WO2024017513A1 - Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen in der gasphase - Google Patents

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WO2024017513A1
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hydroformylation
catalyst system
olefins
support
reactor
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PCT/EP2023/060906
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Robert Franke
Linda ARSENJUK
Vinzenz FLEISCHER
Corina NENTWICH
Frank Stenger
Marc Oliver Kristen
Peter Kreis
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Evonik Oxeno Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the hydroformylation of short-chain olefins, in particular C2 to C8 olefins, in which the catalyst system, which comprises a metal from the 8th or 9th group of the periodic table of the elements, at least one organic phosphorus-containing ligand and a stabilizer , heterogenized on a support made of a porous ceramic material, the support consisting of a bed of SiC shaped bodies in which the proportion of pores with a pore diameter in the range between 10 nm to 1000 nm, based on the total amount of pores in the SiC moldings, 20 to 70%, preferably 25 to 50%.
  • the catalyst system which comprises a metal from the 8th or 9th group of the periodic table of the elements, at least one organic phosphorus-containing ligand and a stabilizer , heterogenized on a support made of a porous ceramic material, the support consisting of a bed of SiC shaped bodies in which the proportion of pores with a pore diameter
  • Hydroformylation is one of the most important reactions in large-scale chemistry, with an annual global production capacity of several million tons.
  • Alkenes olefins
  • carbon monoxide and hydrogen also: synthesis gas or syngas
  • aldehydes which are important and valuable intermediates in the production of chemical mass products such as alcohols, esters or plasticizers.
  • the soluble transition metal catalyst systems are usually based on cobalt or rhodium, which is often used with phosphorus-containing ligands, for example phosphines or phosphites, for the hydroformylation of relatively short-chain olefins.
  • heterogenization and immobilization are therefore to be understood as meaning that the catalyst is immobilized by forming a thin liquid film using an ionic liquid on the surface and/or in the pores of a solid support material and that there is no reaction solution in the classic sense in which the catalyst is homogeneous is solved.
  • Hydroformylation processes in which the catalyst occurs heterogenized on a support material are disclosed, for example, in WO 2015/028284 A1, EP 3 632 885 A1, EP 3 744 707 A1, EP 3 632 886 A1 or EP 3 736 258 A1.
  • the object of the present invention was therefore to provide a process for the hydroformylation of olefins which does not have the aforementioned problems.
  • support should be provided that is easy to obtain and does not have to be produced specifically for this purpose.
  • a catalyst system is used in the hydroformylation, the catalyst system being heterogenized on a support which consists of a bed of SiC moldings in which the proportion of pores with a pore diameter in the range between 10 nm to 1000 nm, based on the total amount of pores in the SiC moldings, is 20 to 70%, preferably 25 to 50%.
  • An object of the present invention is therefore a process for the hydroformylation of C2 to C8 olefins in a reaction zone using a heterogenized catalyst system, the process being characterized in that a gaseous feed mixture containing the C2 to C8 olefins together with synthesis gas over a support made of a porous ceramic material on which the catalyst system, which comprises a metal from the 8th or 9th group of the periodic table of the elements, at least one organic phosphorus-containing ligand, a stabilizer, is present in heterogenized form; and the support consists of a bed of SiC moldings in which the proportion of pores with a pore diameter in the range between 10 nm to 1000 nm, based on the total amount of pores in the SiC moldings, is 20 to 70%, preferably 25 to is 50%.
  • All mixtures which comprise C2 to C8 olefins, preferably C2 to C5 olefins, in particular ethene, propene, 1-butene, 2-butene, 1-pentene or 2-pentene, as starting materials can be used as the feed mixture.
  • the amount of olefins in the feed mixtures should understandably be high enough to be able to operate a hydroformylation reaction economically.
  • the feed mixtures that can be used in the process according to the invention also include, in particular, technical mixtures from the petrochemical industry, such as raffinate streams (raffinate I, II or III) or crude butane.
  • raw butane comprises 5 to 40% by weight of butenes, preferably 20 to 40% by weight of butenes (the butenes are composed of 1 to 20% by weight of 1-butene and 80 to 99% by weight of 2 -Butene) and 60 to 95% by weight of butanes, preferably 60 to 80% by weight of butanes.
  • the process according to the invention is carried out in at least one reactor in which the hydroformylation according to the invention takes place.
  • the support with the heterogenized catalyst system is arranged in the at least one reactor.
  • the process can also be carried out in several reactors, which can be connected in parallel or in series. In this case, the reactors are preferably connected in parallel and used alternately.
  • An example of a suitable reactor type is conventional tube bundle reactors.
  • the hydroformylation is preferably carried out under the following conditions:
  • the temperature during the hydroformylation should be in the range of 65 to 200 °C, preferably 75 to 175 °C and particularly preferably 85 to 150 °C.
  • the temperature can be adjusted using a suitable cooling device, for example a cooling jacket.
  • the pressure should not exceed 35 bar, preferably 30 bar, particularly preferably 25 bar during the hydroformylation.
  • the molar ratio between synthesis gas and the feed mixture should be between 6:1 and 1:1, preferably between 5:1 and 3:1.
  • the feed mixture can be diluted with inert gas, for example with the alkanes found in technical hydrocarbon streams.
  • the catalyst system used in the hydroformylation process according to the invention preferably comprises a transition metal from Group 8 or 9 of the Periodic Table of the Elements, in particular iron, ruthenium, iridium, cobalt or rhodium, further preferably cobalt and rhodium, particularly preferably at least one organic phosphorus-containing ligand and a stabilizer.
  • the stabilizer is preferably an organic amine compound, particularly preferably an organic amine compound, which contains at least one 2,2,6,6-tetramethylpiperidine unit according to formula (I):
  • the stabilizer is selected from the group consisting of the compounds of the following formulas (1.1), (I.2), (I.3), (I.4), (I.5) , (I.6), (I.7) and (I.8). where n corresponds to an integer from 1 to 20;
  • n corresponds to an integer from 1 to 12; where n corresponds to an integer from 1 to 17; where R corresponds to a C6 to C20 alkyl group.
  • the gas solubility for the reactants should be better than the gas solubility of the products. This means one can Partial material separation between the educt olefins used and the product aldehydes formed can be achieved. In principle, other film-forming substances would also be conceivable, but care must be taken to ensure that there is no increased formation of high boilers and/or that the tracking of the reactant fines is restricted.
  • the organic phosphorus-containing ligand for the catalyst system according to the invention can be selected from the ligands known for hydroformylation.
  • suitable ligands are known to those skilled in the art from the patent and specialist literature, for example mono- or biphosphite ligands.
  • the organic phosphorus-containing ligand preferably has a biphosphite structure according to the general formula (II).
  • R' - A - R" - A - R"' (II) where R', R" and R"' are each organic residues and both A are each a bridging -O-P(-O)2- group, where two of the three oxygen atoms -O- are each bonded to the radical R' and the radical R"', with the proviso that R' and R"' are not identical.
  • the organic radicals R', R" and R"' preferably do not contain a terminal trialkoxysilane group.
  • R', R" and R"' in the compound of formula (VI) are preferably selected from substituted or unsubstituted 1,1'-biphenyl, 1,1'-binaphthyl and ortho-phenyl groups, in particular from substituted or unsubstituted 1,1'-biphenyl groups, with the proviso that R' and R"' are not identical.
  • the substituted 1,1'-biphenyl groups in the 3,3'- and/or 5,5'-position of the 1,1'-biphenyl base body have an alkyl group and/or an alkoxy group, in particular a C1-C4-alkyl group, particularly preferably a tert.
  • the aforementioned catalyst system is present heterogenized on a support made of a porous ceramic material.
  • the expression “heterogenized on a support” is to be understood as meaning that the catalyst system is immobilized by forming a thin, solid or liquid film using the stabilizer on the inner and/or outer surface of a solid support material.
  • the film can also be solid at room temperature and liquid under reaction conditions.
  • the inner surface of the solid carrier material includes in particular the inner surface of the pores.
  • Immobilization conceptually includes both the case that the catalyst system and/or the catalytically active species are present dissolved in the solid or liquid film, as well as the cases that the stabilizer acts as an adhesion promoter or that the catalyst system is adsorbed on the surface, but not chemically or covalently bound on the surface.
  • the support according to the present invention onto which the catalyst system is applied, consists of silicon carbide (SiC).
  • the support also consists of a bed of SiC moldings in which the proportion of pores with a pore diameter in the range between 10 nm to 1000 nm, based on the total amount of pores in the SiC moldings, is 20 to 70%, preferably 25 to is 50%.
  • Such shaped bodies can be shaped differently, for example in the form of trilobes, rings, spheres, cylinders, or the like.
  • the size of the SiC moldings can be 0.1 mm to 50 mm.
  • Such shaped bodies are commercially available and can be produced, for example, by extrusion.
  • a washcoat is described in older applications. This additional step can be dispensed with within the scope of the present invention. So no washcoat is applied, i.e. H. the SiC moldings do not have a wash coat.
  • the catalyst system is applied to the support, i.e. the SiC moldings.
  • a catalyst solution is first prepared by mixing, in particular at room temperature and ambient pressure, the catalyst solution containing at least one organic phosphorus-containing ligand, at least one metal precursor, for example chlorides, oxides, carboxylates of the respective metal, at least one stabilizer and at least one solvent includes.
  • an ionic liquid can be used in the production of the catalyst system, but the catalyst solution can also be prepared explicitly without ionic liquid.
  • the catalyst solution should be prepared in particular in an inert environment, for example a glovebox.
  • an inert environment means an atmosphere that is as free of water and oxygen as possible.
  • the solvent can be selected from all solvent classes (protic, aprotic, polar or non-polar).
  • the prerequisite for the solvent is the solubility of the catalyst system (ligand, metal precursor, stabilizer and optionally the ionic liquid) and preferably also the high boilers formed during hydroformylation.
  • the solubility can be increased within the immobilization step by heating.
  • the solvent is preferably aprotic, polar, such as. B. acetonitrile and ethyl acetate or also aprotic, non-polar such as. B. THF and diethyl ether. Also chlorinated hydrocarbons such as B. Dichloromethane or aldehydes can be used as solvents.
  • the catalyst solution produced in this way is then brought into contact with the support (optionally including washcoat), for example by immersion (dip coating) or by filling a pressure vessel, for example directly in the reactor (in-situ impregnation). If the catalyst solution is applied outside the reactor, the support must of course be installed back into the reactor after the solvent has been separated off.
  • the catalyst solution is preferably applied directly in the reactor to the support with the washcoat because this can avoid potentially time-consuming installation and removal steps as well as possible contamination of the catalyst.
  • the reactor can be flushed with an inert gas, for example a noble gas, alkanes or nitrogen, before filling.
  • the flushing can be carried out at 1 to 25 bar, preferably under a slight excess pressure of 20 to 90 mbar, particularly preferably 30 to 60 mbar above normal pressure.
  • the reactor can be cooled with inert gas before purging to prevent the solvent in the catalyst solution to be charged from evaporating immediately. However, if the solvent has a boiling temperature that is greater than the temperature of the reactor, cooling the reactor can be omitted.
  • the reactor can be filled with the catalyst solution via the normal inlets and outlets, for example using a pump.
  • Liquid distributors or nozzles within the reactor can ensure an even distribution of the catalyst liquid, as can optional pressure loss installations or controls for the metering speed.
  • the solvent is separated off.
  • the remaining catalyst solution is first drained through the outlet of the reactor.
  • Solvent residues remaining in the reactor are then evaporated by adjusting the pressure or increasing the temperature.
  • the pressure can also be adjusted while simultaneously increasing the temperature.
  • the temperature can be 20 to 150 °C.
  • the pressure can be set to a high vacuum (10 3 to 10 -7 mbar), but depending on the solvent and temperature, overpressures of a few mbar to several bar are also conceivable.
  • the stabilizer remains heterogenized on the support with the catalyst made of the transition metal, in particular cobalt or rhodium, and the organic phosphorus-containing ligand.
  • the catalyst system can be applied to the support either directly in the reactor (in situ) or outside the reactor. If the catalyst system is applied outside the reactor, the support should always be transported in the absence of air, which can be achieved, for example, with a nitrogen countercurrent. In a preferred embodiment of the present invention, the catalyst system is applied directly in the reactor, i.e. in situ. After the solvent has been separated off, the reactor can be used immediately and charged with the feed mixture. This has the advantage that no time-consuming installation and removal steps are necessary, which would result in a longer outage of the reactor. In addition, the size of the support is no longer limited by the availability of suitable rooms with inert environments of a certain size. The size of the support can be freely selected depending on the reactor design.
  • the system in particular the reactor, can be started up using a two- or multi-stage start-up procedure, i.e. put into operation.
  • a suitable starting procedure is described, for example, in EP 3632 887.
  • a gaseous discharge which contains at least some of the product aldehydes formed and at least some of the unreacted olefins is preferably withdrawn continuously.
  • the gaseous discharge can be subjected to one or more material separation steps, in which the gaseous discharge is separated into at least one phase rich in unreacted olefins and at least one phase rich in product aldehyde.
  • the material separation can be carried out using known material separation processes, such as condensation, distillation, centrifugation, nanofiltration or a combination of several of these, preferably condensation or distillation.
  • the product aldehyde-rich phase formed in the first material separation can be fed to a second material separation, in particular a subsequent aldehyde separation, in which the product aldehyde is separated from the other substances in this phase, often alkanes and starting materials.
  • the phase rich in unreacted olefins can be returned to the hydroformylation step or, in the case of a multistage configuration, to one of the hydroformylation steps in order to also hydroformylate the olefins contained therein to the product aldehyde.
  • a purge gas stream can also be removed which has a composition that is at least similar or identical to the unreacted olefin-rich phase.
  • the purge gas stream can also be passed to the second material separation or aldehyde separation in order to separate the product aldehydes contained therein and to remove impurities (e.g. nitrogen in the synthesis gas) or inert substances (e.g. alkanes in the feed mixture) from the system.
  • impurities or inert substances can usually be removed during the second material separation as highly volatile substances, for example at the top of a column.
  • a further subject of the present invention is also a system with which the present process can be carried out and which in particular comprises a reactor in which the hydroformylation step according to the invention is carried out.
  • the system can include a material separation unit with which the gaseous discharge from the hydroformylation step is separated into at least one unreacted olefin-rich phase and at least one product aldehyde-rich phase, this material separation unit being arranged after the hydroformylation according to the invention.
  • a second material separation unit in particular an aldehyde separation unit, can be present, with which the product aldehyde is separated.
  • a commercially available SiC extrudate SiC3-E2-HP from SICAT SARL was used as support.
  • the support was then placed in a 20 cm long round reactor sleeve with a diameter of one inch (approx. 2.54 cm), with glass beads of similar size being filled above and below the granules.
  • the support was then in situ with a catalyst solution containing Rh(acac)(CO)2, bisphephos (ligand), bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate (stabilizer) and dichloromethane as solvent ( in the reactor).
  • the catalyst solution was introduced into the reactor with slight excess pressure after flushing the reactor with nitrogen. After removing the solvent from the reactor by venting and evaporation, hydroformylation was carried out.
  • a hydrocarbon stream with the following composition was used as the feed mixture:
  • the hydroformylation was carried out at a temperature of 120-130 °C and a pressure of 10-17 bar.
  • the total conversion of butenes i.e. the conversion of all butenes in the feed mixture
  • the proportion of high boilers and the n/iso-selectivity ratio of linear to branched products
  • a hydrocarbon stream with the following composition was used as the feed mixture:
  • the hydroformylation was carried out at a temperature of 120-130 °C and a pressure of 10-17 bar.
  • the total conversion of butenes i.e. the conversion of all butenes present in the feed mixture
  • the n/iso-selectivity ratio of linear to branched products

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydroformylierung von kurzkettigen Olefinen, insbesondere C2- bis C8-Olefinen, bei dem das Katalysatorsystem, welches ein Metall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente, mindestens einen organischen Phosphor-enthaltenden Liganden und einen Stabilisator umfasst, heterogenisiert auf einem Support aus einem porösen keramischen Material vorliegt, wobei der Support aus einer Schüttung aus SiC-Formkörpern besteht, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt.

Description

202200107 1
Verfahren zur Hydroformylierung von kurzkettigen Olefinen in der Gasphase
Das Projekt, das zu dieser Patentanmeldung führte, wurde im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 869896 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydroformylierung von kurzkettigen Olefinen, insbesondere C2- bis C8-Olefinen, bei dem das Katalysatorsystem, welches ein Metall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente, mindestens einen organischen Phosphorenthaltenden Liganden und einen Stabilisator umfasst, heterogenisiert auf einem Support aus einem porösen keramischen Material vorliegt, wobei der Support aus einer Schüttung aus SiC- Formkörpern besteht, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt.
Die Hydroformylierung ist mit einer jährlichen globalen Produktionskapazität von mehreren Millionen Tonnen eine der bedeutendsten Reaktionen in der großtechnischen Chemie. Dabei werden Alkene (Olefine) mit einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (auch: Synthesegas oder Syngas) unter Verwendung eines Katalysators zu Aldehyden umgewandelt, die wichtige und wertvolle Zwischenprodukte bei der Herstellung von chemischen Massenprodukten wie Alkoholen, Estern oder Weichmachern sind.
Die Hydroformylierung wird im großtechnischen Maßstab ausschließlich homogen katalysiert durchgeführt. Die löslichen Übergangsmetallkatalysatorsysteme basieren üblicherweise auf Cobalt oder Rhodium, welches oft mit Phosphor-haltigen Liganden, bspw. Phosphinen oder Phosphiten, für die Hydroformylierung von eher kurzkettigen Olefinen eingesetzt wird.
Die Probleme bei den bekannten Verfahren sind vielfältig, wobei diese Probleme insbesondere damit verknüpft sind, dass sowohl Rhodium als auch Cobalt und deren Verbindungen vergleichsweise teuer sind. Es wird ein hoher energetischer und verfahrenstechnischer Aufwand betrieben, um Katalysatorverluste während des Hydroformylierungsprozesses weitestgehend zu vermeiden, beispielsweise durch teils sehr aufwändige Katalysatorrecyclingschritte. Zudem werden Produktaufreinigungsschritte aufwendiger, um sicherzustellen, dass möglichst keine Katalysatorrückstände im Produkt verbleiben.
Weitere Probleme bei den bekannten homogen katalysierten Verfahren sind die Stabilität der Liganden, die die Bedingungen der Hydroformylierung, wie Temperatur, Druck, pH-Wert, usw., überstehen müssen, und der Verbrauch von dem verwendeten Lösemittel während des Prozesses, der durch Nachdosieren ausgeglichen werden muss.
Um die vorgenannten Probleme bei der homogen katalysierten Hydroformylierung zu umgehen, sind Hydroformylierungsverfahren entwickelt worden, bei denen das Katalysatorsystem heterogenisiert wird, insbesondere durch Immobilisierung auf einem Trägermaterial (vgl. einleitende Diskussion in der WO 2015/028284 A1). Die Begriffe Heterogenisierung und Immobilisierung sind demnach so zu verstehen, dass der Katalysator durch Ausbildung eines dünnen Flüssigkeitsfilms mithilfe einer ionischen Flüssigkeit auf der Oberfläche und/oder in den Poren eines festen Trägermaterials immobilisiert wird und keine Reaktionslösung im klassischen Sinne vorliegt, in der der Katalysator homogen gelöst ist.
Hydroformylierungsverfahren, bei denen der Katalysator auf einem Trägermaterial heterogenisiert vorkommt, sind beispielsweise in der WO 2015/028284 A1 , der EP 3 632 885 A1 , EP 3 744 707 A1 , der EP 3 632 886 A1 oder der EP 3 736 258 A1 offenbart.
Das Problem an den bekannten heterogenisierten Katalysatorsystemen ist, dass die dabei eingesetzten Supports, auf die das Katalysator aufgebracht wird, nicht oder nur schwer kommerziell zu erhalten sind. Stattdessen muss ein solcher Support, beispielsweise ein monolithischer Block, der ggf. noch Kanäle enthält, gezielt und aufwändig nur für diesen Einsatzzweck produziert werden. Das erhöht nicht nur die Kosten, sondern birgt auch das Risiko, dass der Support nicht sofort bezogen und eingesetzt werden kann. Dadurch können Produktionsausfälle drohen. Weiterhin ist die Größe der monolithischen Strukturen durch ihre mechanische Stabilität begrenzt, was einen Limitierung im Reaktordesign bedeutet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein Verfahren zur Hydroformylierung von Olefinen bereitzustellen, welches die vorgenannten Probleme nicht aufweist. Es sollte insbesondere ein Support bereitgestellt werden, der einfach zu beziehen ist und nicht speziell für diesen Einsatzzweck produziert werden muss.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, dass bei der Hydroformylierung ein Katalysatorsystem verwendet wird, wobei Katalysatorsystem heterogenisiert auf einem Support, welcher aus einer Schüttung aus SiC-Formkörpern besteht, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Hydroformylierung von C2- bis C8-Olefine in einer Reaktionszone unter Verwendung eines heterogenisierten Katalysatorsystems, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein gasförmiges Einsatzgemisch, welches die C2- bis C8-Olefine enthält, zusammen mit Synthesegas über einen Support aus einem porösen keramischen Material, auf dem das Katalysatorsystem, welches ein Metall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente, mindestens einen organischen Phosphor-enthaltenden Liganden, einen Stabilisator umfasst, heterogenisiert vorliegt, geleitet wird; und der Support aus einer Schüttung aus SiC-Formkörpern besteht, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt. Als Einsatzgemisch können alle Gemische eingesetzt werden, die C2- bis C8-Olefine, vorzugsweise C2- bis C5-Olefine, insbesondere Ethen, Propen, 1-Buten, 2-Buten, 1-Penten oder 2-Penten, als Edukte umfassen. Die Menge an Olefinen in den Einsatzgemischen sollte verständlicherweise hoch genug sein, um eine Hydroformylierungsreaktion wirtschaftlich betreiben zu können. Zu den in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Einsatzgemischen gehören insbesondere auch technische Gemische der petrochemischen Industrie, wie beispielsweise Raffinatströme (Raffinat I, II oder III) oder Rohbutan. Rohbutan umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung 5 bis 40 Gew.-% Butene, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% Butene (die Butene setzen sich zusammen aus 1 bis 20 Gew.-% 1-Buten und 80 bis 99 Gew.-% 2-Buten) und 60 bis 95 Gew.- % Butane, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.-% Butane.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in mindestens einem Reaktor, in dem die erfindungsgemäße Hydroformylierung stattfindet, durchgeführt. In dem mindestens einen Reaktor ist der Support mit dem heterogenisierten Katalysatorsystem angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren auch in mehrere Reaktoren, die parallel oder in Reihe geschaltet vorliegen können, durchgeführt werden. Vorzugsweise sind die Reaktoren in diesem Fall parallel geschaltet und werden alternierend verwendet. Ein Beispiel für einen geeigneten Reaktortyp sind herkömmliche Rohrbündelreaktoren.
Die Hydroformylierung wird vorzugsweise bei den folgenden Bedingungen durchgeführt: Die Temperatur bei der Hydroformylierung sollte im Bereich von 65 bis 200 °C, vorzugsweise 75 bis 175 °C und besonders bevorzugt 85 bis 150 °C liegen. Die Temperatur kann über einen geeignete Kühlvorrichtung, beispielsweise einen Kühlmantel eingestellt werden. Der Druck sollte 35 bar, vorzugsweise 30 bar, besonders bevorzugt 25 bar während der Hydroformylierung nicht überschreiten. Das molare Verhältnis zwischen Synthesegas und dem Einsatzgemisch sollte zwischen 6:1 und 1 :1 , vorzugsweise zwischen 5:1 und 3:1 liegen. Optional kann das Einsatzgemisch mit Inertgas verdünnt werden, beispielsweise mit den in technischen Kohlenwasserstoffströmen befindlichen Alkanen.
Das bei dem erfindungsgemäßen Hydroformylierungsverfahren eingesetzte Katalysatorsystem umfasst vorzugsweise ein Übergangsmetall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere Eisen, Ruthenium, Iridium, Cobalt oder Rhodium, weiterhin bevorzugt Cobalt und Rhodium, besonders bevorzugt mindestens einen organischen Phosphor-enthaltenden Liganden und einen Stabilisator.
Der Stabilisator ist vorzugsweise eine organische Aminverbindung, besonders bevorzugt eine organische Aminverbindung, die mindestens eine 2,2,6,6-Tetramethylpiperidineinheit nach Formel (I) enthält:
Figure imgf000005_0001
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Stabilisator ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Verbindungen der nachfolgenden Formeln (1.1), (I.2), (I.3), (I.4), (I.5), (I.6), (I.7) und (I.8).
Figure imgf000005_0002
wobei n einer ganzen Zahl von 1 bis 20 entspricht;
Figure imgf000005_0003
Figure imgf000006_0001
wobei n einer ganzen Zahl von 1 bis 12 entspricht;
Figure imgf000006_0002
wobei n einer ganzen Zahl von 1 bis 17 entspricht;
Figure imgf000006_0003
wobei R einer C6- bis C20-Alkylgruppe entspricht.
Für alle filmbildenden Komponenten, d. h. in diesem Fall der Stabilisator, sollte die Gaslöslichkeit für die Reaktanden besser sein als die Gaslöslichkeit der Produkte. Bereits dadurch kann eine partielle Stofftrennung zwischen eingesetzten Eduktolefinen und gebildeten Produktaldehyden erreicht werden. Grundsätzlich wären dafür auch andere filmbildende Substanzen denkbar, allerdings ist darauf zu achten, dass es nicht zu einer erhöhten Hochsiederbildung kommt und/oder die Nachführung der Eduktoiefine eingeschränkt wird.
Der organische Phosphor-enthaltende Ligand für das erfindungsgemäße Katalysatorsystem kann aus den für die Hydroformylierungen bekannten Liganden ausgewählt werden. Eine Vielzahl geeigneter Liganden ist dem Fachmann aus der Patent- und Fachliteratur bekannt, beispielsweise Mono- oder Biphosphitliganden. Der organische Phosphor-enthaltende Ligand weist vorzugsweise gemäß der allgemeinen Formel (II) eine Biphosphitstruktur auf
R‘ — A — R“ — A — R“‘ (II) wobei R‘, R“ und R“‘ jeweils organische Reste sind und beide A jeweils eine brückende -O-P(-O)2- Gruppe sind, wobei zwei der drei Sauerstoffatome -O- jeweils an Rest R‘ und den Rest R“‘ gebunden sind, mit der Maßgabe das R‘ und R“‘ nicht identisch sind. Die organischen Reste R‘, R“ und R“‘ enthalten vorzugsweise keine endständige Trialkoxysilangruppe.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind R‘, R“ und R“‘ in der Verbindung der Formel (VI), vorzugsweise ausgewählt aus substituierten oder unsubstituierten 1 , 1 '-Biphenyl-, 1 , 1 '-Binaphthyl- und ortho-Phenylgruppen, insbesondere aus substituierten oder unsubstituierten 1 ,1'- Biphenylgruppen, mit der Maßgabe das R‘ und R“‘ nicht identisch sind. Besonders bevorzugt weisen die substituierten 1 ,1 '-Biphenylgruppen in 3,3'- und/oder 5,5'-Stellung des 1 ,1 '- Biphenylgrundkörpers eine Alkylgruppe und/oder eine Alkoxygruppe auf, insbesondere eine C1- C4-Alkylgruppe, besonders bevorzugt eine tert. -Butyl- und/oder Methylgruppe und/oder bevorzugt einen C1-C5-Alkoxgruppe, besonders bevorzugt eine Methoxygruppe.
Das vorgenannte Katalysatorsystem liegt erfindungsgemäß heterogenisiert auf einem Support aus einem porösen keramischen Material vor. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck „heterogenisiert auf einem Support“ so zu verstehen, dass das Katalysatorsystem durch Ausbildung eines dünnen, festen oder flüssigen Films mithilfe des Stabilisators auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche eines festen Trägermaterials immobilisiert wird. Der Film kann auch bei Raumtemperatur fest und bei Reaktionsbedingungen flüssig sein.
Die innere Oberfläche des festen Trägermaterials umfasst insbesondere die innere Oberfläche der Poren. Immobilisierung umfasst begrifflich sowohl den Fall, dass das Katalysatorsystem und/oder die katalytisch aktive Spezies gelöst in dem festen oder flüssigen Film vorliegen, als auch die Fälle, dass der Stabilisator als Haftvermittler wirkt oder dass das Katalysatorsystem auf der Oberfläche adsorbiert wird, nicht jedoch chemisch bzw. kovalent gebunden auf der Oberfläche vorliegt.
Es liegt erfindungsgemäß also keine Reaktionslösung im klassischen Sinne vor, in der der Katalysator homogen gelöst ist, sondern das Katalysatorsystem befindet sich dispers verteilt auf der Oberfläche und/oder in den Poren des Supports. Der Support gemäß der vorliegenden Erfindung, auf den das Katalysatorsystem aufgebracht wird, besteht aus Siliciumcarbid (SiC). Der Support besteht weiterhin aus einer Schüttung aus SiC- Formkörpern, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt. Derartige Formkörper können unterschiedlich geformt sein, beispielsweise in Form von Trilobes, Ringen, Kugeln, Zylindern, oder ähnliches. Die Größe der SiC-Formkörper kann dabei 0,1 mm bis 50 mm betragen. Solche Formkörper sind kommerziell erhältlich und können beispielsweise mittels Extrusion hergestellt werden.
Zur Herstellung des Supports wird in älteren Anmeldungen das Aufbringen eines Washcoats beschrieben. Auf diesen zusätzlichen Schritt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verzichtet werden. Es wird also kein Washcoat aufgebracht, d. h. die SiC-Formkörperweisen keinen Waschcoat auf. Auf den Support, also die SiC-Formkörper wird das Katalysatorsystem aufgebracht. Dazu wird zunächst eine Katalysatorlösung durch Mischen, insbesondere bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck, hergestellt, wobei die Katalysatorlösung mindestens einen organischen Phosphor-haltigen Ligand, mindestens einen Metall-Precursor, beispielsweise Chloride, Oxide, Carboxylate des jeweiligen Metalls, mindestens einen Stabilisator und mindestens ein Lösemittel umfasst. Optional kann bei der Herstellung des Katalysatorsystems eine ionische Flüssigkeit verwendet werden, die Katalysatorlösung kann aber auch explizit ohne ionische Flüssigkeit angesetzt werden. Die Herstellung der Katalysatorlösung sollte insbesondere in einer inerten Umgebung, bspw. einer Glovebox erfolgen. Inerte Umgebung heißt in diesem Fall eine möglichst Wasser- und Sauerstoff-freie Atmosphäre.
Das Lösemittel kann aus allen Lösemittelklassen gewählt werden (protisch, aprotisch, polar oder unpolar) Voraussetzung für das Lösemittel ist die Löslichkeit von Katalysatorsystem (Ligand, Metall Precursor, Stabilisator und optional die ionische Flüssigkeit) und bevorzugt auch der bei der Hydroformylierung entstehenden Hochsieder. Die Löslichkeit kann innerhalb des Immobilisierungsschrittes durch Aufheizen erhöht werden.
Das Lösemittel ist vorzugsweise aprotisch, polar, wie z. B. Acetonitril und Ethylacetat oder aber auch aprotisch, unpolar wie z. B. THF und Dietehylether. Auch Chlorkohlenwasserstoffe wie z. B. Dichlormethan oder Aldehyde können als Lösemittel verwendet werden.
Die so hergestellte Katalysatorlösung wird dann mit dem Support (optional inkl. Washcoat) in Kontakt gebracht, beispielsweise durch Eintauchen (Dip-Coating) oder durch Befüllen eines Druckgefäßes, beispielsweise direkt im Reaktor (in-situ-lmprägnierung). Sofern das Aufbringen der Katalysatorlösung außerhalb des Reaktors erfolgt, muss der Support nach Abtrennen des Lösemittels natürlich wieder in den Reaktor eingebaut werden. Bevorzugt wird die Katalysatorlösung direkt im Reaktor auf den Support mit dem Washcoat aufgebracht, weil dadurch möglicherweise zeitaufwändige Ein- und Ausbauschritte sowie eine mögliche Kontamination des Katalysators vermieden werden können. Bei der in-situ-lmprägnierung kann der Reaktor vor dem Befüllen mit einem Inertgas, beispielsweise einem Edelgas, Alkane oder Stickstoff, gespült werden. Das Spülen kann bei 1 bis 25 bar durchgeführt werden, vorzugsweise unter leichtem Überdruck von 20 bis 90 mbar, besonders bevorzugt 30 bis 60 mbar über Normaldruck. Der Reaktor kann vor dem Spülen mit Inertgas abgekühlt werden, um zu verhindern, dass das Lösemittel der einzufüllenden Katalysatorlösung sofort verdampft. Weist das Lösemittel jedoch eine Siedetemperatur auf, die größer ist als die Temperatur des Reaktors kann das Abkühlen des Reaktors entfallen.
Das Befüllen des Reaktors mit der Katalysatorlösung kann über die normalen Ein- bzw. Ausgänge erfolgen, beispielsweise mittels einer Pumpe. Flüssigkeitsverteiler oder Düsen innerhalb des Reaktors können für eine gleichmäßige Verteilung der Katalysatorflüssigkeit sorgen, ebenso wie optional vorliegende Druckverlusteinbauten oder Regelungen für die Dosiergeschwindigkeit.
Nach dem Aufbringen des Katalysatorsystems wird das Lösemittel abgetrennt. Dabei wird zunächst die restliche Katalysatorlösung über den Auslass des Reaktors abgelassen. Danach werden im Reaktor verbliebene Lösemittelreste durch Einstellen des Drucks oder Erhöhung der Temperatur verdampft. Die Einstellung des Drucks kann in einer anderen Ausführungsform auch unter gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur durchgeführt werden. Die Temperatur kann in Abhängigkeit vom Lösemittel 20 bis 150 °C betragen. Der Druck kann in Abhängigkeit vom Lösemittel auf ein Hochvakuum (103 bis 10-7 mbar) eingestellt werden, je nach Lösemittel und Temperatur sind aber auch Überdrücke von einigen mbar bis zu mehreren bar denkbar.
Der Stabilisator verbleibt mit dem Katalysator aus dem Übergangsmetall, insbesondere Cobalt oder Rhodium, und dem organischen Phosphor-haltigen Liganden heterogenisiert auf dem Support.
Das Aufbringen des Katalysatorsystem auf den Support kann sowohl direkt im Reaktor (in situ) oder außerhalb des Reaktors erfolgen. Wird das Katalysatorsystem außerhalb des Reaktors aufgebracht, sollte der Support immer unter Luftabschluss transportiert werden muss, was beispielsweise mit einem Stickstoffgegenstrom realisiert werden. Das Aufbringen des Katalysatorsystems wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung direkt im Reaktor, also in situ, aufgebracht. Nach dem Abtrennen des Lösemittels kann der Reaktor sofort eingesetzt werden und mit dem Einsatzgemisch beschickt werden. Das hat den Vorteil, dass keine zeitaufwändigen Ein- und Ausbauschritte notwendig sind, die einen längeren Ausfall des Reaktors zur Folge hätten. Zudem ist die Größe des Supports dann nicht mehr dadurch limitiert, dass geeignete Räumlichkeiten mit inerten Umgebungen einer bestimmten Größe vorliegen. Die Größe des Supports kann in Abhängigkeit vom Reaktordesign frei gewählt werden.
Nach erfolgtem Aufbringen des Katalysatorsystems auf den Support und erfolgter Abtrennung des Lösemittels kann die Anlage, insbesondere der Reaktor durch eine zwei- oder mehrstufige Anfahrprozedur hochgefahren werden, also in den Betrieb überführt werden. Eine geeignete Anfahrprozedur ist beispielsweise in der EP 3632 887 beschrieben. Aus der Reaktionszone, in der die erfindungsgemäße Hydroformylierung durchgeführt wird, wird vorzugsweise kontinuierlich ein gasförmiger Austrag entnommen, der mindestens einen Teil der entstandenen Produktaldehyde und mindestens einen Teil der nicht umgesetzten Olefine enthält. Der gasförmige Austrag kann einem oder mehreren Stofftrennungsschritt(en) unterworfen werden, bei der der gasförmige Austrag in mindestens eine an nicht umgesetzten Olefinen-reiche Phase und mindestens eine Produktaldehyd-reiche Phase getrennt wird.
Die Stofftrennnung kann mit bekannten Stofftrennungsverfahren, wie Kondensation, Destillation, Zentrifugation, Nanofiltration oder Kombination von mehreren davon, vorzugsweise Kondensation oder Destillation, durchgeführt werden.
Im Falle einer mehrstufigen Stofftrennung kann die bei der ersten Stofftrennung gebildete Produktaldehyd-reiche Phase einer zweiten Stofftrennung, insbesondere einer nachfolgenden Aldehydabtrennung zugeführt werden, bei der das Produktaldehyd von den anderen in dieser Phase befindlichen Stoffen, häufig Alkane und Eduktoiefine, abgetrennt wird. Die an nicht umgesetzten Olefin-reiche Phase kann zu dem Hydroformylierungsschritt oder in Falle einer mehrstufigen Ausgestaltung zu einer der Hydroformylierungsschritten zurückgeführt werden, um die darin enthaltenen Olefine auch noch zum Produktaldehyd zu hydroformylieren.
Bei der Stofftrennung kann neben den genannten Phasen auch ein Purgegasstrom entnommen werden, der eine zur an nicht umgesetzten Olefin-reiche Phase zumindest ähnliche oder identische Zusammensetzung aufweist. Der Purgegasstrom kann ebenfalls zur zweiten Stofftrennung bzw. Aldehydabtrennung geleitet werden, um die darin enthaltenen Produktaldehyde abzutrennen und um Verunreinigungen (z. B. Stickstoff im Synthesegas) oder inerte Substanzen (z. B. Alkane im Einsatzgemisch) aus dem System auszutragen. Die Verunreinigungen oder inerte Substanzen können üblicherweise bei der zweiten Stofftrennung als leichtflüchtige Stoffe, beispielsweise am Kopf einer Kolonne, abgenommen werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Anlage mit der das vorliegende Verfahren durchgeführt werden kann und welches insbesondere einen Reaktor, in dem der erfindungsgemäße Hydroformylierungsschritt durchgeführt wird umfasst. Zusätzlich kann die Anlage eine Stofftrennungseinheit umfassen, mit der der gasförmige Austrag des Hydroformylierungsschritts in mindestens eine an nicht umgesetzten Olefin reiche Phase und mindestens eine Produktaldehyd-reiche Phase getrennt wird, wobei diese Stofftrennungseinheit nach der erfindungsgemäßen Hydroformylierung angeordnet ist. Stromabwärts der ersten Stofftrennung kann eine zweite Stofftrennungseinheit, insbesondere eine Aldehydabtrennungseinheit, vorliegen, mit der der Produktaldehyd abgetrennt wird.
Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keinesfalls als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in analoger Weise erhältlich.
Beispiele:
Beispiel 1 :
Als Support wurde ein kommerziell erhältliches SiC-Extrudat SiC3-E2-HP von der Firma SICAT SARL eingesetzt. Der Support wurde anschließend in eine 20 cm lange runde Reaktorhülse mit einem Durchmesser von einem Zoll (ca. 2,54 cm) eingebracht, wobei ober- und unterhalb des Granulats Glasperlen ähnlicher Größe eingefüllt wurden. Der Support wurde dann mit einer Katalysatorlösung, enthaltend Rh(acac)(CO)2, Bisphephos (Ligand), Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4- piperidyl)sebacat (Stabilisator) und Dichlormethan als Lösemittel in situ (im Reaktor) beaufschlagt. Dazu wurde die Katalysatorlösung nach dem Spülen des Reaktors mit Stickstoff mit leichtem Überdruck in den Reaktor eingeleitet. Nach dem Entfernen des Lösemittels aus dem Reaktor durch Ablassen und Verdampfen wurde die Hydroformylierung durchgeführt.
Als Einsatzgemisch wurde ein Kohlenwasserstoffstrom mit der folgenden Zusammensetzung verwendet:
Figure imgf000011_0001
Das Einsatzgemisch wurde zusammen mit Synthesegas (molares Verhältnis Synthesegas : Einsatzgemisch = 3,5 : 1) zur Hydroformylierung mit einem Gesamtmassenstrom von 12,8 g/h in den Reaktor geleitet. Die Hydroformylierung wurde bei einer Temperatur von 120-130 °C und einem Druck von 10-17 bar durchgeführt. Der Gesamtumsatz an Butenen (also der Umsatz aller im Einsatzgemisch befindlichen Butene), der Anteil an Hochsiedern und die n/iso-Selektivität (Verhältnis von linearen zu verzweigten Produkten) wurde gaschromatographisch über die Produktzusammensetzung ermittelt.
Nach einer Versuchsdauer von 250 Stunden betrug der Gesamtumsatz an Butenen 51% und die n/iso-Selektivität 95%. Der Hochsiederanteil betrug maximal 0,04 Gew.-%. Beispiel 2:
Die Durchführung erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben. Es wurde jedoch als Support ein kommerziell erhältliches SiC-Extrudat SiC4-E2-HP von der Firma SICAT SARL eingesetzt.
Als Einsatzgemisch wurde ein Kohlenwasserstoffstrom mit der folgenden Zusammensetzung verwendet:
Figure imgf000012_0001
Das Einsatzgemisch wurde zusammen mit Synthesegas (molares Verhältnis Synthesegas : Einsatzgemisch = 3,5 : 1) zur Hydroformylierung mit einem Gesamtmassenstrom von 12,8 g/h in den Reaktor geleitet. Die Hydroformylierung wurde bei einer Temperatur von 120-130 °C und einem Druck von 10-17 bar durchgeführt. Der Gesamtumsatz an Butenen (also der Umsatz aller im Einsatzgemisch befindlichen Butene) und die n/iso-Selektivität (Verhältnis von linearen zu verzweigten Produkten) wurde gaschromatographisch über die Produktzusammensetzung ermittelt.
Nach einer Versuchsdauer von 280 Stunden betrug der Gesamtumsatz an Butenen 46% und die n/iso-Selektivität 95%. Der Hochsiederanteil betrug maximal 0,04 Gew.-%.
Es konnte in den beiden Beispielen 1 und 2 gezeigt werden, dass kommerziell erhältliche SiC- Formkörper als Support eingesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Hydroformylierung von C2- bis C8-Olefinen in einer Reaktionszone unter Verwendung eines heterogenisierten Katalysatorsystems, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein gasförmiges Einsatzgemisch, welches die C2- bis C8-Olefine enthält, zusammen mit Synthesegas über einen Support aus einem porösen keramischen Material, auf dem das Katalysatorsystem, welches ein Metall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente, mindestens einen organischen Phosphor-enthaltenden Liganden, einen Stabilisator umfasst, heterogenisiert vorliegt, geleitet wird; und der Support aus einer Schüttung aus SiC-Formkörpern besteht, bei denen der Anteil der Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich zwischen 10 nm bis 1000 nm, bezogen auf die Gesamtmenge an Poren in den SiC-Formkörpern, 20 bis 70 %, vorzugsweise 25 bis 50 % beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei auf die SiC-Formkörper kein Washcoat aufgetragen wird, sondern ohne Washcoat eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der organische Phosphor-enthaltende Ligand des Hydroformylierungskatalysatorsystems vorzugsweise die allgemeine Formel (II)
R‘ — A — R“ — A — R“‘ (II) aufweist, wobei R‘, R“ und R“‘ jeweils organische Reste sind, mit der Maßgabe das R‘ und R“‘ nicht identisch sind, und beide A jeweils eine brückende -O-P(-O)2-Gruppe sind, wobei zwei der drei Sauerstoffatome -O- jeweils an Rest R‘ und den Rest R“‘ gebunden sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stabilisator eine organische Aminverbindung ist, die mindestens eine 2,2,6,6-Tetramethylpiperidineinheit nach Formel (I) enthält:
Figure imgf000013_0001
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hydroformylierung bei einer Temperatur im Bereich von 65 bis 200 °C, vorzugsweise 75 bis 175 °C und besonders bevorzugt 85 bis 150 °C, durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Druck bei der Hydroformylierung nicht größer als 35 bar, vorzugsweise nicht größer als 30 bar, besonders bevorzugt nicht größer als 25 bar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Katalysatorsystem keine ionische Flüssigkeit umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei dem Verfahren zur Hydroformylierung C4-Olefine eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei als ein Metall aus der 8. oder 9. Gruppe des Periodensystems der Elemente Rhodium eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die SiC-Formkörper eine Größe von 0,1 mm bis 50 mm aufweisen.
PCT/EP2023/060906 2022-07-19 2023-04-26 Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen in der gasphase WO2024017513A1 (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015028284A1 (de) 2013-08-28 2015-03-05 Evonik Industries Ag Katalysator und verfahren zur hydroformylierung von ungesättigten verbindungen durch silp-katalyse
EP3632885A1 (de) 2018-10-05 2020-04-08 Evonik Operations GmbH Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen in der gasphase
EP3632887A1 (de) 2018-10-05 2020-04-08 Evonik Operations GmbH Verfahren zum anfahren eines hydroformylierungsreaktors
EP3632886A1 (de) 2018-10-05 2020-04-08 Evonik Operations GmbH Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen unter verwendung eines heterogenisierten katalysatorsystems ohne ionische flüssigkeit
EP3736258A1 (de) 2018-10-05 2020-11-11 Evonik Operations GmbH Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen in alkanreichen abgasströmen
EP3744707A1 (de) 2018-10-05 2020-12-02 Evonik Operations GmbH Verfahren zur hydroformylierung von kurzkettigen olefinen im recyclestrom einer flüssigphasen-hydroformylierung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015028284A1 (de) 2013-08-28 2015-03-05 Evonik Industries Ag Katalysator und verfahren zur hydroformylierung von ungesättigten verbindungen durch silp-katalyse
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