TW202110782A - 由烴生產醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種藉由氫化酯製備醇的方法，該酯藉由羰基化至少一個多鍵，較佳具有至少一個烯烴雙鍵的C2到C20烴獲得，其中所用的均相催化劑系統藉由膜分離而與產物混合物分離。在本發明的進展中，由此形成的酯藉由轉酯化反應轉化為另一種酯，並接著氫化。

Description

由烴生產醇的方法
本發明涉及一種藉由氫化酯製備醇的方法，該酯藉由羰基化至少一個多鍵，較佳具有至少一個烯烴雙鍵的C2到C16烴獲得，其中所用的均相催化劑系統藉由膜分離而與液體產物混合物分離。在本發明的進展中，由此形成的酯藉由轉酯化反應轉化為另一種酯，並接著氫化。
大規模工業化學中醇的製造主要是藉由氫甲醯化製醛，接著將醛氫化為醇實現。儘管數十年來藉由氫甲醯化及隨後的氫化製造醇已為工業上確立並被證明的方法，但仍有改進的潛力。此合成路線的一個問題是氫甲醯化中的壓力及溫度通常較高，因此對所用的設備有較高的技術要求。設備最終必須能承受壓力及溫度。
藉由氫甲醯化及隨後的氫化製造醇的另一個根本問題是作為中間體形成的醛的高反應性。醛具有很高的反應性，且在發生預期的氫化之前進行反應而形成多餘的副產物。這些多餘的副產物大部分是高沸點物質，必須將其費力地從反應混合物中分離出並進行處理。此外，高沸物的形成總意味著損失了不再能轉化為所需醇的醛。這降低了整個方法的選擇性。
因此，本發明的目的是提供一種製備醇的替代合成路線，其中在羰基化中需要較低的設備複雜性。另一個重要的目的是製造過程可在大工業規模上進行。其核心是以另一種合成技術代替傳統的合成，該技術可提供質量更高的傳統氫甲醯化產物。另外，待建立的新合成路線應產生較低程度的多餘副產物。
US 2009/012323 A1描述了類似的合成方法。然而此處的問題是在製備酯之後要立即進行蒸餾，以從產物混合物中分離酯。顯然地，此處會將含催化劑的產物混合物進行蒸餾。然而，此種熱處理的結果可能是使催化劑去活化或甚至分離出來而因此不再能用。特別是在通常使用的過渡金屬的情況下，這與高成本有關，這是因為必須替換從反應器中除去的那些金屬。因此，另一個潛在的目的是藉由降低複雜性及成本改進已知方法。
此目的藉由兩步法實現，其中在第一步中，具有至少一個多鍵的烴與一氧化碳及醇進行羰基化反應以形成酯，且在第二步中，該酯與氫氣進行氫化以形成預期的目標醇。在此方法的第二步中，會再次釋放最初使用的某些醇。
根據本發明，製備目標醇的方法包含以下步驟： a）在含有至少一種元素週期表第8至10族金屬或其化合物、含磷配體及酸的均相催化劑系統存在下，在反應區中藉由使具有至少一個多鍵的C2至C16烴與一氧化碳和醇A反應（羰基化）製備酯，以獲得液體產物混合物，該醇A是具有1至50個碳原子的一元醇或多元醇（兩個或更多個OH基）或為兩種或更多種一元醇及/或多元醇的混合物，且醇A以對C2至C16烴（醇:C2至C16烴）的莫耳比2至20使用； b）實施膜分離以從該液體產物混合物中分離該均相催化劑系統，其使該均相催化劑系統以及另外未轉化的烴及/或未轉化的醇A在滲餘物中濃化，且使步驟a)中形成的該酯在滲透物中濃化，其中所用的該膜材料為酸穩定的OSN（有機溶劑奈米過濾）膜材料，即在該催化劑系統的該酸存在下穩定至少300小時，且其具有至少一個分離活性層，且其中該滲餘物返回到步驟a）中的該反應區且該滲透物被送到隨後的步驟c）； c）在選自熱分離（例如蒸餾）、萃取、結晶及膜分離的至少一個分離方法步驟中，從該滲透物中分離步驟a）中形成的該酯； d）在氫化區中在該非均相催化劑系統的存在下，以氫氣將步驟c）中分離出的該酯氫化，以獲得至少包含該目標醇、被去除的該醇A及未轉化的該酯的醇混合物； e）在選自熱分離（例如蒸餾）、萃取、結晶及膜分離的至少一個分離方法步驟中，分離步驟d）中形成的該目標醇。
步驟a）的反應中使用的烴必須具有至少一個多鍵。較佳具有至少一個烯烴雙鍵的烴，且特別較佳具有一個烯烴雙鍵的烴。原則上對具有至少一個多鍵，較佳至少一個烯烴雙鍵的化合物中的碳原子數沒有限制。然而，只有具有至少一個多鍵，較佳至少一個烯烴雙鍵的C2至C20烴的羰基化是工業相關的。在本發明的一個較佳具體實例中，可使用具有至少一個多鍵，較佳至少一個烯屬雙鍵的C3至C16烴，更佳C4至C12烴。這些尤其包括具有2至20個碳原子，較佳3至16個碳原子，更佳4至12個碳原子的正烯烴、異烯烴、環烯烴及芳香烯烴。
除了至少一個烯烴雙鍵以外，上述的烴還可含有一或多個其他的官能基。合適的官能基的實例是羧基、硫代羧基、磺基、亞磺醯基、羧酸酐、醯亞胺、羧酸酯、磺酸酯、胺甲醯基、胺磺醯基、氰基、羰基、硫代羰基、羥基、硫氫基、胺基、醚、硫醚、芳基、雜芳基或矽基及/或鹵素取代基。
在根據本發明的方法的步驟a）中所用的特別較佳的烴僅具有一個烯烴雙鍵，特別是具有2至20個碳原子，較佳3至16個碳原子，更佳4至12個碳原子的正烯烴及異烯烴。所用的烴較佳是未經取代的。
根據本發明，所用的及上述具有烯烴雙鍵的烴在步驟a）中與一氧化碳（CO）及醇反應以形成相應的酯。一氧化碳可直接作為進料混合物提供，或可藉由添加選自合成氣、水煤氣、發生爐煤氣的及其他含一氧化碳的氣體的含一氧化碳的氣體提供。也可首先藉由本領域技術人員已知的方式將含一氧化碳的氣體分離成其組分並將一氧化碳通入反應區中提供一氧化碳。一氧化碳仍可能含有一定比例的氫氣或其他氣體，這是因為幾乎不可能完全分離。
步驟a）的反應中所用的醇是具有1至50個碳原子，較佳1至15個碳原子，更佳1至10個碳原子的一元醇或多元醇（兩個或更多個OH基），兩種或更多種一元醇及/或多元醇的混合物。在一個較佳的具體實例中，多元醇是具有上述碳原子數的二醇、三醇或四醇，較佳是二醇或三醇。步驟a）中用於反應的合適的醇是甲醇、乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、2-丙醇、三級丁醇、3-戊醇、2-丙基庚醇、環己醇、苯酚或其混合物。
當步驟a）中所用的醇為一元醇時，其以對所用烴（一元醇:烴）的莫耳比為2至20，較佳為3至10，且更佳為4至6使用。因此，一元醇以所用烴的莫耳過量加入。因此，醇可既用作羰基化的反應物又可用作溶劑。當步驟a）中所用的醇為多元醇時，其以對所用烴（烴:多元醇）的莫耳比為2至20，較佳為3至10，且更佳為4至8使用。因此，多元醇以所用烴的莫耳不足量加入。
步驟a）中的根據本發明的反應是在均相催化劑系統的存在下進行。均相催化劑系統較佳包含至少一種元素週期表（PTE）第8至10族金屬或其化合物、含磷配體及作為助催化劑的酸。
PTE的第8至10族金屬較佳為鈀。鈀較佳以前驅物化合物的形式使用，作為由含磷配體配位的鈀化合物。可用作前驅物化合物的鈀化合物的實例為氯化鈀[PdCl2 ]、乙醯丙酮鈀（II）[Pd(acac)2 ]、乙酸鈀（II）[Pd(OAc)2 ]、二氯(1,5-環辛二烯)鈀（II）[Pd(cod)2 Cl2 ]、雙(二亞芐基丙酮)鈀（0）[Pd(dba)2 ]、三（二亞芐基丙酮）二鈀（0）[Pd2 (dba)3 ]、雙(乙腈)二氯鈀（II）[Pd(CH3 CN)2 Cl2 ]、二氯化鈀(桂皮基)[Pd(cinnamyl)Cl2 ]。較佳使用化合物[Pd(acac)2 ]或[Pd(OAc)2 ]。以所用烴的莫耳量計，步驟a）中鈀金屬的濃度較佳介於0.01和0.6莫耳%之間，較佳介於0.03和0.3莫耳%之間，更佳介於0.04和0.2莫耳%之間。
根據本發明的催化劑系統的合適的含磷配體較佳具有雙牙基結構。根據本發明的催化劑系統的較佳的含磷配體是苯基二膦化合物，例如如EP 3 121 184 A2中所揭示。配體可在初步反應中與鈀結合，從而將鈀-配體錯合物進料到反應區中或原位添加到反應中並於該處與鈀結合。步驟a）中所述的反應的配體與金屬的莫耳比可為1:1至10:1，較佳為2:1至6:1，更佳為3:1至5:1。
均相催化劑系統還包含酸，特別是布氏酸或路易士酸。所用的路易士酸尤其可以是LAU值大於25，較佳LAU值為29的路易士酸。LAU值是測定路易士酸強度的新方法（請參閱JR Gaffen et al., Chem, Vol. 5, Issue 6, p. 1567-1583）。所使用的路易士酸較佳為三氟甲磺酸鋁、氯化鋁、氫化鋁、三甲基鋁、三(五氟苯基)硼烷、三氟化硼、三氯化硼或其混合物。在提及的路易士酸中，較佳使用三氟甲磺酸鋁。路易士酸較佳以1:1至20:1，較佳2:1至15:1，更佳5:1至10:1的路易士酸與配體的莫耳比加入。
合適的布氏酸較佳的酸強度pKa≤5，更佳酸強度pKa≤3。該酸強度pKa是指在標準條件下（25°C，1.01325巴）測定的pKa。對於多質子酸而言，在本發明的上下文中，酸強度pKa涉及第一質子分解步驟的pKa。布氏酸較佳以1:1至15:1，較佳2:1至10:1，更佳3:1至5:1的布氏酸與配體的莫耳比加入。
所用的布氏酸可特別是過氯酸、硫酸、磷酸、甲基膦酸或磺酸。合適的磺酸的實例是甲磺酸、三氟甲磺酸、三級丁烷磺酸、對甲苯磺酸（PTSA）、2-羥基丙烷-2-磺酸、2,4,6-三甲基苯磺酸及十二烷基磺酸。特別較佳的酸是硫酸、甲磺酸、三氟甲磺酸及對甲苯磺酸。較佳的酸是硫酸。
所用的具有烯烴雙鍵的烴在步驟a）中的反應/羰基化較佳在25至140°C的溫度下，更佳在80至130°C的溫度下且特別較佳在90至120°C的溫度下進行。步驟a）中的壓力可以是5至60巴，較佳10至40巴，更佳15至30巴。
步驟a）中所述的反應在合適的反應區內進行。用於反應的反應區包含至少一個反應器，但也可由兩個或更多個反應器組成。至少一個反應器可特別選自由攪拌槽反應器、迴路反應器、噴射迴路反應器、鼓泡塔反應器或其組合所組成的群。若使用多於一個反應器，則反應器間可相同或不同。
步驟a）中的上述反應提供了液體產物混合物，其至少包含由反應形成的酯、均相催化劑系統、未轉化的醇A以及可能的其他組分，諸如低沸物（例如低沸點副產物，如醚）及/或高沸物及/或未轉化的烴。接著將液體產物混合物進料到步驟b）中的隨後膜分離中。步驟a）的反應中，也可從反應區中去除至少由非反應性雜質，諸如氮氣、氫氣及低沸點副產物（例如已提及的醚）所組成的廢氣。雜質及低沸點副產物可能會積聚，並隨時間降低反應氣體（CO）的分壓，從而使反應變慢。
在隨後的步驟b）中，將液體產物混合物進料到膜分離中以從液體產物混合物中分離均相催化劑系統。根據本發明的膜材料導致均相催化劑系統及未轉化的烴及/或未轉化的醇在滲餘物中濃化，而步驟a）中形成的酯則在滲透物中濃化。接著將含有形成的酯的滲透物導入隨後步驟c）中。接著將包含經濃化的均相催化劑系統的滲餘物再循環到步驟a）的反應區中。再循環滲餘物時，可能含有惰性烷烴、低沸點副產物（例如醚）、催化劑系統可能的分解產物或所用烴流引入的其他雜質（例如痕量水或氮氣）的吹掃流可另外去除，以避免在反應區中積聚。滲餘物的再循環確保了膜分離的滲餘物中獲得的催化劑系統返回到反應中。這使得藉由沉積或去活化（例如在蒸餾的情況下發生）而造成的催化劑損失最小化，並使該方法的成本降低。通常無法完全避免催化劑的損失，但所提及的損失減少的效果是，必須藉由供應新鮮催化劑代替的催化劑更少。
膜分離是基於膜材料的半滲透性，該膜材料可讓某些物質滲透而不讓其他物質滲透。根據本發明的方法的步驟b）中所用的膜材料是OSN膜材料（OSN等於有機溶劑奈米過濾）。此種膜材料較佳至少由相對較薄的活性分離活性層（也稱為活性分離層）及任選較厚的背底（backing）所組成，而分離活性層位於該背底上。較佳地，根據本發明的膜材料至少由分離活性層及背底所組成。在分離活性層及背底之間可存在一或多個中間層。在一個較佳的具體實例中，膜材料僅由分離活性層及背底所組成。至少由分離活性層及背底所構成的膜材料應是酸穩定，以使膜材料不會被液體產物混合物中作為助催化劑存在的酸所破壞。在本發明的上下文中，「酸穩定」乙詞是指膜材料是穩定，且在催化劑系統中存在酸，特別是pKa≤5，更佳pKa≤3的布氏酸，或LAU值大於25，較佳LAU值為29的路易士酸的情況下，至少在300小時內不會被破壞，破壞的結果是無法再實現實際的分離作用。
特別地，背底具有多孔結構，該多孔結構可讓已穿過分離活性層的滲透物滲透。背底具有穩定功能，並用作分離活性層的撐體。原則上背底可由任何合適的多孔材料所構成。然而，前提是該材料對酸及鹼穩定。背底也可由與分離活性層相同的材料所組成。
根據本發明的分離活性層較佳由PAEK（聚芳醚酮）聚合物所構成。PAEK的特殊特徵是，在重複單元內，芳基透過醚官能基及酮官能基交替連接。根據本發明較佳的分離活性層由PEEK（聚醚醚酮）所構成。作為分離活性層，特別較佳使用磺化度小於20%，特別較佳磺化度小於10%的PEEK聚合物。相應的PEEK聚合物及其製備方法描述於WO 2015/110843 A1或J. da Silva Burgal et al.; Journal of Membrane Science, vol. 479 (2015), pp. 105-116中。令人驚訝的是，發現到此材料特別穩定，特別是對於均相催化劑系統的作為助催化劑的酸也是如此。此外，根據本發明的PEEK材料的特徵在於，當用作分離活性層時，其允許形成的酯優先通過，而甚至用作反應物的醇也至少部分保留，從而在滲餘物中積累。由於與已知的膜材料相比需要去除的醇較少，因此這使得殘餘液體產物混合物的後續處理可更經濟且更長時間地進行。
步驟b）中的膜分離較佳在25至100°C，更佳30至80°C，且特別較佳40至70°C的溫度下進行。為了使液體產物混合物達到膜分離較佳的主要溫度，可將產物混合物冷卻。除了使用冷卻劑的主動冷卻之外，還可經由熱交換器實現冷卻，由此在根據本發明的方法中加熱另一股流。任選地，步驟a）中的反應區與步驟b）中的膜分離之間還有脫氣步驟，以從液體產物混合物中預先去除揮發性化合物，諸如一氧化碳及/或未經由廢氣去除的殘留的無反應性雜質，諸如氮氣、氫氣、烷烴及低沸點副產物（例如已提及的醚）。首先將產物混合物減壓至低於溶解組分（諸如一氧化碳）的分壓，以便將其從溶液中置換出來，從而接著按膜分離規定再次升高壓力。
步驟b）中的跨膜壓力（TMP）可以是10至60巴，較佳15至55巴，更佳20至50巴（相對）。滲透物側壓力在此處可高於大氣壓至15巴，最佳3至7巴，這將導致TMP帶來的滲餘物側壓力。在一個較佳的具體實例中，在壓力比及特別是滲透側壓力的情況下，應確保根據所用的烴、所用的醇及系統中的溫度設定壓力，以避免在通過膜後蒸發，因為這可能會使整個操作不穩定。原則上，這也適用於溶解的組分，諸如一氧化碳，其可任選地藉由已提及的脫氣步驟去除。
膜分離方法的經濟性基本上可由所用膜材料的使用壽命決定，這是為何膜的使用壽命/穩定性同樣可成為選擇合適膜材料的標準的原因。假定最短使用壽命為約半年。這對於諸如本發明方法（其中產物在滲透物中濃化）特別重要，這是因為所需的膜表面積隨該方法的總容量而增加。
在隨後的步驟c）中，為了將步驟a）中形成的酯與剩餘的滲透物分離，而將來自膜分離（步驟b）的滲透物進行分離方法，該分離方法選自由熱分離法（例如蒸餾）、萃取、結晶或進一步的膜分離所組成的群。分離方法較佳是蒸餾。合適的方法條件對於本領域技術人員是已知的。
步驟c）所用的分離方法中，尤其是在蒸餾中，有可能不僅將生成的酯從滲透物中分離出，且還會將分離出有可能形成的高沸物，例如步驟a）的反應中可能產生的高沸點副產物。為了去除這些高沸物，根據本發明的方法可包括純化步驟，即其中形成的酯藉由熱分離、萃取、結晶或膜分離從存在的高沸物分離出而純化的步驟。所形成的酯較佳使用熱分離方法，更佳使用進一步蒸餾純化。方法條件對於本領域技術人員是已知的。
在一個較佳的具體實例中，步驟c）中獲得的滲透物經歷了可再循環組分的分離，該滲透物基本上不含步驟a）中形成的酯且包含至少未轉化的醇及/或未轉化的烴。在此分離中，未轉化的醇及/或未轉化的烴藉由熱分離、萃取、結晶或膜分離與剩餘的滲透物，特別是與其中所含的低沸物分離。未轉化的醇及/或未轉化的烴較佳藉由熱分離方法，更佳藉由進一步蒸餾而與剩餘的滲透物分離。方法條件對於本領域技術人員是已知的。接著可將此處獲得的未轉化的醇及/或未轉化的烴再循環到反應區中。
藉由根據本發明的方法形成的酯可在另外兩個進一步的步驟c1）及c2）中進行轉酯化。在此轉酯化反應中，對應於步驟a）中所用的第一醇A的酯部分被第二醇B代替。此轉酯化反應是在上述步驟c）之後進行，任選地在可能的純化步驟之後進行，且其包含以下步驟： c1）在第二反應區中以第二醇B對步驟a）中形成的酯進行轉酯化，其中第二醇不同於步驟a）中所用的醇A，以獲得至少包含帶有第二醇B的酯、被去除的第一醇A及未轉化的第二醇B的第二液體產物混合物； c2）藉由熱分離及/或藉由膜分離將與第二醇B形成的酯與剩餘的第二液體產物混合物分離，特別是與被去除的第一醇A分離，並將被去除的第一醇A再循環到步驟a）的反應區中，且將未轉化的第二醇B再循環到第二反應區中。
步驟c1）是實際轉酯化發生之處，亦即，去除了步驟a）中實際連接的第一醇A，並連接第二醇B。在此步驟中，使步驟a）中形成的酯在反應區中與不同於第一醇A的第二醇B反應。在一個特別較佳的具體實例中，與步驟a）中所用的第一醇A相比，在轉酯化中所用的第二醇B為高沸點醇。為了促進轉酯化反應，較佳在轉酯化中過量加入第二醇B。
步驟c1）中用於轉酯化的第二醇較佳為具有1至50個碳原子，更佳具有1至15個碳原子，特別較佳具有1至10個碳原子的一元醇或多元醇（多於兩個OH基），或為兩種或更多種一元醇及/或多元醇的混合物，前提是步驟a）中所用的第一醇A與第二醇B不同。在一個較佳的具體實例中，多元醇是具有上述碳原子數的二醇、三醇或四醇，較佳是二醇或三醇。步驟a）中用於反應的合適的醇是甲醇、乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、2-丙醇、三級丁醇、3-戊醇、2-丙基庚醇、環己醇、苯酚、新戊四醇、新戊二醇、三羥甲基丙烷、二新戊四醇或其混合物，較佳是乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、2-丙醇、三級丁醇、3-戊醇、2-丙基庚醇。
步驟c1）中的轉酯化較佳在酸或鹼催化下進行。所用的酸可以是布氏酸或路易士酸。
步驟c1）中用於轉酯化的合適的布氏酸是過氯酸、硫酸、磷酸、甲基膦酸或磺酸，例如甲磺酸、三氟甲磺酸、三級丁烷磺酸、對甲苯磺酸（pTSA）、2-羥基丙烷-2-磺酸、2,4,6-三甲基苯磺酸或十二烷基磺酸。所用的布氏酸較佳為硫酸或磺酸，更佳為硫酸。也可使用金屬或其化合物，例如錫粉，氧化錫（II）、草酸錫（II）、鈦酸酯，諸如正鈦酸四異丙酯或正鈦酸四丁酯，以及鋯酸酯，諸如鋯酸四丁酯，以及甲醇鈉及甲醇鉀。
步驟c1）中進行轉酯化的合適的路易士酸是異丙醇鈦（IV）、Bu2 SnO、BuSn(O)OH或三氟甲磺酸鋁。較佳使用異丙醇鈦（IV）及三氟甲磺酸鋁作為路易士酸。
步驟c1）中進行轉酯化的合適的鹼是鹼金屬、鹼金屬醇鹽、鹼金屬或鹼土金屬乙酸鹽或氧化物、鹼金屬或鹼土金屬醇鹽（諸如NaEtOH或MgEtOH）或鹼金屬碳酸鹽（諸如K2 CO3 或Cs2 CO3 ）。然而也可使用鹼性離子交換劑或NaOH。較佳使用Na醇鹽或Mg醇鹽，例如NaEtOH或MgEtOH。
酸催化的轉酯化較佳在60至220°C，更佳100至210°C，特別較佳在130至200°C的溫度下進行。反應較佳在高於要被去除的第一醇A的沸點下進行，以便從反應混合物中直接去除被去除的第一醇A，從而促進平衡向產物側的移動。較佳將第二醇B以顯著過量（例如30:1）加入到步驟a）形成的酯中。
鹼催化的轉酯化較佳在20至100°C的溫度下進行。
所述的轉酯化提供了第二液體產物混合物，其包含至少帶有第二醇B的酯、去除的第一醇A及未轉化的第二醇B。
在後續的步驟c2）中，將步驟c1）中形成的第二酯與剩餘的第二液體產物混合物分離。分離是藉由熱分離，較佳蒸餾，及/或藉由膜分離，特別是使用上述膜材料進行。合適的方法條件對於本領域技術人員是已知的。
步驟c2）所用的分離方法中，尤其是在蒸餾中，有可能不僅將生成的酯從第二液體產物混合物的其餘部分分離出，且還會將可能分離出形成的高沸物，例如步驟c1）的反應中可能產生的高沸點副產物。為了去除這些高沸物，根據本發明的方法可包括純化步驟，即其中步驟c1）中形成的酯藉由熱分離、萃取、結晶或膜分離從存在的高沸物分離出酯而純化的步驟。所形成的酯較佳使用熱分離方法，更佳使用進一步蒸餾純化。方法條件對於本領域技術人員是已知的。
在步驟a）中製備並在步驟c）中與滲透物分離並任選經純化的酯接著在步驟d）中進行氫化。酯基被此方法中使用的氫裂解，導致形成目標醇，並回收步驟a）中形成酯時結合的醇A或在酯交換中結合的醇B。因此，氫化產生包含至少目標醇、醇A或B及未轉化的酯的醇混合物。
在無酯交換的情況下，可在隨後的方法步驟中將步驟d）中以氫化回收的醇A與所得的醇混合物分離，並再循環到第一反應區中。若步驟d）的氫化中已進行酯交換並回收醇B，則可將此隨後的方法步驟與所形成的醇混合物分離並再循環到第二反應區中。
典型的氫化條件是本領域技術人員已知的，且例如在EP 1 042 260 A1中所揭示。步驟d）中的根據本發明的氫化較佳在10至300巴的壓力下進行，更佳在100至280巴的壓力下，且特別較佳在150至270巴的壓力下進行。氫化溫度較佳介於100°C與300°C之間，較佳介於150°C與280°C之間，特別較佳介於180°C與至220°C之間。在氫化期間，可額外排出廢氣以去除低沸點組分，例如雜質，如氮氣或低沸點副產物。
步驟d）中的氫化是在非均相催化劑系統的存在下進行。典型的催化劑系統例如由EP 1 338 557 A1而為已知。非均相催化劑系統較佳包含選自由銅、銠、釕、錸或這些金屬的化合物的金屬所組成的群。另外，以銅-鉻氧化物為主的催化劑系統亦為合適。特別較佳的催化劑系統含有銅及/或鋅作為活性組分，其經施加到載體材料。多孔二氧化矽及/或氧化鋁適合作為載體材料。
氫化所需的氫氣可直接作為原料供應。也可藉由本領域技術人員已知的方式將含氫氣體預先分離成其組分並將氫氣輸送到氫化區以供應氫氣。氫氣仍可能含有一定比例的一氧化碳或其他氣體，這是因為幾乎不可能完全分離。
在隨後的步驟e）中，為了將步驟d）中形成的目標醇與其餘的醇混合物分離，會對來自步驟d）氫化的醇混合物進行至少一個分離方法步驟，該分離步驟選自由熱分離（例如蒸餾）、萃取、結晶或進一步的膜分離所組成的群。分離方法較佳是蒸餾。合適的方法條件對於本領域技術人員是已知的。也可以進行多級蒸餾。
在至少一個分離方法步驟中，所用的醇A及醇B還可另外被去除並分別再循環到第一或第二反應區中。再循環期間，可排出吹掃流以例如從方法中排出氫化副產物，諸如惰性烷烴、醛、縮醛、醚、酮或碳。
為了將膜技術中膜的滲透性或分離性能特性化，根據以下公式（1）定義膜相對於物質混合物特定成分的保留率R： R = 1 － w(I)P / w(I)R (1) 其中w(I)P 為滲透物中相關組分的質量分率，而w(I)R 為膜滲餘物中相關組分的質量分率。保留率因此可具有0至1的值，且因此較佳以%表示。0%的保留率意味著相關組分可不受阻礙地穿過膜滲透，結果是滲餘物中組分的質量分率與滲透物中的相同。相反地，100%的保留率意味著相關組分完全被膜所保留，但這在工業上幾乎是不可能。
除了保留率以外，所謂的膜滲透性也是根據以下公式（2）使其滲透性特性化的關鍵： P = m’/ (A * TMP)    (2) 其中m’表示滲透物的質量流速，A表示膜的表面積，且TMP表示施加的跨膜壓力。滲透性通常以kg /(h * m2 * bar)為單位表示。因此，滲透性是與膜面積及建立的TMP標準化的特性。
關於膜穩定性的特性化，滲透性PRel 的相對變化可根據下式（3）定義： PRel = Pt=x / Pt=0 (3) 其中Pt=x 表示在時間t=x時的滲透性，而Pt=0 則是在時間t=0時的原始滲透性（也可使用不同的參考時間，前提是t=x＞t=y）。 實施例1 將二異丁烯（DiB）轉化為3,5,5-三甲基己酸甲酯（TMH酯），同時以膜分離作為催化劑再循環
DiB是由兩種C8異構體2,4,4-三甲基戊-1-烯及2,4,4-三甲基戊-2-烯以約80:20的比例所組成的混合物。實驗在具有以下設置的連續操作的試驗工廠中進行。
工廠基本上由來自Büchi的200 ml玻璃高壓釜（等於反應器）所組成（額定壓力高達10巴）。高壓釜藉由Knauer HPLC泵從裝有反應溶液並以氬氣覆蓋的玻璃容器中進料。另一個Knauer HPLC泵用於將玻璃高壓釜泵入單獨的高壓迴路中，該高壓迴路的額定壓力高達60巴。試驗工廠的高壓迴路基本上由一個液體迴路（藉由循環泵操作）、一個平面膜測試單元以及所需的感應器（如壓力測量、溫度測量）所組成。藉由離心泵進行在高壓迴路中的循環，以確保所需穿過膜的流。穿過膜的液體流作為滲透物從膜組件中移走，並收集在氬氣覆蓋的玻璃接收器中。藉由天平連續檢測滲透率。多餘的進料量（滲餘物）返回到玻璃高壓釜中。藉由機械供應壓力調節器實現此循環，該機械供應壓力調節器也用於設置奈濾階段的供應壓力。藉由恆溫器加熱迴路，以確保分離的限定溫度。
實驗是在以下條件下進行：84.5 cm2 的活性膜表面積，45巴的跨膜壓力，25°C的分離溫度。
可從高壓迴路（滲餘物）中取樣進料流到高壓迴路（進料）中，並從滲透物中取樣。為了分析產率，稱取0.08g的樣品及0.03g的乙苯（內標準品）並以0.25g的乙腈稀釋。隨後的分析採用GC-FID。在預先消化滲透物及滲餘物樣品後，藉由ICP-OES確定配體及金屬的保留率。藉由19 F NMR分析酸的保留率。
所有三種方法的樣品製備及分析是本領域技術人員已知的。
所用的膜材料是PEEK。根據本發明的PEEK-丙酮膜是根據公開文獻J. da Silva Burgal et al.; Journal of Membrane Science, vol. 479 (2015), pp. 105-116製備（另請參閱WO 2015/110843 A1）。
攪拌玻璃高壓釜的內容物以確保實際上理想的混合。藉由機械供應壓力調節器將玻璃高壓釜中的壓力調節至10巴。藉由油浴將玻璃高壓釜保持在預期溫度，該油浴具有安裝在玻璃高壓釜中的外部溫度計。
首先將玻璃高壓釜及高壓迴路充滿鹼反應混合物，該鹼反應混合物由56重量%的MeOH、40重量%的DiB、0.5重量%的1,2-雙((三級丁基(吡啶-2-基)膦基)甲基)苯（配體）、3.4重量%的三氟甲磺酸鋁（酸）及0.1重量%的[Pd(acac)2 ]（金屬）所組成，在10巴下以氬氣惰性化並投入操作。
接著將玻璃高壓釜加熱至100°C的內部溫度，並將初始氬氣流變為CO（反應開始）。在15小時內，將鹼反應混合物循環泵送以啟動系統。15小時後，進料中的DiB已轉化為TMH酯至99%的程度。15小時後，結束循環模式，並將滲透物收集在單獨的玻璃容器中，且計量加入新鮮的反應溶液（60重量%的MeOH及40重量%的DiB）。在105小時的研究期間內未添加任何新鮮的催化劑、配體或酸。對於各個研究期間而言，藉由上述方法測定滲透率、TMH酯的產率及催化劑系統各組分的保留率。 表1：DiB連續轉化為TMH酯
持續時間 T（玻璃高壓釜） P Y（TMH酯）* R（金屬） R（配體） R（酸）
h °C kg/m²h1 bar1 % % % %
0-15 100 0.045 99 **
15-35 100 0.051 84 98 97 97
35-70 90 0.049 73 97 98 96
70-90 80 0.050 59 98 97 97
90-105 100 0.048 84 97 98 96
*在每種情況下考慮的實驗持續時間結束時的產量 **未測定保留率（系統啟動）
從表1清楚可見，由於膜分離的緣故，使得超過97%的金屬、配體及酸經再循環。結果是，即使不添加新的催化劑系統，即使在長時間內，也可實現期望的酯的相同產率。因此，此方法不會明顯影響催化劑錯合物的活性。 實施例2 將實施例1中獲得的TMH酯氫化為TMH醇
從實施例1收集的滲透物藉由分餾分離。首先，在獲得3,5,5-三甲基己酸甲酯（TMH酯）之前，先去除甲醇及未轉化的二異丁烯（DiB）。接著將TMH酯在300 ml高壓釜中與包含在載體上的15 w% Cu/1.8w% Cr的催化劑（Stuttgarter Masse）在200°C和270巴H2 下反應20小時。冷卻及釋放壓力後，取1 ml樣品，向其中加入150 µl的異辛烷作為內標準品，以便藉由GC分析測定產率及正/異選擇性。產率為98%的TMH醇（正 / 異 ：99:1）。 實施例3 將二異丁烯（DiB）轉化為3,5,5-三甲基己酸甲酯（TMH酯），並以蒸餾作為催化劑再循環。
按實施例1所述進行反應（0.15升的鹼反應混合物，其由56重量%的MeOH、40重量%的DiB、0.5重量%的1,2-雙((三級丁基(吡啶-2-基)膦基)甲基)苯（配體）、3.4重量%的三氟甲磺酸鋁（酸）及0.1重量%的[Pd(acac)2 ]（金屬））所組成。
反應開始後，以每小時方式取樣4小時。為了分析產率，稱取0.08 g的樣品及0.03 g的乙苯（內標準品），並以0.25 g的乙腈稀釋。藉由實施例1中指明的方法進行分析。4小時後，反應結束，並將反應混合物冷卻，且將反應器減壓。
藉由施加真空（0.02巴）將反應溶液降至0.02升，且藉由冷凝主要收集甲醇、未轉化的DiB及TMH酯，同時將催化劑系統保留在玻璃高壓釜中。藉由GC-FID對殘留在反應器中的反應混合物樣品的分析，顯示僅有痕量的甲醇及未轉化的DiB（＜2重量%）。
隨後，將玻璃高壓釜重新填充至0.15升，以便用由60重量%的MeOH及40重量%的DiB所構成的鹼反應混合物進行第二次試驗，並進行進一步的反應。
反應開始後，以每小時方式取樣4小時。為了分析產率，稱取0.08 g的樣品及0.03 g的乙苯（內標準品），並以0.25 g的乙腈稀釋。藉由實施例1中指明的方法進行分析。4小時後，反應結束，並將反應混合物冷卻，且將反應器減壓。 表2：採用蒸餾後DiB至TMH酯轉化的比較
採樣時間 Y（TMH酯）第一次試驗 Y（TMH酯）第二次試驗
h % %
1 67 11
2 83 19
3 88 25
4 93 27
從表2可以清楚地看出，用於從催化劑中除去反應物及產物的蒸餾明顯降低了第二次試驗中催化劑的反應性。 實施例4
製備類似於實施例1，除了使用二正丁烯（DnB）外。
從實施例1收集的滲透物藉由分餾分離。首先，去除甲醇及未轉化的二正丁烯（DnB），接著獲得所得的異壬酸甲酯。接著將所得酯在300 ml的Paar高壓釜中與負載在Stuttgarter Masse上的15 w% Cu/1.8w% Cr催化劑在200°C（基於內部溫度的閉環控制）、270巴H2、500 rpm下反應20小時。冷卻及釋放壓力後，取1 ml樣品，向其中加入150 µl的異辛烷作為內標準品，以便藉由GC分析測定產率及正/異選擇性（產率：94%的異壬醇（正 / 異 ：69:31））。
無
無

Claims (15)

  1. 一種製備目標醇的方法，其中該方法包含以下步驟： a）在含有至少一種元素週期表第8至10族金屬或其化合物、含磷配體及酸的均相催化劑系統存在下，在反應區中藉由使具有至少一個多鍵的C2至C16烴與一氧化碳和醇A反應（羰基化）製備酯，以獲得液體產物混合物，該醇A是具有1至50個碳原子的一元醇或多元醇（兩個或更多個OH基）或為兩種或更多種一元醇及/或多元醇的混合物，且醇A以對C2至C16烴（醇:C2至C16烴）的莫耳比2至20使用； b）實施膜分離以從該液體產物混合物中分離該均相催化劑系統，其使該均相催化劑系統以及另外未轉化的烴及/或未轉化的醇A在滲餘物中濃化，且使步驟a)中形成的該酯在滲透物中濃化，其中所用的該膜材料為酸穩定的OSN（有機溶劑奈米過濾）膜材料，即在該催化劑系統的該酸存在下穩定至少300小時，且其具有至少一個分離活性層，且其中該滲餘物返回到步驟a）中的該反應區且該滲透物被送到隨後的步驟c）； c）在選自熱分離（例如蒸餾）、萃取、結晶及膜分離的至少一個分離方法步驟中，從該滲透物中分離步驟a）中形成的該酯； d）在氫化區中在該非均相催化劑系統的存在下，以氫氣將步驟c）中分離出的該酯氫化，以獲得至少包含該目標醇、被去除的該醇A及未轉化的該酯的醇混合物； e）在選自熱分離（例如蒸餾）、萃取、結晶及膜分離的至少一個分離方法步驟中，分離步驟d）中形成的該目標醇。
  2. 如請求項1之方法，其中該分離活性層由PAEK聚合物所構成。
  3. 如請求項2之方法，其中該分離活性層由PEEK所構成，其較佳具有小於20%，特別較佳小於10%的磺化度。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中所用的該醇A是具有1至15個碳原子，更佳1至10個碳原子的一元醇或多元醇（兩個或更多個OH基）或兩種或更多種一元醇及/或多元醇的混合物。
  5. 如請求項4之方法，其中步驟a）中所用的該醇A選自由甲醇、乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、2-丙醇、三級丁醇、3-戊醇、2-丙基庚醇、環己醇、苯酚及其混合物所組成的群。
  6. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中所用的該具有至少一個烯烴雙鍵的C2至C16烴是具有2至16個碳原子的正烯或異烯。
  7. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中該均相催化劑系統中的元素週期表第8至10族該金屬或其化合物是鈀或其化合物。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中在該均相催化劑系統中的該含磷配體具有雙牙基結構。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中的反應在5至60巴的壓力下進行。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中的該催化劑系統中的該酸是pKa ≤ 5，較佳pKa ≤ 3的布氏酸或LAU值大於25，較佳LAU值為29的路易士酸。
  11. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a）中的該催化劑系統中的該酸是布氏酸或路易士酸，其中該布氏酸是過氯酸、硫酸、磷酸、甲基膦酸或磺酸，且其中該路易士酸是三氟甲磺酸鋁、氯化鋁、氫化鋁、三甲基鋁、三(五氟苯基)硼烷、三氟化硼、三氯化硼或其混合物。
  12. 如前述請求項中任一項之方法，其中在該反應區的上游分離出合成氣，並將分離出的該一氧化碳送到步驟a）中的該反應區，且將分離出的該氫氣送到步驟d）中的該氫化區。
  13. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟c）中的該分離之後的方法包括以下另外的步驟： c1）在第二反應區中以第二醇B對步驟a）中形成的該酯進行轉酯化，其中該第二醇不同於步驟a）中所用的該醇，以獲得至少包含帶有該第二醇B的該酯、被去除的該第一醇A及未轉化的該第二醇B的第二液體產物混合物，其中該第二醇B以等莫耳量或過量使用； c2）分離步驟c1）中形成的該酯，並藉由熱分離及/或藉由膜分離將剩餘的該第二液體產物混合物分離，並將被去除的該第一醇再循環到該第一反應區中，且將未轉化的該第二醇再循環到該第二反應區中； 其中步驟c1）中形成的該酯用於步驟d）的該氫化中。
  14. 如請求項10或11之方法，其中步驟e）中所用的該第二醇是比該第一醇高沸點的醇。
  15. 如請求項10至12中任一項之方法，其中一部分該去除的第一醇已從該第二反應區中取出並再循環到該第一反應區中。
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