe und Ether. Beispiele für verwend­ bare Kohlenwasserstofflösungsmittel sind aromatische Kohlen­ wasserstoffe, wie Toluol, Benzol und Xylol, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan und Octan, und alicyclische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan. Verwendbare Ether sind beispielsweise Diethylether, Dioxan, Tetrahydrofuran und dergleichen.
Die Menge an verwendetem Lösungsmittel beträgt zweckmäßiger­ weise 0-5, vorzugsweise 0-2 Mol/1 Mol Methanol. Bei Verwendung von mehr Lösungsmittel (als der angegebenen Obergrenze) sinkt die Raum/Zeit-Ausbeute an Ethanol (was unpraktisch ist).
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich entweder chargen­ weise oder kontinuierlich durchführen.
Bei den einschlägigen Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß sich Kobaltphosphincarbonylkatalysatoren der Formel
[Co(CO)3 · R1R2R3P · R4R5PO]
in höchst wirksamer Weise zur Her­ stellung von Ethanol aus Methanol, Kohlenmonoxid und Wasser­ stoff eignen. Das aus dem Reaktionsgemisch abgetrennte Kobaltphosphincarbonyl zeigt eine hohe katalytische Aktivi­ tät und eine hohe Ethanolselektivität. Die erfindungsge­ mäßen Katalysatoren sind von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Bei dem jeweiligen Komplex handelt es sich um eine neue Verbindung.
Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zu der bekannten ein­ stufigen Katalysatorherstellung, bei der die verschieden­ sten Komplexe anfallen, lediglich ein wirksamer Kobalt­ carbonylkomplex durch Gelchromatographie abgetrennt. Da­ durch lassen sich die Nachteile der bekannten einstufigen Herstellung vermeiden. Der durch Gelchromatograpie abge­ trennte erfindungsgemäße Komplex zeigt eine hohe katalyti­ sche Aktivität und Ethanolselektivität. Darüber hinaus läßt sich ein wirksamer Komplexkatalysator aus der gebrauch­ ten katalytischen Lösung durch Gelchromatographie rückge­ winnen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf korrodie­ rende Halogenverbindungen oder sonstige Metallverbindungen verzichten. Darüber hinaus lassen sich erfindungsgemäß eine hohe Raum/Zeit-Ausbeute an Ethanol und eine hohe Selektivität im Hinblick auf Ethanol sicherstellen.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. In den folgenden Bei­ spielen und Vergleichsbeispielen werden die Methanol­ reaktionsfähigkeit, Ethanolselektivität und Selektivität im Hinblick auf realisierbares Ethanol nach folgenden Gleichungen bestimmt:
Beispiel 1 1. Herstellung der katalytischen Lösung und Aktivierungs­ behandlung derselben
Ein 500 ml fassender und mit einem Rührwerk ausgestatteter Autoklav aus rostfreiem Stahl wird mit 100 g Benzol, 15,2 g basischen Kobaltcarbonats [2CoCO3 · 3 Co(OH)2 · H2O] (0,117 g Atom Co) und 47,3 g (0,234 Mol) Tri-n-butylphosphin be­ schickt und dann geschlossen. Durch Einleiten eines Gas­ gemischs aus H2 und CO (Molverhältnis: 1 : 1) wird der Autoklav unter einen Druck von 19 642 kPa gesetzt. Die Aktivierung erfolgte während 1,5 h bei 230°C. Danach wird der Autoklaveninhalt abgekühlt. Das im Autoklaven ver­ bliebene Gas wird abgelassen.
2. Abtrennung des wirksamen Komplexes
Das Gemisch wird aus dem Autoklaven abgelassen und in einen Rotationsverdampfer gefüllt. Mit dessen Hilfe wird aus dem Reaktionsgemisch unter Stickstoffatmosphäre bei 60°C unter einem Druck von 7 980 kPa das Lösungsmittel Benzol entfernt, wobei eine viskose Lösung erhalten wird. 70 g derselben werden in 0,5 l Methanol gelöst.
In eine Glassäule eines Durchmessers von 65 mm und einer Länge von 900 mm werden 1,5 l eines handelsüblichen nicht-polaren porösen Kunstharzes in Methanol gefüllt. Danach wird durch die Säule eine ausreichende Menge Methanol und anschließend eine Lösung des in Stufe (1) erhaltenen Komplexes in Methanol laufengelassen. Auf dem Harz läßt sich ein gelbes bis oranges Gel feststellen. Dies zeigt, daß wirksame Komponenten selektiv auf dem Harz adsorbiert wurden. Beim Hindurchleiten eines Lösungsmittelgemischs aus Methanol und Aceton (Volumenverhältnis: 1 : 1) werden die wirksamen Komponenten eluiert. Die hierbei angefallene Lösung (2 l) wird konzentriert und zur Trockene eingeengt, wobei ein wirksamer fester Katalysator erhalten wird. Durch Bestimmung von 1H, 12C, 17O, 31P, durch Kernresonanz­ spektralanalyse, durch Infrarotspektralanalyse, durch Be­ stimmung des Massenspektrums, durch Elementaranalyse u. dgl. wird bestätigt, daß der Komplex die Formel:
Co(CO)3 · (n-C4H9)3P · (n-C4H9)2PO
besitzt.
3. Bestimmung der Katalysatoraktivität
Ein 100-ml-Schüttelautoklav aus rostfreiem Stahl wird mit 5,9 g (0,0117 Mol) des Komplexkatalysators aus Stufe (2), 10 g (0,3121 Mol) Methanol und 10 g Benzol beschickt. Danach wird in den Autoklav so lange ein Gasgemisch aus H2 und CO (Molverhältnis: 1 : 1) eingespeist, bis ein Reaktordruck von 19 620 kPa erreicht ist. Nachdem das Gemisch 15 min lang auf eine Temperatur von 230°C erhitzt worden war, wird der Autoklav abgekühlt. Das im Autoklaven verbliebene Gas wird in die Atmosphäre abgelassen. Eine gaschromatographi­ sche Analyse (interne Standardmethode) zeigt, daß die Methanolreaktivität 43,2% und die Selektivität im Hinblick auf reines Ethanol 91,3% beträgt. Die Analyse zeigt ferner, daß im Reaktionsprodukt Nebenprodukte, wie Acetaldehyd, Dimethoxyethan, Methylethylether, Methylacetat, Propanol u. dgl., enthalten sind.
Entsprechend beträgt die Selektivität bezüglich realisier­ barem Ethanol 93,8%.
Beispiel 2
Die Maßnahmen der Stufe (1) und (2) von Beispiel 1 werden wiederholt, wobei jedoch anstelle von Tri-n-butylphosphin Tri-n-propylphosphin reagieren gelassen wird. Der gebildete Komplex besitzt die chemische Formel
Co(CO)3 · (n-C3H7)3P · (n-C3H7)2PO.
3. Ein 100 ml fassender Schüttelautoklav aus rostfreiem Stahl wird mit 5,2 g (0,0117 Mol) des Komplexkatalysators der vorhergehenden Stufen, 10 g (0,3121 Mol) Methanol und 10 g Benzol beschickt. Danach wird in den Autoklaven so lange ein Gasgemisch aus H2 und CO (Molverhältnis: 1 : 1) eingeleitet, bis der Reaktordruck 19 260 kPa beträgt. Schließlich wird das Reaktionsgemisch 15 min lang auf 230°C erhitzt. Nach dem Abkühlen des Autoklaven wird das im Auto­ klaven verbliebene Gas in die Atmosphäre abgelassen. Eine gaschromatographische Analyse (interne Standardmethode) zeigt, daß die Methanolreaktivität 34,0% und die Selektivi­ tät in bezug auf reines oder blankes Ethanol 85,2% beträgt. Die Analyse zeigt ferner, daß im Reaktionsprodukt Neben­ produkte, wie Acetaldehyd, Dimethoxyethan, Methylethyl­ ether, Methylacetat, Propanol u. dgl., enthalten sind.
Entsprechend beträgt die Selektivität in bezug auf realisier­ bares Ethanol 90,4%.
Vergleichsbeispiel 1
Die katalytische Lösung von Stufe (1) gemäß Beispiel 1 wird in Stufe (3) eingesetzt, ohne daß vorher eine chromato­ graphische Trennung stattgefunden hat. Danach werden die Maßnahmen der Stufe (3) von Beispiel 1 wiederholt, wobei jedoch die Reaktionsdauer 1,5 h beträgt. Die Ergebnisse sind folgende:
Methanolreaktivität:25,3% Selektivität in bezug auf reines Ethanol:80,2% Selektivität in bezug auf realisierbares Ethanol:85,0%
Die Reaktionsgeschwindigkeit in Beispiel 1 beträgt das 10fache der Reaktionsgeschwindigkeit des Vergleichsbeispiels 1. Die Selektivität in bezug auf realisierbares Ethanol ist in Bei­ spiel 1 etwa 8% höher als in Vergleichsbeispiel 1.
Vergleichsbeispiel 2
Die katalytische Lösung der Stufe (1) von Beispiel 2 wird in Stufe (3) eingesetzt, ohne daß eine chromatographische Trennung erfolgt. Danach werden die Maßnahmen von Stufe (3) des Beispiels 2 wiederholt, wobei jedoch die Reaktionsdauer 1,5 h beträgt. Die erreichten Ergebnisse sind folgende:
Methanolreaktivität:26,4% Selektivität bezüglich reinem Ethanol:73,1% Selektivität in bezug auf realisierbares Ethanol:76,0%
Die Reaktionsgeschwindigkeit in Beispiel 2 ist 8mal größer als diejenige von Vergleichsbeispiel 2. Die Selektivität in bezug auf realisierbares Ethanol ist in Beispiel 2 etwa 14% höher als in Vergleichsbeispiel 2.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Ethanol, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Methanol, Kohlenmonoxid und Wasser­ stoff in Gegenwart eines aus einem Kobaltphosphin­ carbonylkomplex der Formel: Co(CO)3 · R1R2R3P · R4R5POworin R1, R2, R3, R4 und R5, die gleich oder verschie­ den sein können, jeweils für ein Wasserstoffatom oder einen gegebenenfalls N-, O-, S- und/oder halogen­ substituierten C1- bis C20-Alkyl-, C3- bis C20-Cyclo­ alkyl- oder Arylrest stehen,
bestehenden Katalysators umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator Co(CO)3 · (n-C4H9)3P · (n-C4H9)2POverwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator Co(CO)3 · (n-C3H7)3P · (n-C3H7)2POverwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator durch Umsetzen einer Kobaltverbin­ dung mit einem Phosphin und anschließende chromato­ graphische Abtrennung der gewünschten Komponente aus dem Reaktionsgemisch herstellt.
DE19873710588 1986-12-10 1987-03-31 Verfahren zur herstellung von ethanol Granted DE3710588A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61292425A JPS63145242A (ja) 1986-12-10 1986-12-10 エタノ−ルの製造法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3710588A1 true DE3710588A1 (de) 1988-06-23
DE3710588C2 DE3710588C2 (de) 1991-05-02

Family

ID=17781619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19873710588 Granted DE3710588A1 (de) 1986-12-10 1987-03-31 Verfahren zur herstellung von ethanol

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4760171A (de)
JP (1) JPS63145242A (de)
CA (1) CA1261884A (de)
DE (1) DE3710588A1 (de)
GB (1) GB2198437B (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH032211U (de) * 1989-05-29 1991-01-10
US5041574A (en) * 1990-08-09 1991-08-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for the preparation of phosphine containing cobalt carbonyl complexes
US8541633B2 (en) 2010-02-02 2013-09-24 Celanese International Corporation Processes for producing anhydrous ethanol compositions
US8668750B2 (en) 2010-02-02 2014-03-11 Celanese International Corporation Denatured fuel ethanol compositions for blending with gasoline or diesel fuel for use as motor fuels
US8460405B2 (en) * 2010-02-02 2013-06-11 Celanese International Corporation Ethanol compositions
US8932372B2 (en) 2010-02-02 2015-01-13 Celanese International Corporation Integrated process for producing alcohols from a mixed acid feed
US8728179B2 (en) 2010-02-02 2014-05-20 Celanese International Corporation Ethanol compositions
US8747492B2 (en) 2010-02-02 2014-06-10 Celanese International Corporation Ethanol/fuel blends for use as motor fuels
US8858659B2 (en) 2010-02-02 2014-10-14 Celanese International Corporation Processes for producing denatured ethanol
US9024086B2 (en) 2012-01-06 2015-05-05 Celanese International Corporation Hydrogenation catalysts with acidic sites
US8981164B2 (en) 2012-01-06 2015-03-17 Celanese International Corporation Cobalt and tin hydrogenation catalysts
MX2014008252A (es) 2012-01-06 2014-08-08 Celanese Int Corp Catalizadores de hidrogenacion.
US9050585B2 (en) 2012-02-10 2015-06-09 Celanese International Corporation Chemisorption of ethyl acetate during hydrogenation of acetic acid to ethanol
US8772553B2 (en) 2012-10-26 2014-07-08 Celanese International Corporation Hydrogenation reaction conditions for producing ethanol
US8926718B2 (en) 2013-03-15 2015-01-06 Celanese International Corporation Thermochemically produced ethanol compositions

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423257A (en) * 1981-09-07 1983-12-27 Seiichi Ishizaka, President Of Agency Of Industrial Science And Technology Process for producing ethanol

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5156140A (ja) * 1974-11-12 1976-05-17 Nippon Telegraph & Telephone Maikuropuroguramuseigyomemorino seigyohoshiki
US4190729A (en) * 1977-09-19 1980-02-26 Monsanto Company Carbonylation process with stabilized catalyst
US4168391A (en) * 1977-12-05 1979-09-18 Celanese Corporation Production of ethanol from methanol
JPS55935A (en) * 1978-06-20 1980-01-07 Fujitsu Ltd Signal synchronization system
CA1133513A (en) * 1978-10-03 1982-10-12 David G. Stewart Process for the production of ethanol and/or acetaldehyde by reacting methanol with synthesis gas
GB2036739B (en) * 1978-11-21 1983-02-09 British Petroleum Co Use of group viii metals as co-cata-lysts in the homologation of methanol
DE3042434A1 (de) * 1980-11-11 1982-05-19 Ruhrchemie Ag, 4200 Oberhausen Verfahren zur herstellung von ethanol und n-propanol aus methanol

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423257A (en) * 1981-09-07 1983-12-27 Seiichi Ishizaka, President Of Agency Of Industrial Science And Technology Process for producing ethanol

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patents Abstracts Japan C-401, 04.02.1987, Vol. 11, No. 38 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2198437B (en) 1991-03-27
CA1261884A (en) 1989-09-26
JPS642575B2 (de) 1989-01-18
GB2198437A (en) 1988-06-15
GB8707602D0 (en) 1987-05-07
DE3710588C2 (de) 1991-05-02
JPS63145242A (ja) 1988-06-17
US4760171A (en) 1988-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3710588C2 (de)
EP0672674B1 (de) Sulfonierte Phenylphosphane enthaltende Komplexverbindungen
DE2727245C3 (de) Polymergebundene CyclopentadienylÜbergangsmetall-Verbindungen und ihre Ligand-Substitutions-Derivate, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Katalysatoren
DE2332167B2 (de) Silylhydrocarbylphosphin-Übergangsmetallkomplexe, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DD154483A5 (de) Verfahren zur herstellung von aethanol aus methanol
DE3208061C2 (de) Verfahren zur Gewinnung von Edelmetallen aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente aus den bei edelmetallkatalysierten Carbonylierungsreaktionen anfallenden Rückständen
DE2930280A1 (de) Verfahren zur herstellung von aliphatischen carbonsaeuren und deren estern
DE2437133A1 (de) Verfahren zur carboxylierung von alkoholen in heterogener phase
DE2538364A1 (de) Verfahren zur herstellung von butandiolen
DE3208058A1 (de) Verfahren zur gewinnung von edelmetallen aus der gruppe viii des periodensystems der elemente, die an bei edelmetallkatalysierten carbonylierungsreaktionen anfallende rueckstaende gebunden sind
DE2336342A1 (de) Verfahren zur herstellung und verwendung von fixierten uebergangsmetall-katalysatoren
DE1542231A1 (de) Katalysatorsystem zur Polymerisation von ungesaettigten Verbindungen
DE2633959A1 (de) Photochemische herstellung von olefinadditionskatalysatoren
EP0635515B1 (de) Metall-Fulleren-Interkalationsverbindungen, Verfahren zur Herstellung und Anwendung als Katalysatoren
WO2015003680A1 (de) Abwasseraufbereitung und wasserstoffproduktion
DE2554524C3 (de) Rhodiumhaitiger Katalysator und dessen Verwendung zur Hydrierung von e-Deoxy-e-demethyl-e-methylen-S-oxYtetracyclin
DE3714274A1 (de) Verfahren zur direkten carbonylierung von kohlenwasserstoffen
DE3018976A1 (de) Neue fischer-tropsch-katalysatoren
DE19983354C2 (de) Verfahren zur Hydroformylierung
Brunet et al. Ligand substitution processes on carbonylmetal derivatives. 1. Reaction of tetracarbonylhydridoferrates with phosphines
EP0761634B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Pentenalen
DE3134747C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Äthanol
EP0084833A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Ethanol und n-Propanol aus Methanol und Synthesegas
DE3243386A1 (de) Verfahren zur herstellung von aethylenglykol und niederen einwertigen alkoholen
DE19903925A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Styrolderivates

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee