WO2009077831A1 - Procede d'obtention d'alcool a partir d'un aldehyde - Google Patents

Procede d'obtention d'alcool a partir d'un aldehyde Download PDF

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Philippe Marion
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Definitions

  • the present invention relates to a process for obtaining alcohol from an aldehyde. More specifically, the present invention relates to a process for obtaining alcohol from an aldehyde using a bifunctional catalyst. It also relates to a process for the condensation of an aldehyde, a process for obtaining alcohol from the hydrogenation of the product of the condensation of an aldehyde as well as the products obtained through each respective process.
  • Butanol (butanol-1) is currently synthesized in two stages through the hydroformylation (carbonylation) of propene by a process known as Oxo Synthesis, producing butyraldehyde. Then butyraldehyde is hydrogenated, to obtain butanol-1.
  • the production of 1-butanol from the hydroformylation of propene depends on the supply of this raw material from petroleum. Due to the scarcity of this non-renewable source and its gradual rise in price, the cost of producing butanol-1 can make its use prohibitive.
  • Another method involves the aldol condensation of acetaldehyde followed by dehydration producing crotonaldehyde using sodium hydroxide as a catalyst, followed by hydrogenation, producing butanol-1.
  • the yield is low and the crotonaldehyde is toxic, irritating and difficult to handle, easily undergoing the polymerization reaction.
  • the present invention relates to a process for obtaining alcohol from an aldehyde comprising in a first step the condensation of the aldehyde by dehydration in the presence of a specific solid catalyst forming a condensed aldehyde, followed by the hydrogenation of the latter producing alcohol, in a second step.
  • This process makes it possible to obtain an alcohol with excellent conversion and selectivity.
  • the first step of this process is a process for condensing two aldehyde molecules in the presence of a catalytic system comprising an acidic or basic solid compound and a metal compound at a temperature of between 10 ° C. and 300 ° C. and a pressure of between 0.01 and 200 bar, in the presence of hydrogen.
  • the catalytic system can be bifunctional, performing aldol condensation and dehydration in acidic or basic media and hydrogenation in the presence of a metal.
  • the catalytic system comprises as first component an acidic or basic solid compound.
  • This compound may be a solid of the zeolite, clay, ceramic, resin, mineral or any other acidic or basic solid support.
  • acidic solid supports mention may be made in particular of sulfonic acid resins, carboxylic resins, phosphoric resins, mineral oxides such as sulphated zirconias, acid clays such as montmorillonites and zeolites, such as H ZSM5, and HY.
  • As a basic solid support there may be mentioned compounds bearing at the surface hydroxide functions or amino functions, carbonates, oxides metal such as phosphate or lanthanum oxides, basic clays such as double-lamellar hydroxides (LDH).
  • LDH double-lamellar hydroxides
  • the catalytic system comprises as a second component a metal compound, in particular based on Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, and / or Au. Ni, Pd, Rh, and Ir are particularly preferred.
  • This compound may be the metal as such or a metal in the form of hydroxide, oxide or salt. The metal is preferably in the reduced state for its activity during the hydrogenation.
  • the metal compound may be used in proportions of between 0.001% and 30% by weight, more preferably between 0.01% and 10% by weight, relative to the weight of the acidic or basic solid compound.
  • the catalytic system comprises an acidic or basic solid compound on which the metal compound described above is surface-supported.
  • Amberlyst® CH28 catalysts from Rohm & Haas can be mentioned.
  • the catalyst system comprises an acidic or basic solid compound and a metal compound supported on a reaction-inert solid.
  • the amount of catalyst system may vary between 0.01% and 60% by weight relative to the weight of aldehyde, preferably between 0.1% and 20% by weight, more preferably between 1% and 10% by weight.
  • the reaction is carried out at a temperature of between 10 ° C. and 200 ° C., more preferably between 30 ° C. and 150 ° C., even more preferentially between 80 ° C. and 120 ° C.
  • the reaction is carried out at a pressure of between 1 and 100 bar, more preferably between 3 and 25 bar, more preferably between 8 and 15 bar.
  • the first step is carried out at a temperature of between 10 ° C. and 200 ° C. and a pressure of between 1 and 100 bar, more preferably at a temperature of between 30 ° C. and 150 ° C. and a pressure between 3 ° C. and 100 ° C. and 25 bar, more preferably, at a temperature between 80 ° C. and 120 ° C. and a pressure between 8 and 15 bar.
  • Such a pressure can be obtained by adding feed to the reactor of pure hydrogen or a mixture of hydrogen and an inert gas, such as for example nitrogen or argon.
  • the hydrogen partial pressure can be maintained by purging the gas head while controlling the hydrogen content.
  • the aldehydes may especially be acetaldehyde, butyraldehyde or propionaldehyde.
  • One or more aldehydes of different natures can be used.
  • the reaction medium comprises, besides the catalytic system, only aldehydes.
  • the medium preferably does not comprise any solvent and / or compounds capable of reacting during the condensation reaction, such as, for example, alcohol-type compounds.
  • the process according to the invention can be carried out continuously or discontinuously, preferably in the liquid phase.
  • the residence time of the first step may especially be from 5 to 300 minutes.
  • the reaction of the first step can be carried out in a reactor of any type, in particular in a vertically mounted reaction tube. Many reactors implementing the method of the first step can be put in series.
  • the catalyst can be placed on a fixed bed or be suspended with stirring in the reactor.
  • the second step of the process involves hydrogenation of the condensed aldehyde producing alcohol.
  • the condensed aldehyde is reacted with hydrogen in the gaseous or liquid phase in the presence of a hydrogenation catalyst, especially under conditions of determined temperature and pressure.
  • the hydrogenation catalyst may consist of metal or supported metal containing Cr, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au or their compounds and mixtures, especially in concentrations between 0.01% and 30% by weight, preferably between 0.1% and 20%, more preferably between 1% and 10%, relative to the total weight of the catalyst.
  • the temperature may be between 1O 0 C and 300 0 C, preferably between 8O 0 C and 14O 0 C; and the pressure between 0.1 and 300 bar, preferably between 1 and 100 bar.
  • the process for obtaining the alcohol in question considers the hydrogenation of butyraldehyde obtained during the aldol condensation of two molecules of acetaldehyde producing butanol-1.
  • said catalysts may correspond to an identical material or the like.
  • the process according to the invention makes it possible in particular to obtain butanol-1 from acetaldehyde, 2-ethyl hexanol from butyraldehyde or 2-methyl pentanal from propionaldehyde.
  • the two steps described above are preferably carried out in different reactors, in particular arranged one after the other.
  • the present invention also relates to the product that can be obtained by the aldol condensation of two molecules of aldehyde as described above.
  • the subject of the present invention is also the alcohol that can be obtained from the hydrogenation of the product obtained from the aldol condensation of two aldehyde molecules, as described above.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde utilisant un catalyseur bifonctionnel. Elle concerne également un procédé de condensation d'un aldéhyde, un procédé d'obtention d'alcool à partir de l'hydrogénation du produit de la condensation d'un aldéhyde ainsi que les produits obtenus à travers chaque procédé respectif.

Description

Procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde
La présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde utilisant un catalyseur bifonctionnel. Elle concerne également un procédé de condensation d'un aldéhyde, un procédé d'obtention d'alcool à partir de l'hydrogénation du produit de la condensation d'un aldéhyde ainsi que les produits obtenus à travers chaque procédé respectif.
ART ANTERIEUR
Le butanol (butanol-1) est actuellement synthétisé en deux étapes à travers l'hydroformylation (carbonylation) du propène par un procédé connu sous le nom de Synthèse Oxo, produisant du butyraldéhyde. Ensuite le butyraldéhyde est hydrogéné, pour obtenir le butanol-1. La production du butanol-1 à partir de l'hydroformylation du propène dépend de la fourniture de cette matière-première provenant du pétrole. Du fait de la raréfaction de cette source non renouvelable et de sa hausse de prix graduelle, le coût de la production du butanol-1 peut rendre son utilisation prohibitive. De plus, il existe une forte pression au niveau mondial pour la substitution du pétrole comme source de matière-première pour une ressource issue de la biomasse, en raison de l'impact environnemental qu'il provoque.
Un autre procédé comprend la condensation aldolique de l'acétaldéhyde suivie de déshydratation produisant le crotonaldéhyde en utilisant de l'hydroxyde de sodium comme catalyseur, suivie d'hydrogénation, produisant le butanol-1. Dans ce procédé, le rendement est faible et le crotonaldéhyde est toxique, irritant et de manipulation difficile, subissant facilement la réaction de polymérisation. INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde comprenant en une première étape la condensation de l'aldéhyde par déshydratation en présence d'un catalyseur solide spécifique formant un aldéhyde condensé, suivie de l'hydrogénation de ce dernier produisant de l'alcool, dans une deuxième étape.
Ce procédé permet d'obtenir un alcool avec une conversion et une sélectivité excellente.
Première étape
La première étape de ce procédé est un procédé de condensation de deux molécules d'aldéhyde en présence d'un système catalytique comprenant un composé solide acide ou basique et d'un composé métallique, à une température située entre 1O0C et 3000C et une pression comprise entre 0,01 et 200 bar, en présence d'hydrogène.
Le système catalytique peut être bifonctionnel, réalisant la condensation aldolique et la déshydratation en milieux acides ou basiques et l'hydrogénation en présence d'un métal.
Le système catalytique comprend comme premier composant un composé solide acide ou basique. Ce composé peut être un solide du type zéolite, argile, céramique, résine, minéral ou tout autre support solide acide ou basique. A titre de support solide acide on peut citer notamment les résines d'acides sulfoniques, les résines carboxyliques, les résines phosphoriques, les oxydes minéraux tels que les zircones sulfatées, les argiles acides telles que les montmorillonites et les zéolites, tels que les H-ZSM5, et H-Y. A titre de support solide basique on peut citer les composés portant en surface des fonctions hydroxydes ou des fonctions aminées, des carbonates, des oxydes métalliques tels que les phosphate ou oxydes de lanthane, les argiles basiques telles que les hydroxydes double lamellaires (LDH).
Le système catalytique comprend comme second composant un composé métallique, notamment à base de Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, et/ou Au. On préfère notamment Ni, Pd, Rh, et Ir. Ce composé peut être le métal en tant que tel ou un métal sous forme d'hydroxyde, d'oxyde ou de sel. Le métal est préférablement à l'état réduit pour son activité lors de l'hydrogénation.
On peut notamment utiliser le composé métallique dans des proportions comprises entre 0,001 % et 30 % en poids, plus préférentiellement entre 0,01 % et 10 % en poids, par rapport au poids du composé solide acide ou basique.
Selon un objet préféré de l'invention, le système catalytique comprend un composé solide acide ou basique sur lequel le composé métallique décrit ci- dessus est supporté en surface.
On peut par exemple citer les catalyseurs Amberlyst® CH28 de la société Rohm & Haas.
Il est également possible que le système catalytique comprenne un composé solide acide ou basique et un composé métallique supporté sur un solide inerte vis-à-vis de la réaction.
La quantité de système catalytique peut varier entre 0,01 % et 60 % en poids par rapport au poids d'aldéhyde, préférentiellement entre 0,1 % et 20 % en poids, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % en poids.
Préférentiellement, la réaction est effectuée à une température comprise entre 1O0C et 2000C, plus préférentiellement entre 3O0C et 15O0C, encore plus préférentiellement entre 8O0C et 12O0C. Préférentiellement, la réaction est effectuée à une pression comprise entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement entre 8 et 15 bar.
De manière préférée, la première étape est réalisée à une température située entre 1O0C et 2000C et une pression entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement, à une température située entre 3O0C et 15O0C et une pression entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement, à une température située entre 8O0C et 12O0C et une pression entre 8 et 15 bar.
Une telle pression peut être obtenue par ajout alimentation au réacteur d'hydrogène pur ou d'un mélange d'hydrogène et d'un gaz inerte, tel que par exemple l'azote ou l'argon. La pression partielle en hydrogène peut être maintenue par purge du ciel gazeux en contrôlant la teneur en hydrogène.
Les aldéhydes peuvent notamment être l'acétaldéhyde, le butyraldéhyde ou le propionaldéhyde. On peut utiliser un ou plusieurs aldéhydes de natures différentes.
D'une manière préférentielle, le milieu de la réaction comprend, outre le système catalytique, uniquement des aldéhydes. Le milieu ne comprend préférentiellement pas de solvant et/ou de composés capables de réagir lors de la réaction de condensation, tel que les composés de type alcool par exemple.
Le procédé selon l'invention peut être réalisé en continu ou en discontinu, préférentiellement en phase liquide. Le temps de séjour de la première étape peut notamment être de 5 à 300 minutes.
La réaction de la première étape peut être effectuée dans un réacteur de tout type, notamment dans un tube réactionnel monté verticalement. Plusieurs réacteurs mettant en œuvre le procédé de la première étape peuvent être mis en série.
Le catalyseur peut être mis sur un lit fixe ou bien être mis en suspension sous agitation dans le réacteur.
Il est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, notamment par distillation, du produit obtenu après la première étape, par exemple pour récupérer les réactifs.
Seconde étape
La seconde étape du procédé comprend l'hydrogénation de l'aldéhyde condensé produisant de l'alcool. Ainsi on fait réagir l'aldéhyde condensé avec de l'hydrogène en phase gazeuse ou liquide en présence d'un catalyseur d'hydrogénation, notamment sous des conditions de température et pression déterminées.
Le catalyseur d'hydrogénation peut être constitué de métal ou de métal supporté contenant du Cr, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, ou leurs composés et mélanges, notamment en concentrations entre 0,01 % et 30 % en poids, préférentiellement entre 0,1 % et 20 %, plus préférentiellement entre 1 % et 10 %, par rapport au poids total du catalyseur.
On peut par exemple utiliser à titre de catalyseur d'hydrogénation du nickel de Raney supporté ou non, du Cu/CuO sur silice, du platine supporté ou du ruthénium supporté.
Dans cette réaction, la température peut se situer entre 1O0C et 3000C, préférentiellement entre 8O0C et 14O0C ; et la pression entre 0,1 et 300 bar, préférentiellement entre 1 et 100 bar. Préférentiellement, le procédé d'obtention d'alcool en question considère l'hydrogénation du butyraldéhyde obtenu lors de la condensation aldolique de deux molécules d'acétaldéhyde produisant du butanol-1.
Dans le procédé d'obtention d'alcool en question considérant des catalyseurs employés dans la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde et dans l'hydrogénation du produit de ladite condensation, lesdits catalyseurs peuvent correspondre à un matériau identique ou similaire.
II est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, notamment par distillation, du produit obtenu après la deuxième étape.
Le procédé selon l'invention permet notamment d'obtenir du butanol-1 à partir d'acétaldéhyde, du 2-éthyl hexanol à partir de butyraldéhyde ou du 2- méthyl pentanal à partir de propionaldéhyde.
Les deux étapes décrites précédemment sont préférentiellement effectuées dans des réacteurs différents, notamment disposés l'un à la suite de l'autre.
La présente invention a également pour objet le produit susceptible d'être obtenu par la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde tel que décrit précédemment.
La présente invention a également pour objet l'alcool susceptible d'être obtenu à partir de l'hydrogénation du produit obtenu de la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde, tel que décrit précédemment.
Les exemples dudit procédé présentés ci-dessous apporteront une plus grande précision à l'invention, à titre simplement illustratif et non limitatif de l'objet ou de la portée de celle-ci. PARTIE EXPERIMENTALE Exemple 1 : Réaction étape 1 en discontinu
Dans un réacteur agité de 400 ml_, on effectue une charge de 1,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium et de 220 g d'acétaldéhyde à l'état liquide. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 0C et 12 bar. La conversion atteint jusqu'à 32,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 61,0 % en 120 minutes.
Exemple 2 : Réaction étape 1 en continu
Dans un réacteur agité de 400 mL, on effectue une charge de 1 ,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium. Ensuite, l'équipement est fermé et alimenté en d'acétaldéhyde à l'état liquide (200 g/heure), pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 0C et une pression de 12 bar. La conversion atteint jusqu'à 60,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 90,0 %.
Exemple 3 : Réaction étape 2 en discontinu
Dans un réacteur de 150 mL, on effectue une charge de 100 g de butyraldéhyde et de 10 g de catalyseur de nickel de Raney. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 1000C et une pression de 20 bar. On obtient une conversion de 99,98 % et une sélectivité en butanol-1 de 98,92 %, après 30 minutes.

Claims

Revendications
1. Procédé de condensation de deux molécules d'aldéhydes en présence d'un système catalytique comprenant un composé solide acide ou basique et d'un composé métallique, à une température située entre 1O0C et 3000C et une pression comprise entre 0,01 et 200 bar, en présence d'hydrogène.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le composé solide acide ou basique est du zéolite, argile, céramique, résine, ou minéral.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé solide acide est choisi dans le groupe comprenant les résines d'acides sulfoniques, les résines carboxyliques, les résines phosphoriques, les oxydes minéraux tels que les zircones sulfatées, les argiles acides telles que les montmorillonites et les zéolites, tels que les H-ZSM5, et H-Y.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé solide basique est choisi dans le groupe comprenant les composés portant en surface des fonctions hydroxydes ou des fonctions aminées, des carbonates, des oxydes métalliques tels que les phosphate ou oxydes de lanthane, les argiles basiques telles que les hydroxydes double lamellaires (LDH).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composé métallique est à base de Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, et/ou Au.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composé métallique est un métal à l'état réduit.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composé métallique est présent dans des proportions comprises entre 0,001 % et 30 % en poids, plus préférentiellement entre 0,01 % et 10 % en poids, par rapport au poids du composé solide acide ou basique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système catalytique comprend un composé solide acide ou basique sur lequel le composé métallique est supporté en surface.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la quantité de système catalytique varie entre 0,01 % et 60 % en poids par rapport au poids d'aldéhyde, préférentiellement entre 0,1 % et 20 % en poids, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % en poids.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température comprise entre 1O0C et 2000C, plus préférentiellement entre 3O0C et 15O0C1 encore plus préférentiellement entre 8O0C et 12O0C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la réaction étape est effectuée à une pression comprise entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement entre 8 et 15 bar.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'aldéhyde est choisi dans le groupe comprenant l'acétaldéhyde, le butyraldéhyde et le propionaldéhyde.
13. Procédé de fabrication d'un alcool par réaction d'un aldéhyde condensé obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel on fait réagir l'aldéhyde condensé avec de l'hydrogène en phase gazeuse ou liquide en présence d'un catalyseur d'hydrogénation.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'alcool est du butanol-1.
15. Produit susceptible d'être obtenu par condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
16. Alcool susceptible d'être obtenu à partir de l'hydrogénation du produit obtenu de la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
PCT/IB2008/003407 2007-12-14 2008-12-10 Procede d'obtention d'alcool a partir d'un aldehyde WO2009077831A1 (fr)

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