PL215801B1 - Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol - Google Patents

Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol

Info

Publication number
PL215801B1
PL215801B1 PL395880A PL39588011A PL215801B1 PL 215801 B1 PL215801 B1 PL 215801B1 PL 395880 A PL395880 A PL 395880A PL 39588011 A PL39588011 A PL 39588011A PL 215801 B1 PL215801 B1 PL 215801B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
glycerol
catalyst
propanediol
hydrogen
hydrogenolysis
Prior art date
Application number
PL395880A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL395880A1 (en
Inventor
Agnieszka Wolosiak-Hnat
Eugeniusz Milchert
Original Assignee
Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ West Pomeranian Szczecin Tech filed Critical Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority to PL395880A priority Critical patent/PL215801B1/en
Publication of PL395880A1 publication Critical patent/PL395880A1/en
Publication of PL215801B1 publication Critical patent/PL215801B1/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania 1,2-propanodiolu w reakcji hydrogenolizy glicerolu w obecności katalizatora CuZAl2O3The subject of the invention is a method for the production of 1,2-propanediol by hydrogenolysis of glycerol in the presence of the CuZAl2O3 catalyst

Zwiększająca się produkcja biopaliwa przez transestryfikację olejów roślinnych metanolem powoduje powstawanie znacznych ilości odpadowego glicerolu. Na 1 t wyprodukowanego biopaliwa powstaje około 110 kg odpadowego glicerolu. W 2010 r. produkcja biodiesla w Unii Europejskiej wynosiła około 22 Mt, co oznacza około 2,42 Mt odpadowego glicerolu. Odprowadzenie odpadowego glicerolu do ścieków wymaga oczyszczenia go z katalizatora transestryfikacji (kwasu lub zasady) i metanolu, co zwiększa koszty produkcji biodiesla. Wykorzystanie glicerolu do otrzymywania 1,2-propanodiolu może obniżyć koszty wytwarzania biopaliwa. 1,2-propanodiol stosowany jest jako czynnik chłodzący, środek przeciwoblodzeniowy oraz prekursor w syntezie nienasyconych żywic poliestrowych i farmaceutyków. Ze względu na nietoksyczne właściwości wykorzystuje się go w przemyśle kosmetycznym jako składnik nawilżający skórę i rozcieńczalnik, nadający kosmetykowi pożądaną konsystencję emulsji, a także w przemyśle spożywczym jako konserwant i emulgator oraz składnik barwników i aromatów.The increasing production of biofuel by transesterification of vegetable oils with methanol causes the formation of significant amounts of waste glycerol. About 110 kg of waste glycerol is produced per 1 ton of produced biofuel. In 2010, the production of biodiesel in the European Union was around 22 Mt, which is around 2.42 Mt of glycerol waste. The discharge of waste glycerol to wastewater requires purification of the transesterification catalyst (acid or base) and methanol, which increases the cost of biodiesel production. The use of glycerol for the production of 1,2-propanediol can reduce the costs of biofuel production. 1,2-propanediol is used as a cooling agent, deicer and a precursor in the synthesis of unsaturated polyester resins and pharmaceuticals. Due to its non-toxic properties, it is used in the cosmetic industry as a skin moisturizing ingredient and thinner, giving the cosmetic the desired emulsion consistency, and in the food industry as a preservative and emulsifier, and a component of dyes and flavors.

Obecnie do produkcji 1,2-propanodiolu wykorzystuje się propylen, otrzymywany w procesie pirolizy węglowodorów i w wyniku katalitycznego krakingu fluidalnego (FCC) niskooktanowych benzyn. Produkcja 1,2-propandiolu w oparciu o surowce petrochemiczne polega na utlenieniu propylenu do tlenku propylenu i hydratacji utworzonego tlenku do 1,2-propanodiolu. Hydratacja tlenku propylenu może przebiegać bez udziału katalizatora, ale wówczas proces prowadzi się w wysokiej temperaturze 200-220°C. Inny sposób hydratacji tlenku propylenu polega na stosowaniu katalizatorów: żywicy jonowymiennej, kwasu siarkowego lub zasady. W tym przypadku proces przebiega w niższej temperaturze 150-180°C. Otrzymywanie 1,2-propanodiolu poprzez hydrogenolizę odpadowego glicerolu, wytwarzanego podczas produkcji biodiesla, jest nowym podejściem do produkcji 1,2-propanodiolu.Currently, propylene is used for the production of 1,2-propanediol, obtained in the pyrolysis of hydrocarbons and as a result of catalytic fluid cracking (FCC) of low-octane gasolines. The production of 1,2-propanediol from petrochemical raw materials is based on the oxidation of propylene to propylene oxide and hydration of the formed oxide to 1,2-propanediol. Hydration of propylene oxide can take place without the use of a catalyst, but then the process is carried out at a high temperature of 200-220 ° C. Another way of hydration of propylene oxide is the use of catalysts: an ion exchange resin, sulfuric acid or a base. In this case, the process takes place at a lower temperature of 150-180 ° C. Obtaining 1,2-propanediol by hydrogenolysis of waste glycerol produced during biodiesel production is a new approach to the production of 1,2-propanediol.

Hydrogenoliza glicerolu do 1,2-propanodiolu przebiega w dwóch etapach. W pierwszym następuje odwodnienie glicerolu do produktu pośredniego - acetolu, w drugim - uwodornienie acetolu doThe hydrogenolysis of glycerol to 1,2-propanediol takes place in two steps. In the first, glycerol is dehydrated to an intermediate product - acetol, in the second - acetol is hydrogenated to

1,2-propanodiolu:1,2-propanediol:

ΟΗ ΟΗ ή2οΟΗ ΟΗ ή 2 ο

H2C-C—H 2 CC—

ΗΗ

GlicerolGlycerol

CH,CH,

ΟΗ ΟΟΗ Ο

I II h2c—c—ch3 I II h 2 c — c — ch 3

AcetolAcetol

OH OHOH OH

H,H,

H2C—C—CH3 HH 2 C — C — CH 3 H

1.2-Propanodlol1.2-Propanodlol

Hydrogenolizy glicerolu do 1,2-propanodiolu prowadzi się w obecności katalizatorów heterogenicznych - metali lub ich tlenków, osadzonych na nieorganicznych nośnikach. Wysoką aktywność i selektywność dla tej reakcji posiadają katalizatory miedziowe, np.: Cu/Al2O3, CuCr2O4, CuO/ZnO, Cu/SiO2. Katalizatory te wykazują słabą zdolność do rozszczepienia wiązania C-C i wysoką efektywność uwodornienia-odwodornienia wiązania C-O. Hydrogenolizę glicerolu do 1,2-propanodiolu katalizowaną przez katalizator miedziowy przedstawiono w patencie WO 2009/145691. Stosowano handlowy katalizator w postaci granulek o składzie: 56% wag. CuO, 34% wag. Al2O3 i 10% wag. MnO2. Przed reakcją poddano go redukcji wodorem przez 3 godz. w 200°C. Hydrogenolizę prowadzono w reaktorze zawierającym dwa lub więcej stacjonarnych złóż katalizatora. Stosowano glicerol zawierający poniżej 3% wag. wody. Parametry hydrogenolizy były następujące: temperatura 210°C, 10% wag. katalizatora, czas reakcji 16 godz., przepływ wodoru 11 g/h (utrzymywano stałe ciśnienie 44-49 atm). Podczas reakcji usuwano tworzącą się w wyniku dehydratacji wodę. Wydajność 1,2-propanodiolu wynosiła 37,2% przy konwersji glicerolu 66,4%. Niedogodnością tego procesu jest niska wydajnośćHydrogenolysis of glycerol to 1,2-propanediol is carried out in the presence of heterogeneous catalysts - metals or their oxides, deposited on inorganic supports. Copper catalysts, e.g. Cu / Al2O3, CuCr2O4, CuO / ZnO, Cu / SiO2 have high activity and selectivity for this reaction. These catalysts show a poor ability to cleave the C-C bond and high efficiency of hydrogenation-dehydrogenation of the C-O bond. The hydrolysis of glycerol to 1,2-propanediol catalyzed by a copper catalyst is disclosed in WO 2009/145691. A commercial catalyst was used in the form of granules with the composition: 56 wt. CuO, 34 wt. % Al2O3 and 10 wt. MnO2. It was reduced with hydrogen for 3 h before the reaction. at 200 ° C. Hydrogenolysis was carried out in a reactor containing two or more stationary catalyst beds. Glycerol containing less than 3 wt. water. The hydrogenolysis parameters were as follows: temperature 210 ° C, 10 wt. catalyst, reaction time 16 h, hydrogen flow 11 g / h (pressure was kept constant at 44-49 atm). During the reaction, the water formed by dehydration was removed. The yield of 1,2-propanediol was 37.2% with conversion of glycerol to 66.4%. The disadvantage of this process is low efficiency

1,2-propanodiolu, która wynika ze stosowania stężonego roztworu glicerolu, tzn. o zawartości wody poniżej 3%. Prowadzenie hydrogenolizy przy wysokim stężeniu glicerolu powoduje powstawanie produktów ubocznych na skutek tworzenia poligliceryn i rozrywania wiązań C-C. W opisanym procesie stosowano stosunkowo wysokie stężenie katalizatora - 10% wag. w odniesieniu do wprowadzonego glicerolu. Hydrogenolizę glicerolu do 1,2-propanodiolu w obecności katalizatora miedziowego, przedstawiono także w patencie WO 2011/009936. Proces realizowano w sposób ciągły. Aparatura składała się z podgrzewacza, reaktora oraz zbiornika na ścieki. Roztwór glicerolu podawano pompą HPLC, wprowadzano do niej wodór i utworzoną mieszaninę przepuszczano przez elektrycznie ogrzewaną1,2-propanediol, which results from the use of a concentrated glycerol solution, i.e. with a water content of less than 3%. Performing hydrogenolysis at a high concentration of glycerol causes the formation of by-products due to the formation of polyglycerins and breaking the C-C bonds. In the described process, a relatively high catalyst concentration was used - 10% by weight. with respect to the glycerol introduced. Hydrogenolysis of glycerol to 1,2-propanediol in the presence of a copper catalyst is also shown in patent WO 2011/009936. The process was carried out continuously. The apparatus consisted of a heater, reactor and a waste water tank. The glycerol solution was fed by an HPLC pump, hydrogen was introduced into it, and the resulting mixture was passed through an electrically heated

PL 215 801 B1 wężownicę. Mieszaninę przepuszczano następnie nad złożem katalizatora, umieszczonym w reaktorze z podwójnym płaszczem grzejnym. Powstające ścieki przechodziły przez zawór utrzymujący ciśnienie w układzie, po czym były kierowane do metalowego zbiornika. Produkt odbierano w atmosferze azotu.PL 215 801 B1 coil. The mixture was then passed over a catalyst bed placed in a double mantle heating reactor. The resulting wastewater passed through the pressure-maintaining valve in the system and was then directed to a metal tank. The product was collected under a nitrogen atmosphere.

Hydrogenolizie poddawano roztwór o składzie: 9% wag. glicerolu, 1% wag. wody, 90% wag. metanolu. Wprowadzano 3 g katalizatora o składzie: 64% wag. tlenku miedzi, 27% wag. tlenku glinu,A solution with the composition of 9 wt.% Was subjected to hydrogenolysis. % glycerol, 1 wt. % water, 90 wt. methanol. 3 g of catalyst with the composition of: 64 wt. % copper oxide, 27 wt. alumina,

5% tlenku lantanu, 5% wag. miedzi. Katalizator był w postaci frakcji sitowej o wielkości 100-200 ąm. W warunkach reakcji: temperatura 282°C, ciśnienie wodoru 246,7 atm uzyskano konwersją glicerolu 99,8% i selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 84,8%. Przeprowadzono także proces przy wyższym stężeniu glicerolu: 27% wag. glicerolu, 3% wag. wody i 70% wag. metanolu, w obecności katalizatora złożonego z tlenku miedzi, tlenku glinu i tlenku manganu. Proces prowadzono w temperaturze 297°C, pod ciśnieniem wodoru 246,7 atm, uzyskując konwersję glicerolu 99,7%, selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 89,0%. W obu procesach powstały produkty uboczne: 1-propanol, 2-propanol, acetol, izomery butanodiolu oraz propionian metylu. Niedogodnością tego procesu są ostre warunki reakcji - wysoka temperatura i bardzo wysokie ciśnienie wodoru, co zwiększa koszty eksploatacji. Ponadto stosowano glicerol o znacznym rozcieńczeniu organicznym rozpuszczalnikiem. Stosowanie wysoce rozcieńczonego substratu znacznie obniża średnią wydajność na jednostkę czasu i objętości reaktora, zwiększa zużycie energii i czyni proces mało opłacalnym. Hydrogenolizę glicerolu do5% lanthanum oxide, 5 wt. copper. The catalyst was in the form of a 100-200 µm sieve fraction. Under the reaction conditions: temperature 282 ° C, hydrogen pressure 246.7 atm, the conversion of glycerol was 99.8% and the selectivity of conversion to 1,2-propanediol was 84.8%. The process was also carried out at a higher concentration of glycerol: 27 wt. % glycerol, 3 wt. % water and 70 wt. methanol in the presence of a catalyst consisting of copper oxide, alumina and manganese oxide. The process was carried out at the temperature of 297 ° C, under the hydrogen pressure of 246.7 atm, obtaining the conversion of glycerol 99.7%, selectivity of the conversion to 1,2-propanediol 89.0%. Both processes produced by-products: 1-propanol, 2-propanol, acetol, butanediol isomers and methyl propionate. The disadvantage of this process is the harsh reaction conditions - high temperature and very high pressure of hydrogen, which increase operating costs. In addition, glycerol was used significantly diluted with an organic solvent. The use of a highly diluted substrate significantly reduces the average yield per unit time and volume of the reactor, increases energy consumption and makes the process ineffective. Hydrogenolysis of glycerol to

1.2- propanodiolu prowadzono również w obecności katalizatorów miedziowych: CuO/ZnO, Cu/SiO2, Cu/ZnO/AI2O3: Bienholz A.. Hofmann H., Claus P., Applied Catalysis, A: General 2011, 391, 153-157. Proces przebiegał w reaktorze o pojemności 300 ml, wykonanym ze stali nierdzewnej, wypełnionym teflonem. Stosowano handlowe katalizatory bez wstępnej obróbki oraz otrzymane w warunkach laboratoryjnych. Do reaktora wprowadzano 177 g czystego glicerolu, 1,7% wag. katalizatora oraz wodór pod ciśnieniem 49,3 atm. Proces prowadzono w fazie ciekłej w temperaturze 200°C. Stosowano intensywne mieszanie 1000 obr./min. Czas reakcji wynosił 1 godz. W obecności katalizatora Cu/ZnO, zawierającego 60% wag. CuO i 40% wag. ZnO uzyskano konwersję glicerolu 52,0% i selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 98,0%. Zastosowanie katalizatora CU/SiO2 o składzie: 70% CuO i 30% SiO2 prowadziło do konwersji glicerolu 27,0% i selektywności przemiany do 1,2-propanodiolu 97,0%. W reakcji katalizowanej przez Cu/ZnO/Al2O3 (36% CuO, 48% ZnO, 16% Al2O3) konwersja glicerolu osiągnęła 17,0%, a selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 95,0%. Produktami ubocznymi hydrogenoliz były: acetol i glikol etylenowy.1.2-propanediol was also carried out in the presence of copper catalysts: CuO / ZnO, Cu / SiO2, Cu / ZnO / Al2O3: Bienholz A .. Hofmann H., Claus P., Applied Catalysis, A: General 2011, 391, 153-157. The process was carried out in a 300 ml stainless steel reactor filled with Teflon. Commercial catalysts were used without pretreatment and obtained under laboratory conditions. 177 g of pure glycerol, 1.7 wt.%. catalyst and hydrogen at a pressure of 49.3 atm. The process was carried out in the liquid phase at a temperature of 200 ° C. Vigorous mixing at 1000 rpm was used. The reaction time was 1 hour. In the presence of a Cu / ZnO catalyst containing 60 wt. CuO and 40 wt.%. With ZnO, the glycerol conversion was 52.0% and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol was 98.0%. The use of the CU / SiO2 catalyst with the composition: 70% CuO and 30% SiO2 led to the conversion of glycerol 27.0% and selectivity of the conversion to 1,2-propanediol 97.0%. In the reaction catalyzed by Cu / ZnO / Al2O3 (36% CuO, 48% ZnO, 16% Al2O3) the glycerol conversion reached 17.0% and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol was 95.0%. By-products of hydrogenolysis were acetol and ethylene glycol.

Proces ten prowadzono także w fazie gazowej, w obecności katalizatorów miedziowych, otrzymywanych metodą wymiany jonowej. Do ogrzewanej wyparki wprowadzano wodny 40% roztwór glicerolu z szybkością 5 ml/godz. i 300 ml/min wodoru. Reakcja przebiegała w temperaturze 255°C, pod ciśnieniem w zakresie 0,1-1,0 MPa w reaktorze ze złożem nieruchomym. Ilość katalizatora wynosiła 1 g. W obecności CuZSiO2 uzyskano konwersję glicerolu 100,0% i selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 87,0%. Produktami ubocznymi podczas reakcji były: acetol, glikol etylenowy, 2-propanol, dwutlenek węgla i propan. W tym procesie, prowadzonym w fazie ciekłej otrzymywano niską konwersję glicerolu. W fazie gazowej była ona wyższa, ale znacząco obniżała się selektywność przemiany doThis process was also carried out in the gas phase, in the presence of copper catalysts obtained by the ion exchange method. An aqueous 40% glycerol solution was fed to the heated evaporator at a rate of 5 ml / h. and 300 ml / min of hydrogen. The reaction was carried out at a temperature of 255 ° C, pressure in the range 0.1-1.0 MPa in a fixed bed reactor. The amount of the catalyst was 1 g. In the presence of CuZSiO2, the conversion of glycerol was 100.0% and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol was 87.0%. By-products during the reaction were acetol, ethylene glycol, 2-propanol, carbon dioxide and propane. This liquid-phase process achieved low conversion of glycerol. In the gas phase it was higher, but the selectivity of the conversion to

1.2- propanodiolu. W obu przypadkach stosowano niskie stężenie glicerolu w roztworze wodnym. Wprowadzanie znacznych ilości wody z substratem jest niekorzystne, ponieważ obecność dużych ilości wody powoduje przesunięcie równowagi reakcji w odwrotnym kierunku. Oddzielenie produktu (1,2-propanodiolu) poprzez oddestylowanie jest w tym przypadku kosztowniejsze. Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P 391674 znany jest sposób wytwarzania 1,2-propanodiolu w reakcji hydrogenolizy glicerolu, prowadzonej w obecności katalizatora Ru/C, otrzymanego metodą impregnowania, polegający na tym, że stosuje się katalizator Ru/C redukowany wcześniej wodorem, przy czym przed reakcją autoklaw zawierający wodny roztwór glicerolu i katalizator Ru/C przepłukuje się wodorem.1.2- propanediol. In both cases a low concentration of glycerol in the aqueous solution was used. Introducing significant amounts of water with the substrate is disadvantageous because the presence of large amounts of water shifts the equilibrium of the reaction in the opposite direction. The separation of the product (1,2-propanediol) by distillation is more expensive in this case. The Polish patent application No. P 391674 discloses a method for the production of 1,2-propanediol by hydrogenolysis of glycerol, carried out in the presence of a Ru / C catalyst, obtained by the impregnation method, in which a Ru / C catalyst previously reduced with hydrogen is used. Prior to the reaction, the autoclave containing the aqueous glycerol solution and Ru / C catalyst is flushed with hydrogen.

W sposób nieoczekiwany okazało się, że zastosowanie redukowanego wodorem katalizatora miedziowego CuZAl2O3, otrzymanego metodą współstrącania, pozwala uzyskać 1,2-propanodiol z wysoką selektywnością przy jednocześnie wysokiej konwersji glicerolu. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się katalizator otrzymany metodą współstrącenia, który przed reakcją hydrogenolizy redukuje się wodorem. Następnie wprowadza się go do ciśnieniowego reaktora, zawierającego 80% roztwór glicerolu w wodzie, po czym z reaktora usuwa się powietrze przez kilkakrotne napełnienie go wodorem i redukcję ciśnienia do atmosferycznego. Następnie prowadzi się reakcję hydrogenolizy w temperaturze 200-220°C pod ciśnieniem 30 atm, w czasie 8-24 godz., intensywnie mieszając, po czym rektor ochładza się do temperatury pokojowej. Korzystnie katalizatorUnexpectedly, it turned out that the use of a hydrogen-reduced copper catalyst CuZAl2O3 obtained by the co-precipitation method allows to obtain 1,2-propanediol with high selectivity and high conversion of glycerol at the same time. The process according to the invention is characterized in that a catalyst obtained by the co-precipitation method is used, which is reduced with hydrogen prior to the hydrogenolysis reaction. It is then introduced into a pressurized reactor containing an 80% solution of glycerol in water, and the air is then purged from the reactor by refilling it several times with hydrogen and reducing the pressure to atmospheric. Next, the hydrogenolysis reaction is carried out at the temperature of 200-220 ° C, under the pressure of 30 atm, for 8-24 hours with intensive stirring, and then the reactor is cooled down to room temperature. Preferably a catalyst

PL 215 801 B1 otrzymuje się stosując wodne roztwory azotanu miedzi (II) i azotanu glinu (III) w stosunku molowym 1:1. Do wytrącenia osadu stosuje się węglan potasu. Ilość katalizatora w odniesieniu do wprowadzonego glicerolu wynosi 4-8% wag. Stosunek molowy wodoru do glicerolu wynosi 1,5:1-3,0:1. Intensywność mieszania wyrażona obrotami mieszadła magnetycznego wynosi 100-500 obr./min. Redukcję katalizatora przed reakcją hydrogenolizy prowadzi się w temperaturze 300°C przez 8 godz.The mixture is prepared by using aqueous solutions of copper (II) nitrate and aluminum (III) nitrate in a 1: 1 molar ratio. Potassium carbonate is used to precipitate. The amount of catalyst, based on the introduced glycerol, is 4-8% by weight. The molar ratio of hydrogen to glycerol is 1.5: 1-3.0: 1. The mixing intensity expressed by the rotation of the magnetic stirrer is 100-500 rpm. The reduction of the catalyst prior to the hydrogenolysis reaction was performed at a temperature of 300 ° C for 8 hours.

Możliwe jest także użycie w sposobie według wynalazku katalizatora otrzymanego z innych soli. Z literatury znane jest otrzymanie katalizatora metodą współstrącenia z roztworów chlorku miedzi i chlorku glinu stosując do wytrącenia osadu wodorotlenek sodu, a także z roztworów octanu miedzi i azotanu glinu z zastosowaniem czynników strącających takich jak węglanu sodu oraz wodorotlenek amonu.It is also possible to use a catalyst obtained from other salts in the process according to the invention. It is known from the literature to prepare the catalyst by co-precipitation from solutions of copper chloride and aluminum chloride using sodium hydroxide to precipitate, and also from solutions of copper acetate and aluminum nitrate using such precipitating agents as sodium carbonate and ammonium hydroxide.

Sposób wytwarzania 1,2-propanodiolu w reakcji hydrogenolizy glicerolu przedstawiony jest w przykładach wykonania.The method for producing 1,2-propanediol by glycerol hydrogenolysis is shown in the working examples.

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Katalizator Cu/Al2O3 przygotowano metodą współstrącania. Do wodnego roztworu azotanu 3 miedzi (II), Cu(NO3)2*SH2O o stężeniu 0,05 mol/dm3 wprowadzono wodny roztwór azotanu glinu (III), 3 The Cu / Al2O3 catalyst was prepared by the co-precipitation method. To the aqueous solution of nitrate 3 copper (II), Cu (NO3) 2 * SH2O a concentration of 0.05 mol / dm 3 Aqueous solution of aluminum nitrate (III), 3

Al(NO3)3*9H2O o stężeniu 0,05 mol/dm3 intensywnie mieszając, w temperaturze pokojowej. Następnie 3 dodano czynnik strącający, węglan potasu K2CO3 o stężeniu 0,33 mol/dm3. Utworzony osad pozostawiono na 24 godz. Po 24 godz. osad odsączono, przemyto wodą dejonizowaną do uzyskania obojętnego pH, poddano suszeniu w suszarce w 90°C przez 8 godz. oraz kalcynowaniu w 600°C przez 8 godz. Utworzony katalizator poddano wstępnej redukcji wodorem. Katalizator w postaci proszku umieszczono w płuczce ze szklanym spiekiem i termoparą. Płuczkę wraz z termoparą umieszczano w piecu. Przez złoże katalizatora w temperaturze 300°C przepuszczano wodór z szybkością 300 ml/min. Czas redukcji wynosił 8 godz. Za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej oznaczono skład katalizatora: 68,9% Cu, 31,1% Al.Al (NO3) 3 * 9H2O with a concentration of 0.05 mol / dm 3, with intense stirring, at room temperature. Then 3 is added a precipitating agent, potassium carbonate K2CO3 at a concentration of 0.33 mol / dm 3. The formed precipitate was left for 24 hours. After 24 hours the precipitate was filtered off, washed with deionized water until neutral pH, dried in an oven at 90 ° C for 8 hours. and calcination at 600 ° C for 8 hours. The formed catalyst was pre-reduced with hydrogen. The powder catalyst was placed in a sintered glass washer with a thermocouple. The washer and the thermocouple were placed in the oven. Hydrogen was passed through the catalyst bed at 300 ° C at a rate of 300 ml / min. The reduction time was 8 hours. The catalyst composition was determined by means of X-ray microanalysis: 68.9% Cu, 31.1% Al.

Reakcje hydrogenolizy prowadzono w autoklawie o pojemności 140 ml, wykonanym ze stali nierdzewnej z wkładką PTFE. Reaktor był wyposażony w manometr, mieszadło magnetyczne, elektroniczny regulator temperatury, połączony z termostatowanym elektrycznym płaszczem grzejnym. Do reaktora wprowadzono 20 ml wodnego roztworu glicerolu o stężeniu 80% wag. oraz 6% wag. katalizatora w stosunku do glicerolu. Reaktor płukano wodorem przez pięciokrotne napełnienie do ciśnienia 20 atm i redukcję ciśnienia do atmosferycznego. Podczas ostatniego napełniania zwiększono ciśnienie wodoru w reaktorze do 30 atm, włączono mieszanie magnetyczne - szybkość mieszania 300 obr./min i ogrzewano mieszaninę reakcyjną w 220°C. Temperatura reakcji była mierzona termoparą, umieszczoną w autoklawie, podłączoną do regulatora temperatury. Po 8 godz. prowadzenia hydrogenolizy wyłączano ogrzewanie reaktora i ochładzano go w wodzie z lodem. Powodowało to obniżenie ciśnienia do 20 atm. Po ostrożnym otwarciu zaworu redukcyjnego na autoklawie mierzono ilość wodoru i utworzonych w reakcji produktów gazowych. Ciekłą fazę poreakcyjną oddzielano od katalizatora poprzez odwirowanie i dekantację. Za pomocą chromatografii gazowej, stosując metodę wzorca wewnętrznego, oznaczano zawartość 1,2-propanodiolu, nieprzereagowanej gliceryny oraz produktów ubocznych: glikolu etylenowego i acetolu. Ponadto metodą kalibracji bezwzględnej w fazie gazowej oznaczano zawartość: metanolu, etanolu, 2- i 1-propanolu, metanu, etanu oraz propanu.Hydrogenolysis reactions were carried out in a 140 ml autoclave made of stainless steel with a PTFE insert. The reactor was equipped with a pressure gauge, magnetic stirrer, electronic temperature controller, connected to a thermostatic electric heating mantle. 20 ml of an 80% by weight aqueous glycerol solution was introduced into the reactor. and 6 wt.%. catalyst with respect to glycerol. The reactor was flushed with hydrogen by filling to 20 atm five times and reducing the pressure to atmospheric. During the last filling, the pressure of hydrogen in the reactor was increased to 30 atm, magnetic stirring was turned on - stirring speed 300 rpm and the reaction mixture was heated at 220 ° C. The reaction temperature was measured with a thermocouple placed in an autoclave connected to a temperature controller. After 8 hours During hydrogenolysis, the reactor heating was turned off and cooled in ice water. This caused the pressure to drop to 20 atm. After carefully opening the pressure reduction valve on the autoclave, the amount of hydrogen and the gaseous products formed in the reaction were measured. The liquid post-reaction phase was separated from the catalyst by centrifugation and decantation. The content of 1,2-propanediol, unreacted glycerin and by-products: ethylene glycol and acetol were determined by means of gas chromatography using the method of an internal standard. Moreover, the content of: methanol, ethanol, 2- and 1-propanol, methane, ethane and propane was determined in the gas phase by the absolute calibration method.

W tak prowadzonym procesie konwersja glicerolu wynosiła 77,1%, a selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 89,5%. Selektywność przemiany do poszczególnych produktów ubocznych zawartych w fazie ciekłej wynosiła: glikol etylenowy 3,3%, acetol 1,9%, metanol 0,8%, etanol 0,4%, 2-propanol 0,2%, 1-propanol 0,5%. Selektywność do produktów fazy gazowej wynosiła: metanol 0,5%, etanol 0,4%, etan 0,01%, propan 0,1%. Dodatkowo za pomocą chromatografii gazowej w sprzężeniu ze spektrometrem masowym wykryto produkty uboczne: aldehyd glicerolowy, kwas mlekowy, aldehyd propionowy, aldehyd glikolowy.In the process carried out in this way, the conversion of glycerol was 77.1%, and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol was 89.5%. The selectivity of the transformation to individual by-products contained in the liquid phase was: ethylene glycol 3.3%, acetol 1.9%, methanol 0.8%, ethanol 0.4%, 2-propanol 0.2%, 1-propanol 0, 5%. The selectivity to gas phase products was: methanol 0.5%, ethanol 0.4%, ethane 0.01%, propane 0.1%. Additionally, by gas chromatography coupled with a mass spectrometer, by-products were detected: glycerol aldehyde, lactic acid, propionaldehyde, glycolaldehyde.

P r z y k ł a d IIP r z x l a d II

Do autoklawu wprowadzono 20 ml wodnego roztworu glicerolu o stężeniu 80% oraz 8% wag. katalizatora Cu/Al2O3 przygotowanego w sposób przedstawiony w przykładzie I. Autoklaw pięciokrotnie przepłukano wodorem przez kolejne napełnienie do ciśnienia 10 atm i powolną redukcję ciśnienia do atmosferycznego. Po napełnieniu autoklawu pod ciśnieniem 20 atm i uruchomieniu mieszadła magnetycznego włączono ogrzewanie. Hydrogenolizę prowadzono w temperaturze 200°C, pod ciśnieniem 30 atm, przez 24 godz., przy intensywności mieszania 500 obr./min. Po zakończeniu reakcji i ochłodzeniu reaktora do temperatury pokojowej ciśnienie obniżyło się do 15 atm.20 ml of an aqueous glycerol solution with a concentration of 80% and 8% by weight were introduced into the autoclave. of a Cu / Al2O3 catalyst prepared as presented in Example 1. The autoclave was flushed five times with hydrogen by successive filling to a pressure of 10 atm and slowly reducing the pressure to atmospheric. After filling the autoclave under the pressure of 20 atm and activating the magnetic stirrer, the heating was turned on. Hydrogenolysis was carried out at the temperature of 200 ° C, under the pressure of 30 atm, for 24 hours, with the mixing intensity of 500 rpm. After the reaction was completed and the reactor cooled down to room temperature, the pressure was reduced to 15 atm.

PL 215 801 B1PL 215 801 B1

Konwersja glicerolu wyniosła 62,3%, przy selektywności przemiany do 1,2-propanodiolu 90,8%. Selektywność przemiany do produktów ubocznych zawartych w fazie ciekłej i gazowej wynosiła: glikol etylenowy 1,6%, acetol 3,5%, metanol 0,5%, 2-propanol 0,6%, 1-propanol 0,5%, metan 0,3%. W procesie powstawał również 1,3-propanodiol z selektywnością 1,9%. Za pomocą chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrem masowym wykryto następujące produkty uboczne: aldehyd glicerolowy, kwas mlekowy, aldehyd propionowy, aldehyd glikolowy.The glycerol conversion was 62.3%, and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol was 90.8%. The selectivity of the transformation to by-products contained in the liquid and gas phases was: ethylene glycol 1.6%, acetol 3.5%, methanol 0.5%, 2-propanol 0.6%, 1-propanol 0.5%, methane 0 , 3%. The process also produced 1,3-propanediol with a selectivity of 1.9%. The following by-products were detected by gas chromatography coupled to a mass spectrometer: glycerol aldehyde, lactic acid, propionaldehyde, glycolaldehyde.

P r z y k ł a d IIIP r x l a d III

Do autoklawu wprowadzono 20 ml wodnego roztworu glicerolu o stężeniu 80% oraz 5% wag. katalizatora Cu/AI2O3 przygotowanego w sposób opisany w przykładzie I. Autoklaw pięciokrotnie przepłukano wodorem przez napełnienie do ciśnienia 20 atm i powolną redukcję ciśnienia do atmosferycznego. Po napełnieniu autoklawu pod ciśnieniem 30 atm i uruchomieniu mieszadła magnetycznego włączano jego ogrzewanie. Hydrogenolizę prowadzono w temperaturze 210°C w ciągu 24 godz., przy intensywności mieszania 100 obr./min. Po wymienionym czasie reakcji reaktor chłodzono do temperatury pokojowej co obniżało ciśnienie do 25 atm.20 ml of an aqueous glycerol solution with a concentration of 80% and 5% by weight was introduced into the autoclave. of Cu / Al2O3 catalyst prepared as described in Example 1. The autoclave was flushed five times with hydrogen by filling to a pressure of 20 atm and slowly reducing the pressure to atmospheric. After filling the autoclave under pressure of 30 atm and activating the magnetic stirrer, its heating was turned on. Hydrogenolysis was carried out at the temperature of 210 ° C for 24 hours, with a stirring intensity of 100 rpm. After said reaction time, the reactor was cooled to room temperature, which reduced the pressure to 25 atm.

Konwersja glicerolu osiągnęła 71,9% a selektywność przemiany do 1,2-propanodiolu 93,3%. Selektywność przemiany do produktów ubocznych wynosiła: 1,3-propanodiol 1,3%, glikol etylenowy 1,2%, acetol 1,1%, metanol 0,8%, etanol 0,4%, 2- propanol 0,2%, 1-propanol 0,4%, metan 0,4%, etan 0,1%. Na poziomie stężeń poniżej 0,1%, metodą GC/MS stwierdzono obecność: aldehydu glicerolowego, kwasu mlekowego, aldehydu propionowego, aldehydu glikolowego.The glycerol conversion reached 71.9% and the selectivity of the conversion to 1,2-propanediol reached 93.3%. The selectivity of the transformation to by-products was: 1,3-propanediol 1.3%, ethylene glycol 1.2%, acetol 1.1%, methanol 0.8%, ethanol 0.4%, 2-propanol 0.2%, 1-propanol 0.4%, methane 0.4%, ethane 0.1%. At the concentration level below 0.1%, the presence of: glycerol aldehyde, lactic acid, propionaldehyde, glycolaldehyde was found using the GC / MS method.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania 1,2-propanodiolu w reakcji hydrogenolizy glicerolu, prowadzonej w obecności katalizatora CuZAl2O3, znamienny tym, że stosuje się katalizator otrzymany metodą wspólstrącenia, który przed reakcją hydrogenolizy redukuje się wodorem, następnie wprowadza się go do ciśnieniowego reaktora, zawierającego 80% roztwór glicerolu w wodzie, po czym z reaktora usuwa się powietrze przez kilkakrotne napełnienie go wodorem i redukcję ciśnienia do atmosferycznego, a następnie prowadzi się reakcję w temperaturze 200:220°C pod ciśnieniem 30 atm, w czasie 8:24 godz., intensywnie mieszając, po czym reaktor ochładza się do temperatury pokojowej.1. The method for the production of 1,2-propanediol by hydrogenolysis of glycerol, carried out in the presence of the CuZAl2O3 catalyst, characterized by the use of a catalyst obtained by co-precipitation, which is reduced with hydrogen prior to the hydrogenolysis reaction, and then fed to a pressurized reactor containing 80% solution of glycerol in water, then the air is removed from the reactor by repeatedly filling it with hydrogen and reducing the pressure to atmospheric, and then the reaction is carried out at the temperature of 200: 220 ° C under the pressure of 30 atm, for 8:24 hours, with intensive stirring and the reactor is cooled to room temperature. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator otrzymuje się stosując wodne roztwory azotanu miedzi (II) i azotanu glinu (III) w stosunku molowym 1:1 oraz węglan potasu jako czynnik strącający.2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the catalyst is prepared by using aqueous solutions of copper (II) nitrate and aluminum (III) nitrate in a molar ratio of 1: 1 and potassium carbonate as the precipitating agent. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość katalizatora w odniesieniu do wprowadzonego glicerolu wynosi 41: 8% wag.3. The method according to p. The process of claim 1, wherein the amount of the catalyst with respect to the glycerol used is 41: 8 wt.%. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek molowy wodoru do glicerolu wynosi 1,5:1: 3,0:1.4. The method according to p. The process of claim 1, wherein the molar ratio of hydrogen to glycerol is 1.5: 1: 3.0: 1. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że intensywność mieszania wyrażona obrotami mieszadła magnetycznego wynosi 100-500 obr./min.5. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the intensity of stirring expressed by the revolutions of the magnetic stirrer is 100-500 rpm. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że redukcję katalizatora prowadzi się w temperaturze 300°C przez 8 godz.6. The method according to p. The process of claim 1, wherein the reduction of the catalyst is carried out at a temperature of 300 ° C for 8 hours.
PL395880A 2011-08-05 2011-08-05 Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol PL215801B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL395880A PL215801B1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL395880A PL215801B1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL395880A1 PL395880A1 (en) 2013-02-18
PL215801B1 true PL215801B1 (en) 2014-01-31

Family

ID=47682172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL395880A PL215801B1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL215801B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL395880A1 (en) 2013-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Supported Cu catalysts for the selective hydrogenolysis of glycerol to propanediols
RU2439047C2 (en) Method of producing 1,2-propanediol via hydrogenolysis of glycerine
Ndou et al. Dimerisation of ethanol to butanol over solid-base catalysts
Bienholz et al. Selective hydrogenolysis of glycerol over copper catalysts both in liquid and vapour phase: Correlation between the copper surface area and the catalyst's activity
Jiménez-Morales et al. Hydrogenolysis of glycerol to obtain 1, 2-propanediol on Ce-promoted Ni/SBA-15 catalysts
CN105339336B (en) Conversion of CO2 to fuels and chemicals
US20130158325A1 (en) Mixed manganese ferrite coated catalyst, method of preparing the same, and method of preparing 1,3-butadiene using the same
KR101855876B1 (en) Method for producing ethanol and coproducing methanol
EP2310345A1 (en) Process for catalytically producing ethylene directly from acetic acid in a single reaction zone
JP2017520511A (en) Process for the production of alkenol and its use for the production of 1,3-butadiene
RU2436761C2 (en) Method of producing 1,2-propane diol via hydrogenolysis of glycerine
Dixit et al. Study on the catalytic properties of silica supported copper catalysts
CN108136384A (en) It is n-butanol and the carbon monoxide-olefin polymeric of more advanced alcohol for ethanol conversion
CN104892364B (en) A kind of method adopting hydrogenation method to prepare TriMethylolPropane(TMP)
Li et al. Hydrogenolysis of glycerol to 1, 2-propanediol on copper core-porous silica shell-nanoparticles
CN110433802B (en) Hydrogenation catalyst, preparation method thereof and method for preparing saturated aldehyde by hydrogenation of alpha, beta-unsaturated aldehyde by using catalyst
EP2565175B1 (en) Catalytic process for the production of 1,2-propanediol from crude glycerol stream
US12071400B2 (en) Process of selective oxidation of glycerol
EP3015446B1 (en) Method for producing allyl alcohol and allyl alcohol produced thereby
CN108017510B (en) Preparation method of hydroxyl pivalic aldehyde and application of hydroxyl pivalic aldehyde in preparation of neopentyl glycol
Ren et al. Catalytic conversion of glycerol to value-added chemicals in alcohol
WO2022165662A1 (en) Method for preparing glycolic acid and methyl glycolate by hydrolysis of methyl methoxyacetate and methoxyacetic acid
PL215801B1 (en) Method for preparing 1,2-propanediol in the hydrogenolysis reaction of glycerol
JP4198234B2 (en) Method for producing aldehyde and ketone or derivatives thereof, method for producing X-ray amorphous zinc silicate or cadmium silicate, and X-ray amorphous zinc silicate or cadmium silicate catalyst
Reangchim et al. Conversion of glycerol waste from biodiesel plant to high-value product

Legal Events

Date Code Title Description
LICE Declarations of willingness to grant licence

Free format text: RATE OF LICENCE: 10%

Effective date: 20130423

LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20140805