WO2011045102A1 - Verfahren zur herstellung von decanolen durch hydrierung von decenalen - Google Patents

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Alfred Kaizik
Hans-Gerd Lueken
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of at least one decanol by hydrogenation of at least one decene, in which a first hydrogenation in the liquid phase takes place on a solid first catalyst, wherein the first catalyst contains copper and nickel.
  • Decanols for the purposes of this invention are saturated alcohols, the ten
  • decanols have carbon atoms.
  • Representatives of the group of decanols are: 2-propylheptanol, 4-methyl-2-propyl-hexanol, 5-methyl-2-propyl-hexanol, 2-isopropyl-4-methyl-hexanol, 2-isopropyl-5-methyl-hexanol , wherein the enumerated decanols each consist of at least two stereoisomers.
  • Decanols serve as precursors for the production of plasticizers as well as intermediates for the production of detergents.
  • Decenals for the purposes of this invention are ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes having ten carbon atoms. They are obtained in particular by aldolization of the saturated C 5 aldehydes (pentals). Representatives of the group of decenals are: 2-propylheptenal, 4-methyl-2-propylhexenal, 5-methyl-2-propylhexenal, 2-isopropyl-4-methylhexenal, 2-isopropyl-5-methylhexenal ,
  • Aldol condensation of aldehydes is used, especially in large-scale products, continuous processes with fixed-bed catalysts in the gas or liquid phase.
  • the liquid-phase hydrogenation Compared to gas-phase hydrogenation, the liquid-phase hydrogenation has the more favorable energy balance and the higher space-time yield.
  • the advantage of the more favorable energy balance increases. Accordingly, higher aldehydes having more than 7 carbon atoms are preferably hydrogenated in the liquid phase.
  • the by-products can at best partly be used in downstream plants in value-added products, such as starting aldehydes and target alcohols,
  • Double bond must be hydrogenated.
  • a generic process for the hydrogenation of saturated or ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes to the corresponding saturated aldehydes is disclosed in DE102007041380A1.
  • a supported catalyst is used as the hydrogenation catalyst, which in addition to the active components copper and nickel and chromium as a promoter additionally contains barium oxide.
  • Decenals in the decanol mixture may be disadvantageous in its further processing.
  • the invention is based on the object to provide a method of the type mentioned, according to which, even after long
  • Decenals with high yields are to be hydrogenated to decanols.
  • the content of unconverted decenals in the hydrogenation effluent should be less than 1500 ppm, preferably less than 1000 ppm and most preferably less than 600 ppm.
  • This object is achieved in that the hydrogenation is carried out in two stages, namely in a first stage in a conventional manner on a catalyst containing copper, nickel and optionally chromium and / or barium oxide and subsequently in a second stage with another catalyst, which is free of copper, chromium and nickel.
  • the invention therefore provides a process for the preparation of at least one decanol by hydrogenating at least one decene, in which a first hydrogenation in the liquid phase takes place on a solid first catalyst, the first catalyst containing copper and nickel, with one following the first hydrogenation second hydrogenation in the liquid phase on a solid second catalyst, wherein the second catalyst is free of copper, chromium and nickel.
  • the inventive method has the following advantages compared to a method using only one catalyst: In the same
  • decenals ( ⁇ , ⁇ -unsaturated Cio-aldehydes).
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated Cio-aldehydes are used which have been prepared by Aldolkondensation of C 5 aldehydes, such as 2-propylhept-2-enal from n-pentanal and 2-methyl-2 lsopropylhex-2-enal 3-methylbutanal or a mixture of isomeric decenals obtained by condensation of at least two different C 5 aldehydes, such as, for example, 4-methyl-2-propyl-hexanal from cross-aldolization of n-pentanal with 2-methylbutanal.
  • Very particular preference is given to hydrogenating decenal mixtures having a content of 2-propylhept-2-enal of more than 85% by mass
  • Carrier catalyst used which has the hydrogenation-active metals copper, chromium and nickel and barium oxide. Such catalysts are in
  • the carrier material may be titanium dioxide,
  • a (first) catalyst which can be used for the first hydrogenation stage of the process according to the invention comprises 1 to 20% by mass of copper, 0.2 to 6% by mass of chromium, 1 to 20% by mass of nickel, in each case calculated as metal, and 0.1 to 2 mass% barium, calculated as barium oxide.
  • the supported catalyst for the first hydrogenation stage of the process according to the invention contains only copper and nickel as hydrogenation-active metals, ie is free of chromium.
  • the preferred carrier is copper and nickel as hydrogenation-active metals, ie is free of chromium.
  • Alumina preferably ⁇ -alumina with BET surface areas between 90 and 200 m 2 / g used.
  • the catalysts mentioned usually contain 1 to 20% by mass of copper and 1 to 20% by mass of nickel, calculated in each case as Metal, in particular 6 to 12% by mass of copper and 3 to 8% by mass of nickel.
  • the first catalyst can even be free of barium oxide without there being any appreciable formation of acetals.
  • catalyst of the first hydrogenation in particular to a catalyst of copper and nickel, as hydrogenation-active metals on a support, d. H. without the addition of chromium and / or barium oxide.
  • ruthenium-supported catalysts which usually contain from 0.1 to 10% by mass of ruthenium, can be used.
  • catalysts whose preparations are described in DE10054347A1 and DE10232868A1 can be used.
  • ruthenium-supported catalysts having 0.5 to 3% by mass of Ru are preferably surface-rich
  • Aluminum oxides used as a carrier are Aluminum oxides used as a carrier.
  • Suitable palladium catalysts Pd-containing supported catalysts can be used with 0.1 to 3 mass% of palladium. In the process according to the invention, it is preferred to use supported catalysts with 0.5 to 1.5 mass% Pd on surface-rich aluminum oxides as support. To be favoured used ⁇ -aluminum oxides having a BET surface area between 80 and 180 m 2 / g and a pore volume between 0.5 and 0.7 cm 3 / g.
  • the catalysts are suitably used in a form which offers a low flow resistance, for. B. in the form of granules, pellets or shaped articles, such as tablets, cylinders, spheres, Strangextu flowers or rings. They are advantageously activated before use by heating in a stream of hydrogen, for example at 140 to 250 ° C, unless they are reduced in the hydrogenation reactor. For example, a method of reducing a
  • the volume fraction of the first catalyst in the total catalyst volume is preferably 70 to 98%, in particular the volume of the first catalyst is at least three times as large as the volume of the second catalyst. Most preferably, the volume fraction of the first catalyst in the total catalyst volume is 80 to 95%, very particularly preferably 90 to 95%.
  • a catalyst of only copper and nickel on a support i. H. free of chromium and / or barium oxide, and used in the second hydrogenation a Pd-containing supported catalyst.
  • the hydrogenation of the decenal mixtures to the corresponding saturated Cio-alcohols is carried out on two catalysts arranged in different reactors or beds.
  • both hydrogenation stages can be carried out successively in a reactor. This means that the different catalysts in a reactor in
  • the process according to the invention is carried out in a two-bed reactor, wherein one bed is formed by the first catalyst and the other bed is formed by the second catalyst.
  • At least two reactors are preferred, wherein the second reactor may have one or two beds.
  • the inventive method is carried out in at least two reactors connected in series, wherein the first reactor contains the first catalyst and the second reactor contains the second catalyst, and wherein the first hydrogenation takes place in the first reactor and the second
  • Hydrogenation is carried out in the second reactor.
  • the two reaction zones of the process according to the invention are preferably continuous and preferably in the trickle phase or in the
  • Liquid phase carried out in three-phase reactors in cocurrent, wherein the hydrogen is dispersed in a conventional manner in the liquid aldehyde stream.
  • the hydrogen is dispersed in a conventional manner in the liquid aldehyde stream.
  • the hydrogenation can also be carried out in three reactors connected in series.
  • the first reactor with a portion of the first catalyst is preferably operated in loop mode (external recirculation)
  • the second reactor with the remainder of the first catalyst and the third reactor with the second catalyst are operated in a straight run.
  • the first hydrogenation takes place in the first and in the second reactor and the second hydrogenation takes place in the third reactor.
  • the proportion of decenal in the feed of the first reactor is between 1 and 35% by mass, preferably between 5 and 25% by mass.
  • the desired concentration range can be operated in loop-operated reactors by the circulation rate (quantitative ratio of recirculated
  • the two or more stages of the process according to the invention are carried out in a pressure range from 0.5 to 10 MPa, in particular from 0.5 to 4 MPa, very particularly in the range from 1 to 2.5 MPa.
  • the hydrogenation temperatures are between 120 and 220 ° C, in particular between 140 and 190 ° C.
  • the individual stages are at the same pressure or different pressure operated. The temperatures are the same in the individual stages or
  • the hydrogen used for the hydrogenation can inert gases such as
  • hydrogen is used with a purity greater than 98%, in particular greater than 99%.
  • Each reactor can be operated with fresh hydrogen.
  • Hydrogen may be another hydrogen reactor. In the latter case, liquid hydrogenation product (educt / products) and hydrogen can flow in the same or in reverse order through the reactors.
  • the hydrogenation product is worked up by distillation. This is done at atmospheric pressure or preferably at reduced pressure.
  • the hydrogenation product is worked up by distillation. This is done at atmospheric pressure or preferably at reduced pressure.
  • the hydrogenation product is worked up by distillation. This is done at atmospheric pressure or preferably at reduced pressure.
  • Cio-alcohols are, as already mentioned, preferably used for the preparation of plasticizers or detergents.
  • Example 1 (not according to the invention):
  • a reaction output from the continuous aldolization of n-pentanal and 2-methylbutanal with about 88% by mass of 2-propylheptenal and about 3.2% by mass of 4-methyl-2-propyl-hexenal was carried out in a cycle apparatus at 180 ° C and 25 absolute on 105.3 g (corresponding to 150 ml) of a Cu / Cr / Ni catalyst on AI2O3 support (extruded strand: 1, 5 mm in diameter, 3-5 mm in length) with 6 mass% copper, 3.1 mass -% nickel and 0.6 mass% of chromium continuously hydrogenated in the liquid phase. There were hourly 0.10 I starting material, an LHSV of 0.66 h "1 correspond enforced at a cycle of 40 l / h.
  • the residual contents of unsaturated Cio-aldehyde 2-propylheptenal increased from 0.35 wt .-% at the beginning of the hydrogenation after 500 hours to about 0.85 wt .-% after 3000 test hours.
  • a reaction from the continuous aldolization of n-pentanal and 2-methylbutanal with approx. 86.5% by mass of 2-propylheptenal and 3.3% by mass of 4-methyl-2-propylhexenal were reacted in a circulation apparatus at 180 ° C. and 25 bar absolute with 109.8 g (corresponding to 150 ml) of a Cu / Ni catalyst on AI2O3 carrier (same carrier as in Example 1) continuously hydrogenated with 9.5% by mass of copper and 6.1% by mass of nickel in the liquid phase.
  • Example 3 In contrast to Cu / Cr / Ni catalyst (Example 1), the intermediate product of the 2-propylheptenal hydrogenation, the saturated Cio-aldehyde 2-propylheptanal, is practically complete on the Cu / Ni catalyst with significantly higher Cu and Ni contents converted to the desired product 2-propylheptanol.
  • Example 3 (according to the invention):
  • the catalyst bed consisted of a combination of two catalysts.
  • the total catalyst volume was 150 ml as in Example 1.
  • the major portion of the catalyst bed was with 120 ml of the Cu / Cr / Ni catalyst, which was also used in Example 1. This catalyst was placed on the upstream side of the reactor.
  • the Cu / Cr / Ni catalyst (extruded strand: 1.5 mm in diameter, 3-5 mm in length) was followed by a ruthenium-supported catalyst (1.5% by weight of Ru on ⁇ -aluminum oxide as carrier with 30 ml of catalyst volume.
  • the 2-Propylheptenal levels were significantly reduced in the reaction in the use of the catalyst combination.
  • a low content of 2-propylheptenal of about 0.07% by mass, corresponding to 700 ppm, was determined.
  • the 2-propylheptenal was preferably converted to 2-propylheptanal.
  • the results of the hydrogenation according to the present invention are shown using a second catalyst combination consisting of a Cu / Ni catalyst as a first catalyst and a palladium catalyst downstream.
  • the total catalyst volume was 150 ml.
  • Example 2 For the hydrogenation educt of the same composition as in Example 2 was used. The hydrogenation was carried out under the same reaction conditions as in the preceding examples, ie at 180 ° C, 25 bar and 100 ml / h Cg-aldehyde throughput.
  • Example 2 Compared to Example 2 with a catalyst, the residual contents of C 1 0-aldehyde 2-propylheptenal were significantly reduced in the product discharge by the downstream Pd catalyst. After about 3000 test hours, a 2-propylheptenal content of about 400 ppm was determined.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Decanols durch Hydrierung mindestens eines Decenals, bei welchem eine erste Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen ersten Katalysator erfolgt, wobei der erste Katalysator Kupfer und Nickel enthält. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, gemäß dessen selbst nach langen Betriebszeiten Decenale mit hohen Ausbeuten zu Decanolen zu hydrieren sind. Insbesondere soll der Gehalt an nicht umgesetzten Decenalen im Hydheraustrag weniger als 1500 ppm betragen. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Hydrierung zweistufig erfolgt, nämlich in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise an einem Katalysator enthaltend Kupfer, Nickel und ggf. Chrom und/oder Bariumoxid und darauffolgend in einer zweiten Stufe mit einem anderen Katalysator, welcher frei von Kupfer, Chrom und Nickel sein muss.

Description

Verfahren zur Herstellung von Decanolen durch Hydrierung von Decenalen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Decanols durch Hydrierung mindestens eines Decenals, bei welchem eine erste Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen ersten Katalysator erfolgt, wobei der erste Katalysator Kupfer und Nickel enthält.
Bekannt ist ein derartiges Verfahren aus DE102007041380A1 .
Decanole im Sinne dieser Erfindung sind gesättigte Alkohole, die zehn
Kohlenstoffatome aufweisen. Verteter der Gruppe der Decanole sind: 2- Propylheptanol, 4-Methyl-2-propyl-hexanol, 5-Methyl-2-propyl-hexanol, 2- isopropyl-4-methyl-hexanol, 2-isopropyl-5-methyl-hexanol, wobei die aufgezählten Decanole jeweils aus mindestens zwei Stereoisomeren bestehen.
Decanole dienen als Vorstufen für die Herstellung von Weichmachern sowie als Zwischenprodukte für die Herstellung von Detergenzien.
Decenale im Sinne dieser Erfindung sind α,β-ungesättigte Aldehyde mit zehn Kohlenstoffatomen. Sie werden insbesondere durch Aldolisierung der gesättigten C5-Aldehyde (Pentale) gewonnen. Verteter der Gruppe der Decenale sind: 2- Propylheptenal, 4-Methyl-2-propyl-hexenal, 5-Methyl-2-propyl-hexenal, 2- lsopropyl-4-methyl-hexenal, 2-lsopropyl-5-methyl-hexenal.
Es ist bekannt, Carbonylverbindungen, insbesondere Aldehyde, katalytisch mit Wasserstoff zu Alkoholen zu reduzieren. Dabei werden häufig Katalysatoren eingesetzt, die mindestens ein Metall aus den Gruppen 1 b, 2b, 6b, 7b, und/oder 8 des Periodensystems der Elemente enthalten. Die Hydrierung von Aldehyden kann kontinuierlich oder diskontinuierlich mit pulverförmigen oder stückigen Katalysatoren in der Gas- oder Flüssigphase durchgeführt werden. Für die technische Herstellung von Alkoholen durch Hydrierung von Aldehyden aus dem Oxo-Prozess (Hydroformylierung von Olefinen) oder aus
Aldolkondensation von Aldehyden werden, vor allem bei Großprodukten, kontinuierliche Verfahren mit im Festbett angeordneten Katalysatoren in der Gas- oder Flüssigphase angewendet.
Im Vergleich zur Gasphasenhydrierung weist die Flüssigphasenhydrierung die günstigere Energiebilanz und die höhere Raum-Zeit-Ausbeute auf. Mit steigender Molmasse des zu hydrierenden Aldehyds, d. h. mit steigenden Siedepunkten, nimmt der Vorteil der günstigeren Energiebilanz zu. Höhere Aldehyde mit mehr als 7 Kohlenstoffatomen werden demnach vorzugsweise in der Flüssigphase hydriert.
Die Hydrierung in der Flüssigphase hat allerdings den Nachteil, dass aufgrund der hohen Konzentrationen sowohl an Aldehyden als auch an Alkoholen die Bildung von Hochsiedern durch Folge- und Nebenreaktionen begünstigt wird. So können Aldehyde leichter Aldolreaktionen (Addition und/oder Kondensation) eingehen und mit Alkoholen Halb- oder Vollacetale bilden. Die entstandenen Acetale können unter Abspaltung von Wasser oder Alkohol Enolether bilden, die unter den
Reaktionsbedingungen zu den gesättigten Ethern hydriert werden. Diese sekundären Nebenprodukte vermindern somit die Ausbeute. Die als Hochsieder bezeichneten Nebenprodukte können bestenfalls teilweise in nachgeschalteten Anlagen in Wertprodukte, wie Ausgangsaldehyde und Zielalkohole,
zurückgespalten werden.
Technische Aldehydgemische, die zur Hydrierung eingesetzt werden, enthalten häufig bereits Hochsieder in unterschiedlicher Konzentration.
Die Hydrierung von gesättigten Aldehyden (Hydroformylaten) unter Zusatz von Wasser ist beispielsweise in den Schriften US 5059710, US4401384, GB2142010, US2809220, DE19842370A1 und DE10062448A1 dargelegt. Diese Verfahren sind für die Hydrierung von Decenalen zu Decanolen nur bedingt geeignet, da durch das vorhandene Wasser zumindest ein Teil der Decenale zu einem oder mehreren C5-Aldehyd(en) zurückgespalten wird.
Im Vergleich zur Hydrierung von gesättigten Aldehyden ist die Hydrierung von ungesättigten Aldehyden zu gesättigten Alkoholen deutlich komplexer, da in diesem Fall nicht nur die Carbonylgruppe, sondern auch die olefinische
Doppelbindung hydriert werden muss.
Ein gattungsbildendes Verfahren zur Hydrierung von gesättigten oder α,β- ungesättigten Aldehyden zu den entsprechenden gesättigten Aldehyden wird in DE102007041380A1 offengelegt. Dabei wird als Hydrierkatalysator ein Trägerkatalysator eingesetzt, der neben den Aktivkomponenten Kupfer und Nickel sowie Chrom als Promotor zusätzlich Bariumoxid enthält.
Bei der Hydrierung von Decenalen zu Decanolen an den in
DE102007041380A1 beschriebenen Katalysatoren mit Bariumoxid im Langzeittest zeigte sich, dass nach über 1000 Stunden Betriebszeit im Hydrieraustrag
Decenale vorhanden sind.
Decenale im Decanolgemisch können bei dessen Weiterverarbeitung nachteilig sein. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Weichmachern aus dem
Decanolgemisch durch Reaktion der Decenale ein Produkt mit erhöhter Farbzahl entstehen, sodass zur Senkung der Farbzahl ein erhöhter Aufarbeitungsaufwand notwendig ist.
Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, ein Decanolgemisch bereitzustellen, das möglichst frei von Decenalen ist. Da Decenale und Decanole jedoch eine ähnliche Siedelage haben, ist eine physikalische Abscheidung von nicht umgesetzten Decenalen aus dem Decanolgemisch unwirtschaftlich. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, gemäß welchem selbst nach langen
Betriebszeiten Decenale mit hohen Ausbeuten zu Decanolen zu hydrieren sind. Insbesondere soll der Gehalt an nicht umgesetzen Decenalen im Hydrieraustrag weniger als 1500 ppm, vorzugsweise weniger als 1000 ppm und ganz besonders bevorzugt weniger als 600 ppm betragen.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Hydrierung zweistufig erfolgt, nämlich in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise an einem Katalysator enthaltend Kupfer, Nickel und ggf. Chrom und/oder Bariumoxid und darauffolgend in einer zweiten Stufe mit einem anderen Katalysator, welcher frei von Kupfer, Chrom und Nickel sein muss.
Gegenstand der Erfindung ist mithin ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Decanols durch Hydrierung mindestens eines Decenals, bei welchem eine erste Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen ersten Katalysator erfolgt, wobei der erste Katalysator Kupfer und Nickel enthält, mit einer auf die erste Hydrierung folgenden zweiten Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen zweiten Katalysator, wobei der zweite Katalysator frei von Kupfer, Chrom und Nickel ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Vergleich zu einem Verfahren, das nur einen Katalysator verwendet, folgende Vorteile auf: Bei gleichem
Gesamtkatalysatorvolumen wird bei vergleichbaren Ausbeuten ein Produkt mit geringerem Gehalt an olefinischen Verbindungen erhalten. Dies hat zur Folge, dass unter Einhaltung eines Grenzwertes an olefinischen Verbindungen im
Hydrieraustrag ein geringeres spezifisches Katalysatorvolumen notwendig ist. Wegen der geringeren Katalysatorkosten und geringerer Frequenz des
Katalysatorwechsels und damit verbundenen Aufwands ergeben sich geringere spezifische Hydrierkosten. Zudem werden Ausfallzeiten der Produktion durch Katalysatorwechsel verringert. Einsatzstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren sind Decenale (α,β- ungesättigte Cio-Aldehyde). Insbesondere werden α,β-ungesättigte Cio-Aldehyde eingesetzt, die durch Aldolkondensation von C5-Aldehyden hergestellt worden sind, wie beispielsweise 2-Propylhept-2-enal aus n-Pentanal und 2-Methyl-2- lsopropylhex-2-enal aus 3-Methylbutanal oder ein Gemisch isomerer Decenale, die durch Kondensation von mindestens zwei verschiedenen C5-Aldehyden erhalten werden, wie zum Beispiel 4-Methyl-2-Propyl-Hexanal aus Kreuz- Aldolisierung von n-Pentanal mit 2-Methylbutanal. Ganz besonders bevorzugt werden Decenalgemische mit einem Gehalt an 2-Propylhept-2-enal von über 85 Massen-% nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hydriert.
Ein Verfahren zur Herstellung solcher Gemische aus C5-Aldehyden wird beispielsweise in DE102009001594A1 beschrieben.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann für die erste Hydrierstufe ein
Trägerkatalysator verwendet, der die hydrieraktiven Metalle Kupfer, Chrom und Nickel sowie Bariumoxid aufweist. Solche Katalysatoren sind in
DE102007041380A1 beschrieben. Das Trägermaterial kann Titandioxid,
Zirkondioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid oder deren Mischoxide sein. Ein bevorzugter Träger ist Aluminiumoxid, vorzugsweise γ-Aluminiumoxid mit BET- Oberflächen zwischen 90 und 200 m2/g. Ein für die erste Hydrierstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbarer (erster) Katalysator enthält 1 bis 20 Massen-% Kupfer, 0,2 bis 6 Massen-% Chrom, 1 bis 20 Massen-% Nickel, jeweils berechnet als Metall, und 0,1 bis 2 Massen-% Barium, berechnet als Bariumoxid.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Trägerkatalysator für die erste Hydrierstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich Kupfer und Nickel als hydrieraktive Metalle, ist also frei von Chrom. Als bevorzugter Träger wird
Aluminiumoxid, vorzugsweise γ-Aluminiumoxid mit BET-Oberflächen zwischen 90 und 200 m2/g, eingesetzt. Die genannten Katalysatoren enthalten in der Regel 1 bis 20 Massen-% Kupfer und 1 bis 20 Massen-% Nickel, jeweils berechnet als Metall, insbesondere 6 bis 12 Massen-% Kupfer und 3 bis 8 Massen-% Nickel.
Überraschenderweise zeigt sich, dass bei der erfindungsgemäßen, zweistufigen Hydrierung der erste Katalysator sogar frei von Bariumoxid sein kann, ohne dass es zu einer nennenswerten Bildung von Acetalen kommt.
Somit handelt es sich bei dem in dem erfindungsgemäßen Verfahren
einzusetzenden Katalysator der ersten Hydrierstufe insbesondere um einen Katalysator aus Kupfer und Nickel, als hydrieraktive Metalle, auf einem Träger, d. h. ohne Zusatz von Chrom und/oder Bariumoxid.
Für die zweite Hydrierstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt Katalysatoren verwendet, die als hydrieraktives Metall Palladium oder Ruthenium aufweisen.
Als Hydrierkatalysatoren für die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens können bekannte Ruthenium-Trägerkatalysatoren, die üblicherweise 0,1 bis 10 Massen-% Ruthenium aufweisen, eingesetzt werden. Beispielsweise können Katalysatoren, deren Herstellungen in DE10054347A1 und DE10232868A1 beschrieben sind, eingesetzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Ruthenium- Trägerkatalysatoren mit 0,5 bis 3 Massen-% Ru auf oberflächenreichen
Aluminiumoxiden als Träger verwendet.
Besonders bevorzugt sind Palladium-Katalysatoren, da sich das wertvolle
Palladium besser aus dem verbrauchten Katalysator recyclen lässt.
Als geeignete Palladium-Katalysatoren können Pd-haltige Trägerkatalysatoren mit 0,1 bis 3 Massen-% Palladium eingesetzt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Trägerkatalysatoren mit 0,5 bis 1 ,5 Massen-% Pd auf oberflächenreichen Aluminiumoxiden als Träger verwendet. Bevorzugt werden γ-Aluminiumoxide mit einer BET-Oberfläche zwischen 80 und 180 m2/g und einem Porenvolumen zwischen 0,5 und 0,7 cm3/g eingesetzt.
Die Katalysatoren werden zweckmäßig in einer Form eingesetzt, die einen geringen Strömungswiderstand bietet, z. B. in Form von Granalien, Pellets oder Formkörpern, wie Tabletten, Zylindern, Kugeln, Strangextudaten oder Ringen. Sie werden zweckmäßig vor ihrem Einsatz durch Erhitzen im Wasserstoffstrom, beispielsweise auf 140 bis 250 °C, aktiviert, sofern sie nicht im Hydrierreaktor reduziert werden. Beispielsweise wird ein Verfahren zur Reduktion eines
Katalysators mit Wasserstoff in Gegenwart einer flüssigen Phase in
DE19933348A1 beschrieben.
Der Volumenanteil des ersten Katalysators am Gesamtkatalysatorvolumen beträgt vorzugsweise 70 bis 98 %, insbesondere ist das Volumen des ersten Katalysators mindestens dreimal so groß wie das Volumen des zweiten Katalysators. Ganz besonders bevorzugt ist der Volumenanteil des ersten Katalysators am Gesamtkatalysatorvolumen 80 bis 95 %, ganz besonders bevorzugt 90 bis 95 %.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der ersten Hydrierstufe ein Katalysator aus lediglich Kupfer und Nickel auf einem Träger, d. h. frei von Chrom und/oder Bariumoxid, und in der zweiten Hydrierstufe ein Pd-haltiger Trägerkatalysator eingesetzt. Durch diese Katalysatorkombination werden besonders gute Hydrierergebnisse in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt, d. h. der Anteil der Decenale kann besonders stark gesenkt werden, bei gleichzeitiger guter Recyclierbarkeit der Katalysatoren, was insgesamt zu einem besonders wirtschaftlichen Prozess führt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hydrierung der Decenalgemische zu den entsprechenden gesättigten Cio-Alkoholen an zwei in unterschiedlichen Reaktoren oder Betten angeordneten Katalysatoren durchgeführt. Optional können beide Hydrierstufen nacheinander in einem Reaktor erfolgen. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen Katalysatoren in einem Reaktor in
verschiedenen Betten angeordnet sind. In der einfachsten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem zwei Betten aufweisenden Reaktor durchgeführt, wobei das eine Bett von dem ersten Katalysator gebildet wird und das andere Bett von dem zweiten Katalysator gebildet wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Verfahrensausführungen mit
mindestens zwei Reaktoren bevorzugt, wobei der zweite Reaktor ein oder zwei Betten aufweisen kann.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in mindestens zwei hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt, wobei der erste Reaktor den ersten Katalysator enthält und der zweite Reaktor den zweiten Katalysator enthält, und wobei die erste Hydrierung im ersten Reaktor erfolgt und die zweite
Hydrierung im zweiten Reaktor erfolgt.
Für jede Reaktionszone des erfindungsgemäßen Verfahrens können
unterschiedliche Verfahrensvarianten gewählt werden. Es kann adiabatisch, oder praktisch isotherm, d. h. mit einem Temperaturanstieg kleiner 10 °C, ein- oder mehrstufig durchgeführt werden. Im letzteren Falle kann man alle Reaktoren, zweckmäßig Rohrreaktoren, adiabatisch oder praktisch isotherm sowie einen oder mehrere adiabatisch und die anderen praktisch isotherm betreiben.
Die beiden Reaktionszonen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt kontinuierlich und bevorzugt in der Rieselphase oder in der
Flüssigphase in Dreiphasenreaktoren im Gleichstrom durchgeführt, wobei der Wasserstoff in an sich bekannter Weise in dem flüssigen Aldehydstrom fein verteilt wird. Im Interesse einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung, einer verbesserten Reaktionswärmeabfuhr und einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute werden die
Reaktoren vorzugsweise mit hohen Flüssigkeitsbelastungen von 15 bis 120, insbesondere von 25 bis 80 m3 pro m2 Querschnitt des leeren Reaktors und Stunde betrieben. Wird ein Reaktor isotherm und im geraden Durchgang betrieben, so kann die spezifische Katalysatorbelastung (LHSV = liquid hourly space velocity) Werte zwischen 0,1 und 10 h"1 annehmen.
Eine spezielle Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktor mit dem ersten Katalysator in
Schlaufenfahrweise (externe Rückführung) und der zweite Reaktor, der entweder nur den zweiten Katalysator oder in der oberen Reaktionszone den ersten Katalysator und in der unteren Reaktionszone den zweiten Katalysator enthält, im geraden Durchgang betrieben wird.
Optional kann die Hydrierung auch in drei hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt werden. Dabei wird der erste Reaktor mit einem Teil des ersten Katalysators vorzugsweise in Schlaufenfahrweise (externe Rückführung) betrieben, der zweite Reaktor mit dem Rest des ersten Katalysators und der dritte Reaktor mit dem zweiten Katalysator werden im geraden Durchgang betrieben. Hierbei erfolgt die erste Hydrierung im ersten und im zweiten Reaktor und die zweite Hydrierung erfolgt im dritten Reaktor.
Zur Minimierung von Nebenreaktionen und somit Erhöhung der Ausbeute ist es zweckmäßig, die Aldehydkonzentration im Reaktorzulauf zu begrenzen.
Insbesondere liegt der Anteil an Decenal im Zulauf des ersten Reaktors zwischen 1 bis 35 Massen-%, bevorzugt zwischen 5 und 25 Massen-%. Der gewünschte Konzentrationsbereich kann bei Reaktoren, die in Schlaufenfahrweise betrieben werden, durch die Kreislaufrate (Mengenverhältnis von zurückgeführtem
Hydrieraustrag zu Edukt) eingestellt werden.
Die zwei oder mehreren Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem Druckbereich von 0,5 bis 10 MPa, insbesondere zwischen 0,5 und 4 MPa, ganz besonders im Bereich von 1 bis 2,5 MPa durchgeführt. Die Hydriertemperaturen liegen zwischen 120 und 220 °C, insbesondere zwischen 140 und 190 °C. Die einzelnen Stufen werden bei gleichem Druck oder unterschiedlichen Druck betrieben. Die Temperaturen sind in den einzelnen Stufen gleich oder
verschieden.
Der für die Hydrierung eingesetzte Wasserstoff kann inerte Gase wie
beispielsweise Methan oder Stickstoff enthalten. Vorzugsweise wird Wasserstoff mit einer Reinheit größer als 98 %, insbesondere größer als 99 % eingesetzt.
Jeder Reaktor kann mit Frisch-Wasserstoff betrieben werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das Abgas eines Reaktors ganz oder teilweise der
Einsatzwasserstoff eines anderen Reaktor sein kann. Im letzteren Fall kann flüssiges Hydriergut (Edukt/Produkte) und Wasserstoff in gleicher oder umgekehrter Reihenfolge durch die Reaktoren strömen.
Das Hydrierprodukt wird destillativ aufgearbeitet. Dies geschieht bei Normaldruck oder vorzugsweise bei vermindertem Druck. Vorzugsweise wird das
Hydriergemisch in drei Fraktionen getrennt, nämlich Vorlauf, Decanolfraktion (gesättigte Cio-Alkohole) und Hochsiederfraktion (Stoffe, die höher als die Decanole sieden) getrennt. Enthält der Vorlauf noch Cio-Aldehyde, kann dieser teilweise in die Hydrierung zurückgeführt werden.
Die Cio-Alkohole werden, wie bereits erwähnt, vorzugsweise für die Herstellung von Weichmachern oder Detergenzien verwendet.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne die
Anwendungsbreite einzuschränken, die sich aus der Beschreibung und den Patentansprüchen ergibt. Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß):
Hydrierung mit erstem Katalysator (Cu/Cr/Ni auf Al203-Träger)
Ein Reaktionsaustrag aus der kontinuierlichen Aldolisierung von n-Pentanal und 2- Methylbutanal mit rund 88 Massen-% 2-Propylheptenal und rund 3,2 Massen-% 4- Metyl-2-Propyl-Hexenal wurde in einer Kreislaufapparatur bei 180 °C und 25 bar absolut an 105,3 g (entsprechend 150 ml) eines Cu/Cr/Ni-Katalysators auf AI2O3- Träger (Strangextrudate:1 ,5 mm Durchmesser, 3-5 mm Länge) mit 6 Massen-% Kupfer, 3,1 Massen-% Nickel und 0,6 Massen-% Chrom in der Flüssigphase kontinuierlich hydriert. Es wurden stündlich 0,10 I Edukt, entsprechen einem LHSV-Wert von 0,66 h"1 bei einem Kreislauf von 40 l/h durchgesetzt. Die
Abgasmenge betrug 60 Nl/h. Die Edukt- und Produkt-Analysen in Massen % sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1 : Hydrierung von Cio-Aldehyden am Cu/Cr/Ni-Katalysator
Figure imgf000012_0001
*Zwischenlauf (unter anderen C5-Ester und C5-Säuren) Wie man aus der Tabelle 1 entnehmen kann, wurden die beiden ungesättigten Cio-Aldehyde 2-Propylheptenal und 4-Methyl-2-Propyl-Hexenal am Cu/Cr/Ni- Standardkatalysator mit hoher Selektivität zu den Wertprodukten 2-Propyheptanol und 4-Methyl-2-Propyl-Hexanol umgesetzt.
Die im Edukt vorhandenen, nicht umgesetzten C5-Aldehyde (n-Pentanal und 2- Methylbutanal) wurden praktisch vollständig zu entsprechenden C5-Alkoholen umgesetzt.
Die Restgehalte an ungesättigtem Cio-Aldehyd 2-Propylheptenal stiegen von 0,35 Gew.-% zu Beginn der Hydrierung nach 500 Stunden auf rund 0,85 Gew.-% nach 3000 Versuchstunden.
Im Produktspektrum der Hydrierung am Cu/Cr/Ni-Katalysator wurde das
Zwischenprodukt der 2-Propylheptenal-Hydrierung, der gesättigte Cio-Aldehyd 2- Propylheptanal, nachgewiesen.
Beispiel 2 (nicht erfindungsgemäß):
Hydrierung mit erstem Katalysator (Cu/Ni auf Al203-Träger)
Ein Reaktionsaustrag aus der kontinuierlichen Aldolisierung von n-Pentanal und 2- Methylbutanal mit rd. 86,5 Massen-% 2-Propylheptenal und 3,3 Massen-% 4- Methyl-2-Propyl-Hexenal wurde in einer Kreislaufapparatur bei 180 °C und 25 bar absolut an 109,8 g (entsprechend 150 ml) eines Cu/Ni-Katalysators auf AI2O3- Träger (gleicher Träger wie im Beispiel 1 ) mit 9,5 Massen-% Kupfer und 6,1 Massen-% Nickel in der Flüssigphase kontinuierlich hydriert. Es wurden stündlich 0,10 I Edukt, entsprechen einem LHSV-Wert von 0,66 h"1 bei einem Kreislauf von 40 l/h durchgesetzt. Die Abgasmenge betrug 60 Nl/h. Die Edukt- und Produkt- Analysen in Massen % sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Tabelle 2: Hydrierung von Cio-Aldehyden am Cu/Ni-Katalysator
Figure imgf000014_0001
*Zwischenlauf (unter anderen C5-Ester und C5-Säuren)
Unter den gewählten Reaktionsbedingungen stiegen die Restgehalte an
ungesättigtem Cio-Aldehyd 2-Propylheptenal von 0,19 Gew.-% nach 500 Stunden auf rund 0,65 Gew.-% nach 3000 Versuchstunden. Dieses Ergebnis ist mit dem Hydrierergebnis in Beispiel 1 vergleichbar.
Im Unterschied zu Cu/Cr/Ni-Katalysator (Beispiel 1 ) wird am Cu/Ni-Katalysator mit deutlich höheren Cu- und Ni-Gehalten das Zwischenprodukt der 2-Propylheptenal- Hydrierung, der gesättigte Cio-Aldehyd 2-Propylheptanal, praktisch vollständig zum Wertprodukt 2-Propylheptanol umgesetzt. Beispiel 3 (erfindungsgemäß):
Hydrierung mit einer Kombination aus Cu/Cr/Ni-Katalysator und Ru- Katalysator
Inn folgenden Beispiel sind die Ergebnisse der Hydrierung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Statt eines Katalysators bestand das Katalysatorbett aus einer Kombination zweier Katalysatoren. Das Katalysator-Gesamtvolumen betrug wie im Beispiel 1 150 ml.
Der Hauptanteil des Katalysatorbettes stellte mit 120 ml der Cu/Cr/Ni-Katalysator, welcher auch im Beispiel 1 verwendet wurde, dar. Dieser Katalysator wurde an der Anströmseite des Reaktors platziert.
Dem Cu/Cr/Ni-Katalysator (Strangextrudate:1 ,5 mm Durchmesser, 3-5 mm Länge) folgte ein Ruthenium-Trägerkatalysator (1 ,5 Massen-% Ru auf γ-Aluminiumoxid als Träger mit 30 ml Katalysatorvolumen.
Für die Hydrierung wurde Edukt gleicher Zusammensetzung wie im Beispiel 1 verwendet.
Die Reaktionsbedingungen der Hydrierung mit 180 °C, 25 bar und einem
Eduktdurchsatz von 0,10 l/h bei einem Kreislauf von 40 l/h, waren mit
Bedingungen der Hydrierung im Beispiel 1 vergleichbar.
Die Ergebnisse der Hydrierung an der erfindungsgemäßen
Katalysatorkombination sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3: Hydrierung an Cu/Cr/Ni- und Ru-Katalysatorkombination
Figure imgf000016_0001
*Zwischenlauf (unter anderen C5-Ester und C5-Säuren)
Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass die Ausbeuten der 2-Propylheptenal- Hydrierung in Gegenwart der erfindungsgemäßen Katalysatorkombination mit den am Standardkatalysator erzielbaren Ausbeuten im Beispiel 1 vergleichbar sind. Nach der vorliegenden Analyse der Reaktionsausträge liegen die Gehalte an gewünschten Wertprodukt 2-Propylheptanol (2-PH-ol) in beiden Fällen zwischen 85 und 86 Massen-%.
Im Unterschied zur Standardfahrweise mit einem Katalysator im Beispiel 1 mit steigenden Gehalten an ungesättigtem Cio-Alehyd 2-Propylheptenal, wurden die 2-Propylheptenal-Gehalte im Reaktionsaustrag bei dem Einsatz der Katalysatorkombination deutlich reduziert. Nach einer Versuchszeit von rund 3000 Stunden wurde ein geringer Gehalt an 2- Propylheptenal von rund 0,07 Massen-%, entsprechend 700 ppm, ermittelt. Nach den vorliegenden Ergebnissen wurde das 2-Propylheptenal vorzugsweise zu 2- Propylheptanal umgesetzt.
Beispiel 4 (erfindungsgemäß):
Hydrierung mit einer Kombination aus Cu/Ni-Katalysator und Pd-Katalysator
Im folgenden Beispiel sind die Ergebnisse der Hydrierung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer zweiten Katalysatorkombination dargestellt, die aus einem Cu/Ni-Katalysator als erster Katalysator und einem nachgeschalteten Palladium-Katalysator bestand. Wie im Beispiel 2 betrug das Katalysator- Gesamtvolumen 150 ml.
Unter Einhaltung des gleichen Volumenverhältnisses wie im Beispiel 3 wurde der Reaktor von der Anströmseite her mit 120 ml des Cu/Ni-Katalysators und mit 30 ml des Palladium-Katalysators (0,5 Massen-% Pd) gleicher geometrischer Form (Extrudate: 1 ,5 mm Durchmesser, 2 bis 4 mm Länge) befüllt.
Für die Hydrierung wurde Edukt gleicher Zusammensetzung wie in Beispiel 2 verwendet. Die Hydrierung erfolgte unter gleichen Reaktionsbedingungen wie in den vorangegangenen Beispielen, d. h. bei 180 °C, 25 bar und 100 ml/h Cg- Aldehyd-Durchsatz.
Die Ergebnisse der Hydrierung an der zweiten erfindungsgemäßen
Katalysatorkombination sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4: Hydrierung an Cu/Ni- und Pd-Katalysatorkombination
Figure imgf000018_0001
Wie man aus der Tabelle 4 entnehmen kann, wurde bei der Hydrierung von ungesättigten Cio-Aldehyden in Gegenwart von Cu/Ni- und Pd- Katalysatorkombination vergleichbare Ausbeuten wie bei dem Einsatz des Cu/Ni- Katalysatorsystems in Beispiel 2 erzielt.
Im Vergleich zu Beispiel 2 mit einem Katalysator wurden die Restgehalte an C10- Aldehyd 2-Propylheptenal im Produktaustrag durch den nachgeschalteten Pd- Katalysator deutlich reduziert. Nach rund 3000 Versuchstunden wurde ein 2- Propylheptenal-Gehalt von rund 400 ppm ermittelt.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung mindestens eines Decanols durch Hydrierung
mindestens eines Decenals, bei welchem eine erste Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen ersten Katalysator erfolgt, wobei der erste Katalysator Kupfer und Nickel enthält,
gekennzeichnet durch
eine auf die erste Hydrierung folgende zweite Hydrierung in der flüssigen Phase an einem festen zweiten Katalysator, wobei der zweite Katalysator frei von Kupfer, Chrom und Nickel ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Katalysator Palladium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Katalysator Ruthenium enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Volumenanteil des ersten Katalysators am
Gesamtkatalysatorvolumen 70 bis 98 % beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Volumen des ersten Katalysators mindestens dreimal so groß ist wie das Volumen des zweiten Katalysators.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass es in mindestens zwei hintereinander geschalteten Reaktoren
durchgeführt wird, wobei der erste Reaktor den ersten Katalysator enthält und der zweite Reaktor den zweiten Katalysator enthält, und wobei die erste Hydrierung im ersten Reaktor erfolgt und die zweite Hydrierung im zweiten Reaktor erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass es in drei hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt wird, wobei der erste Reaktor einen Teil des ersten Katalysators enthält und in Schlaufenfahrweise betrieben wird, wobei der zweite Reaktor den Rest des ersten Katalysators enthält, wobei der dritte Reaktor den zweiten Katalysator enthält, wobei die erste Hydrierung im ersten Reaktor und im zweiten Reaktor erfolgt und wobei die zweite Hydrierung im dritten Reaktor erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass es in einem zwei Betten aufweisenden Reaktor durchgeführt wird, wobei das eine Bett von dem ersten Katalysator gebildet wird und das andere Bett von dem zweiten Katalysator gebildet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Katalysator frei von Bariumoxid ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Katalysator frei von Chrom ist.
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