BE1010665A3 - Catalyseurs d'hydrogenation et leur utilisation pour preparer du peroxyde d'hydrogene. - Google Patents

Catalyseurs d'hydrogenation et leur utilisation pour preparer du peroxyde d'hydrogene. Download PDF

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BE1010665A3 BE9600835A BE9600835A BE1010665A3 BE 1010665 A3 BE1010665 A3 BE 1010665A3 BE 9600835 A BE9600835 A BE 9600835A BE 9600835 A BE9600835 A BE 9600835A BE 1010665 A3 BE1010665 A3 BE 1010665A3
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Abstract

Catalyseurs d'hydrogénation à base de paladium, d'oxyde de zirconium et de silicium caractérisés en ce que la répartition entre l'oxyde de zirconium et la silice est homogène et en ce qu'ils ne sont pas sous la forme physique d'aérogels.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Catalyseurs d'hydrogénation et leur utilisation pour préparer du peroxyde d'hydrogène 
La présente invention se rapporte à des catalyseurs d'hydrogénation à base de paladium déposé sur des supports constitués de silice et d'oxyde de zirconium ainsi qu'à l'utilisation de ces catalyseurs pour préparer du peroxyde d'hydrogène. 



   La synthèse du peroxyde d'hydrogène à l'intervention de catalyseurs d'hydrogénation comprenant du paladium et de la silice est une réaction connue de longue date. 



   Par ailleurs, il a déjà été proposé dans la demande de brevet européen 0009802 de préparer le peroxyde d'hydrogène à l'intervention de catalyseurs comprenant du paladium, de l'oxyde de zirconium et de la silice dans lesquels la répartition entre les oxydes de zirconium et de silicium dans le catalyseur est inhomogène. 



   Enfin, la demande de brevet européen 0179816 décrit des catalyseurs particuliers à base de paladium, d'oxyde de zirconium et de silice dans lesquels la répartition entre les oxydes de zirconium et de silicium est homogène. La particularité de ces catalyseurs réside toutefois dans le fait qu'il s'agit de produits de type aérogels, qui sont de nature friable, et qui provoquent des problèmes de filtration lorsque le catalyseur est utilisé en phase liquide. 



   On a maintenant trouvé des catalyseurs d'hydrogénation à base de paladium, d'oxyde de zirconium et de silice dans lesquels la répartition entre le zirconium et le silicium est homogène, qui ne sont pas sous forme physique d'aérogels et qui peuvent être mis en oeuvre en phase liquide sans présenter les inconvénients de filtration observés avec les catalyseurs à base d'aérogels. En outre, les catalyseurs de l'invention présentent de façon inattendue une sélectivité catalytique largement supérieure à celle observée avec les catalyseurs à répartition inhomogène décrits dans la demande de brevet européen   0009802.   



   On entend par répartition homogène entre le zirconium et le silicium le rapport Zr/Si expérimental et théorique établi par calcul. Ce rapport est de préférence égal à 1 +/-20 %. Tout particulièrement préférés sont des rapports égaux à 1 +/-10 %. 



   Les catalyseurs de l'invention présentent généralement les compositions 

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 suivantes : Pd au minimum 5 g/kg et de préférence 10 g/kg de catalyseur ; au maximum 50 g/kg et de préférence moins de 30 g/kg de catalyseur ; ZrO2 : au minimum 10 g/kg et de préférence 20 g/kg de catalyseur ; au maximum 50 g/kg et de préférence moins de 100 g/kg de catalyseur ; 
 EMI2.1 
 Si02 : le solde. Cela représente en général au minimum 850 g/kg de catalyseur. 



  Un catalyseur donnant de bons résultats comprend : de 15 à 25 g de Pd/kg de catalyseur, de 40 à 60 g de   Zr02/kg   de catalyseur, de 945 à 915 g de   Si02/kg   de catalyseur. 



   Les catalyseurs de l'invention conviennent à tout type de catalyse 
 EMI2.2 
 d'hydrogénation. Ils sont utilisés avec de très bons résultats dans les procédés de fabrication de l'H202. 



  Un procédé de synthèse de l'H202 qui a donné des résultats particulièrement intéressants à l'intervention des catalyseurs de l'invention est le procédé de synthèse de   l'H202   connu sous le nom de procédé AO (autooxydation process) c-à-d. procédé aux anthraquinones qui est décrit notamment dans l'ouvrage   UHLMANN - 5th edition   1989, Vol. A13, p. 443 et suivantes. 



   La présente invention est illustrée par les exemples suivants : Exemple 1 R-Synthèse d'un catalyseur Pd.   ZrO/SiO,   selon l'exemple 2 de la demande de brevet européen 0 009 802. Support de silice. 



   10 g de silice amorphe, dont les caractéristiques sont précisées ci-dessous, sont portés à l'ébullition dans 100   ml   d'acide nitrique à 5 % pendant 5 min, sous agitation douce, refroidis ensuite, filtrés et lavés avec 900 ml d'eau déminéralisée jusqu'à l'obtention d'un pH neutre des eaux de lavage. Le produit de filtration humide est remis en suspension dans 45 ml d'eau déminéralisée ; on ajoute ensuite à la suspension 4.75 ml d'une solution de   PdCt   dissous dans   HCI   (25   gpd/lHCl   N) puis 0.37 ml d'une solution aqueuse 0.5 molaire en Zr (N03) 4. L'ensemble est porté à   85  C   et une solution saturée en Na2CO3 est ajoutée pour atteindre le pH final de 10, pour assurer la précipitation complète des hydroxydes. 



  3.1 ml d'une solution aqueuse de formaldéhyde à 37 % sont ensuite ajoutés à la suspension et celle-ci est agitée pendant 10 min. Le catalyseur est filtré et lavé avec environ 600 ml d'eau déminéralisée   (jusqu'à   l'obtention d'un pH neutre des eaux de lavage) ; il est finalement séché sous vide à   130-140  C   pendant 3 h. 



   Les caractéristiques du support obtenu et du catalyseur formé sont les suivantes : 

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Support Catalyseur obtenu teneur en Zr02 en g/kg (spectrométrie   d'émission)-44   surface BET en   m2/g   (adsorption/désorption de N2) 292 351 volume poreux en   cm3/g   1 2 1 25 diamètre moyen des pores en nm   9 11   teneur en Pd en g/kg (quantités mises en   oeuvre)-20   dispersion du Pd en % (adsortion/désorption du   CO)-23   surface occupée par le métal en   m2pd/gcatalyseur'20   rapport Zr/Si expérimental (spectroscopie de photoélectrons induits par rayons   X-XPS) - 0 041   théorique établi par calcul-0. 025 nombre de sites acides/gsupport (adsortion NH3) 1.

   1 1020 Exemple 2-Synthèse d'un catalyseur Pd/Si02. ZrO2, selon l'invention
10 g de support, dont les caratéristiques sont précisées ci-dessous, sont mis en suspension dans 100 ml d'eau déminéralisée. 20 ml d'une solution de PdC12 dissous dans   HCI   (10   gpd/lHCl   N) sont ajoutés à la suspension puis environ 25 ml d'une solution de NaOH N sont additionnées goutte à goutte, sous bonne agitation, en veillant à maintenir le pH aux environs de 8. Le catalyseur est ensuite filtré, lavé avec environ 600 ml d'eau déminéralisée jusqu'à l'obtention d'un pH neutre des eaux de lavage. Le catalyseur est séché à pression atmosphérique pendant 16 h environ à   100  C.   



   Support Catalyseur obtenu teneur en Zr02 en g/kg (spectrométrie d'émission) 49 49 surface BET en   m2/g   (adsorption/désorption de N2) 291 242 volume poreux en cm3/g 1.6 1 1 diamètre moyen des pores en nm 12 8 
 EMI3.1 
 teneur en Pd en g/kg (quantités mises en oeuvre)-20 dispersion du Pd en % (adsortion/désorption du CO)-10 surface occupée par le métal en m1pd/gcatalyseur - 0. 9 rapport Zr/Si expérimental (spectroscopie XPS)-0. 026 théorique établi par calcul-0 025 nombre de sites acides/gsupport   (adsortion NHg)   2.   5 1020 -   

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 Exemple 3 R-Synthèse d'un catalyseur   Pd/Si02,   selon l'exemple 2 de la demande de brevet européen 0 009 802 mais sans mise en oeuvre de Zr02. 



   La méthode utilisée est celle de l'exemple   1 R,   exception faite que l'on ajoute pas le sel de zirconium. Les caractéristiques du support mis en oeuvre et du catalyseur synthétisé sont présentées ci-dessous. 



   Support Catalyseur obtenu surface BET en m2/g (spectrométrie d'émission) 292 292 volume poreux en   cm3/g   (adsorption/désorption de N2) 1.2 1.2 diamètre moyen des pores en nm 9 9 teneur en Pd en g/kg (quantités mises en   oeuvre)-20   dispersion du Pd en % (adsortion/désorption du   CO)-10   surface occupée par le métal en   mpScatalyseur'   nombre de sites acides/gsupport (adsortion   NHg)   1.1   1020 -  
Les catalyseurs des exemples   IR,   2 et 3R ont été évalués du point de vue de leur activité et de leur sélectivité d'hydrogénation de l'amylanthraquinone (AQ)

   en solution dans un mélange   diisobutylcarbinol-Solvesso   150 La vitesse initiale de consommation d'hydrogène est mesurée et l'importance des processus de transformation de l'amylanthraquinone en amyltetrahydroquinone (ATQ), amyloxanthrone (AO) et amylanthrone (AA) de même que la transformation de l'amyltetrahydroquinone en amylhexahydrooxanthrone (ATDO) sont exprimées en fonction de la quantité de peroxyde d'hydrogène produit au cours du temps. 
 EMI4.1 
 



  Mode opératoire d'hydrogénation de l'amylanthaquinone en réacteur batch : la solution de travail (1. 0 1), constituée de 70 g/kg d'amylanthraquinone dissoute dans le mélange diisobutylcarbinol-Solvesso 150 (rapport pondéral 20/80), saturé en eau, est hydrogénée à   55  C,   sous pression constante de 1.1 bar absolu. Le catalyseur (6g/kgsolution de travail) est maintenu en suspension à l'aide d'un agitateur type turbine tournant à 1 300 rpm. 



   Mode opératoire d'évaluation des catalyseurs en réacteur d'hydrogénation continu : l'installation est constituée d'un hydrogénateur, d'un oxydateur et d'une colonne d'extraction placés en série, la solution de travail oxydée étant recyclée à l'hydrogénateur après extraction du peroxyde d'hydrogène produit par oxydation à l'oxygène de l'hydroquinone, fabriquée dans l'hydrogénateur. La solution de travail est constituée d'amylanthraquinone à 70 g/kg dans le mélange   diisobutylcarbinol (20 % vol.)-Solvesso 150 (80 % vol. ). Le volume total de   

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 solution de travail est de 1 260 ml et son débit de 6   ml/min   La température dans l'hydrogénateur est de   50 oC, la   pression d'hydrogène de 1 8 bar absolu et la concentration en catalyseur de 100 g/1.

   Le temps de séjour moyen de la solution de travail dans l'hydrogénateur est de 33 min. L'oxydateur opère à   45  C   La composition de la solution de travail est établie par chromatographie HPLC et son évolution suivie au cours du temps et en fonction de la quantité de peroxyde d'hydrogène produit. La sélectivité des catalyseurs est établie sur la base des quantités d'amylanthraquinone (AQ) transformée en amyltetrahydroquinone (ATQ), oxanthrone (AO) et anthrone (AA), et d'amylthexahydrooxanthrone (ATDO) produite à partir d'amyltetrahydroquinone, rapportées à une quantité unitaire de peroxyde d'hydrogène produit. 



   Les résultats obtenus sont les suivants : 
Catalyseur   1 R   2 3R activité catalytique relative 1.2 1.3 1.0 
 EMI5.1 
 vitesse de dégradation de l'AQ en g/kgH202 -1. 8 -1. 1 -1 9 vitesse de formation de ATQ en g/kgH202 1. 4 0 5 1 5   AO en g/kgH202   0.2   0 3   0.2   AA en g/kgH202 02   0.2 0.2 vitesse de dégradation de l'ATQ-0. 2 0. 0-0. 1 vitesse de formation de ATDO en g/kgH202 0.06 0.004 008
On peut déduire des résultats ci-dessus et plus particulièrement de la vitesse de formation de ATQ en g/kg H202 que la sélectivité d'hydrogénation de la quinone de départ est de deux à trois fois supérieure à celle obtenue avec des catalyseurs   1R   et 3R de l'art antérieur. 



   Par ailleurs on peut également constater par la vitesse de formation de l'ATDO que la formation des sous-produits est significativement réduite dans le procédé selon l'invention par comparaison avec ce qui est constaté dans les examples   1R   et 3R de l'art antérieur.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS 1-Catalyseurs d'hydrogénation à base de paladium, d'oxyde de zirconium et de silicium caractérisés en ce que la répartition entre l'oxyde de zirconium et la silice est homogène et en ce qu'ils ne sont pas sous la forme physique d'aérogels.
  2. 2-Catalyseurs selon la revendication 1 comprenant : de 15 à 25 g de paladium par kg de catalyseur, de 40 à 60 g de ZrO2 par kg de catalyseur, de 945 à 915 g de SiO2 par kg de catalyseur.
  3. 3-Procédé de fabrication de H202 dans lequel on met en oeuvre les catalyseurs selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2.
BE9600835A 1996-10-04 1996-10-04 Catalyseurs d'hydrogenation et leur utilisation pour preparer du peroxyde d'hydrogene. BE1010665A3 (fr)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0009802A1 (fr) * 1978-10-02 1980-04-16 E.I. Du Pont De Nemours And Company Catalyseur d'hydrogénation Pd/SiO2, procédé pour préparer ce catalyseur et son utilisation dans la production du peroxyde d'hydrogène
EP0149816A1 (fr) * 1983-12-27 1985-07-31 Stauffer Chemical Company Aéogels d'oxydes inorganiques et leur préparation

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