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EP1027282A1 - Method for hydrogenating an anthraquinone compound - Google Patents

Method for hydrogenating an anthraquinone compound

Info

Publication number
EP1027282A1
EP1027282A1 EP98959803A EP98959803A EP1027282A1 EP 1027282 A1 EP1027282 A1 EP 1027282A1 EP 98959803 A EP98959803 A EP 98959803A EP 98959803 A EP98959803 A EP 98959803A EP 1027282 A1 EP1027282 A1 EP 1027282A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixture
catalyst
metal
compound
periodic table
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98959803A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arnd BÖTTCHER
Jochem Henkelmann
Franz Josef BRÖCKER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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 BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1027282A1 publication Critical patent/EP1027282A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/013Separation; Purification; Concentration
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/022Preparation from organic compounds
    • C01B15/023Preparation from organic compounds by the alkyl-anthraquinone process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C37/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C37/06Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring by conversion of non-aromatic six-membered rings or of such rings formed in situ into aromatic six-membered rings, e.g. by dehydrogenation
    • C07C37/07Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring by conversion of non-aromatic six-membered rings or of such rings formed in situ into aromatic six-membered rings, e.g. by dehydrogenation with simultaneous reduction of C=O group in that ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/02Ortho- or ortho- and peri-condensed systems
    • C07C2603/04Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings
    • C07C2603/22Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing only six-membered rings
    • C07C2603/24Anthracenes; Hydrogenated anthracenes

Definitions

  • the present invention relates to a process for the hydrogenation of anthraquinone compounds, in which an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof is brought into contact with a catalyst containing at least one metal of the NHL subgroup of the periodic table as active metal, and also a A process for the production of hydrogen peroxide by the anthraquinone process, which comprises a hydrogenation step as defined above and the reaction of the anthrahydroquinone compound obtained in this step with an oxygen-containing gas.
  • the process is based on the catalytic hydrogenation of an anthraquinone compound to the corresponding anthrahydroquinone compound, subsequent reaction thereof with oxygen to form hydrogen peroxide and subsequent separation of the hydrogen peroxide formed by extraction.
  • the catalytic cycle is closed by renewed hydrogenation of the re-formed anthraquinone compound.
  • the anthraquinone compounds used are usually dissolved in a mixture of several organic solvents.
  • the resulting solution is called a working solution.
  • this working solution is generally carried out continuously through the stages of the process described above.
  • a particularly important stage of the anthraquinone process is the hydrogenation stage, in which the anthraquinone compound contained in the working solution is hydrogenated in the presence of a catalyst to give the corresponding anthraquinone compound.
  • This catalytic hydrogenation can be carried out in suspension or in a fixed bed in different reactor types.
  • the state of the art in this regard is assessed in detail, for example, in EP-A-0 672 617.
  • This document relates to a process of the type in question, using a fixed bed reactor comprising a catalyst bed with an open structure.
  • the catalyst used there is the use of palladium on a support, such as, for example Activated carbon, alumina or silica gel are proposed.
  • Precious metals such as Palladium, platinum, rhodium or mixtures thereof can be used.
  • the present invention relates to a process for hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst to give an anthrahydroquinone compound or a mixture of two or more thereof, wherein the catalyst (catalyst 1) at least one in situ deposited on a support, homogeneous compound of at least one metal of NQ1.
  • the catalyst (catalyst 1) at least one in situ deposited on a support, homogeneous compound of at least one metal of NQ1.
  • the present invention relates to a process for the hydrogenation of an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 2) as the active metal is at least one metal of Vm. ⁇ subgroup of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VE. ⁇ auxiliary group of the periodic table, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 50 nm and a surface BET of at most 30 m 2 / g and the amount of active metal 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst is, and preferably the ratio of the surfaces of the active metal and the catalyst support is ⁇ 0.05.
  • the present invention relates to a process for the hydrogenation of an anthraquinone compound as defined above, the catalyst (catalyst 3) as the active metal being at least one metal of NOT.
  • the catalyst catalyst 3 as the active metal being at least one metal of NOT.
  • ⁇ subgroup of the periodic table in an amount of 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, applied to a support, wherein 10 to 50% of the pore volume of the support of macropores with a pore diameter in the range of 50 nm up to 10,000 nm and 50 to 90% of the pore volume of the support are formed by mesopores with a pore diameter in the range from 2 to 50 nm, the sum of the pore volumes adding up to 100%.
  • the present invention relates to a Process for the hydrogenation of an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 4) as active metal at least one metal of Vm.
  • the catalyst catalyst 4
  • Sub-group of the periodic table with at least one metal of sub-group I or VII.
  • Sub-group of the periodic table in an amount of 0.01 to 30% by weight, preferably 0.2 to 15% by weight, based on the total weight of the catalyst, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 0.1 ⁇ m, preferably at least 0.5 ⁇ m, and a surface area of at most 15 m 2 / g, preferably at most 10 m 2 / g.
  • the invention relates to a process for hydrogenating an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 5) is a monolithic supported catalyst which is obtained by successively heating in the air and cooling a support material in the form of a metal mesh or a metal foil, followed by coating can be produced in a vacuum with an active component and subsequent cutting and shaping of the coated support material and subsequent processing to form a monolithic supported catalyst, at least one metal of Vm.
  • Subgroup of the periodic table is used alone or together with at least one metal of subgroup I or VII of the periodic table.
  • all metals of Vi ⁇ can be used as active metal.
  • Subgroup of the periodic table can be used. Platinum, rhodium, palladium, cobalt, nickel or ruthenium or a mixture of two or more thereof are preferably used as active metals, ruthenium in particular being used as the active metal.
  • the metals of I. or VE that can also be used. or else the 1st and 7th subgroups of the periodic table, which can also all be used in principle, copper and / or rhenium are preferably used.
  • the terms "macropores” and "micropores” are used in the context of the present invention as they are in Pure Appl. Chem., 45, p. 79 (1976), namely as pores whose diameter is above 50 nm (macropores) or whose diameter is between 2 nm and 50 nm
  • the content of the active metal is generally approximately 0.01 to approximately 30% by weight, preferably approximately 0.01 to approximately 5% by weight and in particular approximately 0.1 to approximately 5% by weight, in each case based on the total weight of the catalyst used, the contents preferably used for catalysts 1 to 5 being again given individually in the discussion of these catalysts.
  • anthraquinone compound includes in principle all anthraquinone compounds and the corresponding tetrahydroanthraquinone compounds which can be used for the anthraquinone process for the production of hydrogen peroxide.
  • the compounds which can preferably be used are briefly explained again below in the section "The procedure”.
  • the catalysts 1 to 5 defined above are now to be described in detail below. The description is given by way of example with reference to the use of ruthenium as an active metal. The information below is also applicable to the other active metals that can be used, as defined herein.
  • the process according to the invention can be carried out in the presence of a catalyst 1 which comprises at least one homogeneous compound of at least one metal of Vm deposited on a support in situ.
  • a catalyst 1 which comprises at least one homogeneous compound of at least one metal of Vm deposited on a support in situ.
  • Subgroup of the periodic table if necessary together with at least one compound of at least one metal of subgroup I or VII. of the periodic table.
  • the catalysts are prepared by introducing a homogeneous metal compound into the reactor during the reaction and depositing it on a support located in the reactor during the reaction.
  • the homogeneous metal compound can also be introduced into the reactor before the reaction and can be deposited on a support located in the reactor during a treatment with hydrogen.
  • in situ used in the context of the present application means that the catalyst is not produced and dried separately and then introduced into the reactor as a finished catalyst, so to speak, but that the catalyst in the context of the present invention is either immediately before or in the reactor is formed during the actual hydrogenation.
  • homogeneous compound of a metal of VDI., I. or VE. Subgroup of the periodic table” or “homogeneous ruthenium compound” used in the context of the present application means that the metal compound used according to the invention in the medium surrounding it, i.e. the anthraquinone compound that is still to be hydrogenated, or is soluble in a mixture of these compounds with at least one solvent.
  • the metal compounds used are mainly nitrosyl nitrates and nitrates, but also halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro-, nitrido- and
  • Preferred compounds are ruthenium nitrosate initiate, Ru & enium (IH) chloride, ruthenium (III) nitrate and ruthenium oxide hydrate.
  • the amount of the metal compound applied to the carrier or carriers in the context of the method according to the invention is not particularly good is limited, from the point of view of sufficient catalytic activity and the economy of the process, the metal salt or the metal complex is applied to the support (s) in such amounts that 0.01 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst , deposits of active metal on the carrier or carriers. This amount is more preferably 0.2 to 15% by weight, particularly preferably about 0.5% by weight.
  • the supports in the reactor are preferably metal nets and rings and steatite bodies, as are described, inter alia, in EP-A-0 564 830 and EP-A-0 198 435. Nevertheless, the carriers used with particular preference in the context of the present invention and their production are to be briefly explained below.
  • Metallic support materials such as stainless steel with material numbers 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 etc., are particularly preferably used, since they can be roughened by tempering their surface before being coated with the active components.
  • Kanthai material master 1.4767
  • metals containing aluminum are particularly preferably used as the net material.
  • Kanthai is an alloy that contains approximately 75% by weight Fe, approximately 20% by weight Cr and approximately 5% by weight Al.
  • the above-mentioned metallic supports are heated in air at temperatures of 600 to 1100, preferably 800 to 1000 ° C., for one to twenty, preferably one to ten, hours and then cooled again. This pretreatment is crucial for the activity of the catalyst, since without this tempering treatment practically no ruthenium can be deposited on the metallic support in situ. After this carrier treatment at elevated temperature, they are coated with the ruthenium compound.
  • those described above can Supports are coated with a layer of a palladium metal, such as Ni, Pd, Pt, Rh, preferably Pd, in a thickness of approximately 0.5 to approximately 10 nm, in particular approximately 5 nm, as is also described in the EP mentioned above -A-0 564 830.
  • a palladium metal such as Ni, Pd, Pt, Rh, preferably Pd
  • a network of tempered Kanthai, onto which a Pd layer was vapor-deposited to facilitate the deposition of the active metal with a thickness of approximately 5 nm is used as a carrier.
  • customary catalyst support systems such as, for example, activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof, in each case in spherical, stranded or ring form, can also be used.
  • aluminum oxide and zirconium dioxide are particularly preferred.
  • the pore size and the pore distribution are completely uncritical. Bimodal and all other types of carriers can be used.
  • the supports are preferably macroporous.
  • the catalysts 2 used according to the invention can be prepared industrially by applying at least one metal from subgroup VIII of the periodic table and, if appropriate, at least one metal from subgroup I or VE from the periodic table on a suitable support.
  • the application can be achieved by soaking the carrier in aqueous metal salt solutions, such as, for example, aqueous ruthenium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the carrier or by other suitable processes.
  • aqueous metal salt solutions such as, for example, aqueous ruthenium salt solutions
  • Subgroup of the periodic table are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, with the nitrates and nitrosyl nitrates being preferred.
  • metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
  • the supports coated or impregnated with the metal salt solution are then dried, preferably at temperatures between 100 ° C. and 150 ° C., and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C., preferably between 350 ° C. and 450 ° C. If the impregnation is carried out separately, the catalyst is dried after each impregnation step and optionally caicinated, as described above. The order in which the active components are soaked is freely selectable.
  • the coated, dried and optionally calcined carriers are then activated by treatment in a gas stream containing free hydrogen at temperatures between approximately 30 ° C. and approximately 600 ° C., preferably between approximately 150 ° C. and approximately 450 ° C.
  • the gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume of N 2 .
  • the metal salt solution or solutions are applied to the carrier or carriers in such an amount that the total content of active metal, in each case based on the total weight of the catalyst, about 0.01 to about 30% by weight, preferably about 0.01 to about 5% by weight, more preferably about 0.01 to about 1% by weight, and especially about 0.05 is up to about 1% by weight.
  • the total metal surface area on the catalyst is preferably approximately 0.01 to approximately 10 m 2 / g, more preferably approximately 0.05 to approximately 5 m 2 / g and in particular approximately 0.05 to approximately 3 m 2 / g of the catalyst.
  • the metal surface is by means of the by J. LeMaitre et al. in "Characterization of Heterogenous Catalysts", ed. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York 1984, pp. 310-324.
  • the ratio of the surfaces of the active metal (s) and the catalyst carrier is preferably less than about 0.05, the lower limit being about 0.0005.
  • the support materials which can be used to prepare the catalysts used according to the invention are those which are macroporous and have an average pore diameter of at least about 50 nm, preferably at least about 100 nm, in particular at least about 500 nm, and their surface area according to BET at most about 30 m 2 / g , preferably at most about 15 m 2 / g, more preferably at most about 10 m 2 / g, in particular at most about 5 m 2 / g and more preferably at most about 3 m 2 / g. More specifically, the mean pore diameter of the carrier is preferably about 100 nm to about 200 ⁇ m, more preferably about 500 nm to about 50 ⁇ m.
  • the surface area of the carrier is preferably approximately 0.2 to approximately 15 m 2 / g, more preferably approximately 0.5 to approximately 10 m 2 / g, in particular approximately 0.5 to approximately 5 m 2 / g and further preferably approximately 0, 5 to about 3 m 2 / g.
  • the surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular in accordance with DIN 66131.
  • the average pore diameter and the pore size distribution are determined by mercury porosimetry, in particular in accordance with DIN 66133.
  • the pore size distribution of the carrier can preferably be approximately bimodal, the pore diameter distribution with maxima at approximately 600 nm and approximately 20 ⁇ m in the bimodal distribution being a special embodiment of the invention.
  • a carrier with a surface area of 1.75 m 2 / g is further preferred which has this bimodal distribution of the pore diameter.
  • the pore volume of this preferred carrier is preferably about 0.53 ml / g.
  • activated carbon silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures of two or more thereof can be used as the macroporous carrier material, aluminum oxide and zirconium dioxide being preferably used.
  • the catalysts 3 used according to the invention can be produced industrially by applying an active metal of Vm. Subgroup of the
  • Periodic table preferably ruthenium or palladium and optionally at least one metal of I. or VTI.
  • Subsidiary of the periodic table a suitable carrier.
  • the application can be achieved by soaking the support in aqueous metal salt solutions, such as ruthenium or palladium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the support or by other suitable methods.
  • Suitable metal salts for the preparation of the metal salt solutions are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chlorine complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, with the nitrates and nitrosyl nitrates being preferred.
  • the metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
  • the supports coated or soaked with the metal salt solution are then dried, temperatures between 100 ° C. and 150 ° C. being preferred. These carriers can optionally be caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C., preferably 350 ° C. to 450 ° C.
  • the coated supports are then activated by treatment in a gas stream which contains free hydrogen at temperatures between 30 ° C. and 600 ° C., preferably between 100 ° C. and 450 ° C. and in particular between 100 ° C. and 300 ° C.
  • the gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume of N 2 .
  • the carrier can be dried at temperatures between 100 ° C and 150 ° C after each application or soaking and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C and 600 ° C.
  • the order in which the metal salt solution is applied or soaked can be chosen arbitrarily.
  • the metal salt solution is applied to the carrier (s) in such an amount that the active metal content is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 5% by weight. % and in particular 0.3 to 1 wt .-%, based on the total weight of the catalyst.
  • the total metal surface area on the catalyst is preferably 0.01 to 10 m 2 / g, more preferably 0.05 to 5 m 2 / g and further preferably 0.05 to 3 m 2 / g of the catalyst.
  • the metal surface was measured by the chemisorption method as described in J. LeMaitre et al., "Characterization of Heterogeneous Catalysts", ed. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York (1984), pp. 310-324.
  • the ratio of the surfaces of the at least one active metal and the catalyst support is less than about 0.3, preferably less than about 0.1 and in particular about 0.05 or less, the lower limit being about 0.0005.
  • the support materials which can be used to produce the catalysts used according to the invention have macropores and mesopores.
  • the carriers which can be used according to the invention have a pore distribution which corresponds to approximately 5 to approximately 50%, preferably approximately 10 to approximately 45%, further preferably approximately 10 to approximately 30% and in particular approximately 15 to approximately 25% of the pore volume of macropores having a pore diameter in Range from about 50 nm to about 10,000 nm and from about 50 to about 95%, preferably from about 55 to about 90%, more preferably from about 70 to about 90% and especially from about 75 to about 85% of the pore volume of mesopores with a pore diameter knives from approximately 2 to approximately 50 nm are formed, the sum of the pore volumes adding up to 100% in each case.
  • the total pore volume of the supports used according to the invention is approximately 0.05 to 1.5 cm 3 / g, preferably approximately 0.1 to 1.2 cm 3 / g and in particular approximately 0.3 to 1.0 cm 3 / g.
  • the average pore diameter of the supports used according to the invention is approximately 5 to 20 nm, preferably approximately 8 to 15 nm and in particular approximately 9 to 12 nm.
  • the surface of the support is about 50 to about 500 m 2 / g, more preferably about 200 to about 350 m 2 / g, and most preferably about 200 to about 250 m 2 / g of the support.
  • the surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular according to DIN 66131.
  • the average pore diameter and the size distribution are determined by mercury porosimetry, in particular according to DIN 66133.
  • activated carbon silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof, more preferably aluminum oxide and zirconium dioxide, are preferably used.
  • the catalysts 4 used according to the invention can be manufactured industrially are applied by applying an active metal of Vm. Subgroup of the periodic table and optionally at least one metal of I. or VE. Subgroup of the periodic table on a suitable support.
  • the application can be achieved by soaking the support in aqueous metal salt solutions, such as ruthenium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the support or by other suitable methods.
  • aqueous metal salt solutions such as ruthenium salt solutions
  • ruthenium salts for the preparation of the ruthenium salt solutions as well as metal salts of I., VE. or VEI.
  • Subgroups are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chlorine complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, preference being given to the nitrates and nitrosyl nitrates.
  • the metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
  • the supports coated or impregnated with the ruthenium salt or metal salt solution are then dried, preferably at temperatures between 100 ° C. and 150 ° C., and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C.
  • the coated supports are activated by treating the coated supports in a gas stream containing free hydrogen
  • the gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume
  • the metal salt solution is applied to the carrier (s) in such an amount that 0.01 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst, of active metal is present on the carrier. This amount is preferably 0.2 to 15% by weight, particularly preferably about 0.5% by weight.
  • the total metal surface area on the catalyst is preferably 0.01 to 10 m 2 / g, particularly preferably 0.05 to 5 m 2 / g, in particular 0.05 to 3 m 2 per g of the catalyst.
  • the support materials which can be used to produce the catalysts used according to the invention are preferably those which are macroporous and have an average pore diameter of at least 0.1 ⁇ m, preferably at least 0.5 ⁇ m and a surface area of at most 15 m 2 / g, preferably at most 10 m 2 / g, particularly preferably at most 5 m 2 / g, in particular at most 3 m 2 / g.
  • the mean pore diameter of the carrier is preferably in a range from 0.1 to 200 ⁇ m, in particular 0.5 to 50 ⁇ m.
  • the surface of the support is preferably 0.2 to 15 m 2 / g, particularly preferably 0.5 to 10 m 2 / g, in particular 0.5 to 5 m 2 / g, especially 0.5 to 3 m 2 per g of the Carrier.
  • the surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular in accordance with DIN 66131.
  • the average pore diameter and the pore size distribution were determined by mercury porosimetry, in particular in accordance with DIN 66133.
  • the pore size distribution of the Carrier be approximately bimodal, the pore diameter Distribution with maxima at approximately 0.6 ⁇ m and approximately 20 ⁇ m in the bimodal distribution represents a special embodiment of the invention.
  • a carrier with a surface area of approximately 1.75 m 2 / g is particularly preferred which has this bimodal distribution of the pore diameter.
  • the pore volume of this preferred carrier is preferably about 0.53 ml / g.
  • activated carbon silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof can be used as the macroporous carrier material.
  • Aluminum oxide and zirconium dioxide are preferred.
  • the catalyst 5 used in accordance with the invention can be produced by successively heating the carrier material in the form of a metal mesh or a metal foil in the air, cooling it and coating it in vacuo with the active metal described above or the combination of two or more thereof, and then the coated carrier material cut, deformed and ultimately processed into a monolithic catalyst element.
  • This catalyst and its preparation have already been described in detail in EP-A-0 564 830 and US Pat. No. 4,686,202, the content of which in this regard is included in full in the context of the present application.
  • the essential principles of the production of this catalyst or the preferred embodiments are to be repeated the same are briefly discussed, with regard to the active metals used the same applies to the catalysts 1 to 4.
  • Stainless steels such as those with the material numbers 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 etc., are particularly suitable as metallic carrier materials in the form of metal foils or metal meshes, because they get a roughening of their surface by tempering before coating with active components can.
  • the metallic supports are heated in air at temperatures of 600 to 1100 ° C., preferably 800 to 1000 ° C. for 1 to 20, preferably 1 to 10 hours, and cooled again. This pretreatment is crucial for the activity of the catalyst. After this carrier treatment at elevated temperature, the active component is coated.
  • the support is coated in vacuo at a pressure of 10 "3 to 10 " 5 mbar by means of an evaporation device, for example electron beam evaporation or sputtering device, with the active component at the same time or in succession in a batch or continuous procedure. Tempering under inert gas or air can be followed to form the catalyst.
  • an evaporation device for example electron beam evaporation or sputtering device
  • catalyst layers described here is about producing disordered and disturbed polycrystalline layers or clusters. Therefore, particularly good vacuum conditions are not normally required. Furthermore, by alternately evaporating active components and structural promoters, the active components can be produced in a very fine crystalline or cluster form.
  • an oxide layer or an adhesive layer can be applied to the support by reactive evaporation.
  • active components and promoters can be produced from oxides or other compounds. Annealing processes can also be interposed.
  • the active components have such good adhesive strength that they can now be cut, deformed and processed into monolithic catalyst elements.
  • a very simple monolithic catalyst is obtained if the catalyst fabric or the catalyst foil is deformed by means of a gear roller and smooth and corrugated fabric or foil is rolled up to form a cylindrical monolith with similar vertical channels.
  • any static mixer can also be formed from this catalyst material, since the adhesive strength of the catalyst layer is sufficiently high.
  • the monolithic catalyst elements produced in the form of mixing elements are installed in a reactor and a reaction liquid to be reacted is applied.
  • the hydrogenation stage is generally carried out at a temperature of approximately 20 to 120 ° C., preferably approximately 30 to 80 ° C.
  • the pressures used are generally about 1 to about 20 bar, preferably about 2 to 10 bar.
  • Either pure hydrogen or a hydrogen can be used for hydrogenation containing gas can be used.
  • the hydrogenation is generally carried out up to a conversion of approximately 50 to 70% in order to achieve the highest possible selectivity of generally> 90%, preferably> 95%.
  • 2-alkylanthraquinones such as e.g. 2-ethyl, 2-tert-butyl, 2-amyl, 2-methyl, 2-butyl, 2-isopropyl, 2-sec-butyl, 2-sec-amylanthraquinone, and polyalkylanthraquinones, such as 1,3-diethylanthraquinone, 2,3-dimethylanthraquinone, 1,4-dimethylanthraquinone, 2,7-dimethylanthraquinone, and the corresponding tetrahydroanthraquinone compounds, and mixtures of two or more thereof.
  • solvents known from the prior art for anthraquinone or anthrahydroquinone compounds can be used as solvents. Mixtures of two or more solvent components are preferred, since such solvent mixtures best take into account the different solution properties of the anthraquinone and anthrahydroquinone compound. Examples include: Mixtures of methyl naphthalene and nonyl alcohol, methyl naphthalene and tetrabutyl urea, polyalkylated benzene and alkyl phosphates or methyl naphthalene, tetrabutyl urea and alkyl phosphates.
  • the present invention also relates to a method for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method, which the following stages (1) and (2):
  • Steps (1) and (2) are preferably carried out continuously, more preferably continuously with recycling of the anthraquinone compound obtained in step (2) carried out in step (1), the recycling of the anthraquinone compound as part of a working solution removal of the hydrogen peroxide formed.
  • the extraction of the hydrogen peroxide is carried out in a further stage (3) in a further embodiment of the process according to the invention by means of an extractant containing water, the use of pure water being preferred here.
  • reaction discharge was free from traces of ruthenium. 75% of 2-ethylanthraquinone was converted (selectivity: 100%).
  • a stainless steel mesh (material no. 1.4767) was heated in the air in a muffle furnace at 900 ° C for 5 h.
  • the tissue thus obtained was deformed with a gear roller and then the corrugated piece of fabric rolled up with a smooth piece of fabric.
  • the monolith thus obtained was installed with a precise fit in a continuous 0.3 l hydrogenation reactor.
  • 2 g of ruthenium nitrosyl nitrate were dissolved in 500 ml of a mixture of Shell sol ® / tetrabutyl urea (70:30). This solution was continuously fed into the reactor at a hydrogen pressure of 10 bar and 100 ° C. in an amount of 60 ml / h.
  • the reaction product obtained was colorless and free of ruthenium.
  • the working solution (13% of 2-ethylanthraquinone in Shellsol ® / tetrabutyl urea (70:30) continuously at 40 ° C and 10 bar hydrogen pressure without the addition of ruthenium in an amount of 300 ml / h further in driven the reactor.
  • the gas chromatographic evaluation showed a conversion of 62% and a selectivity of 100% with respect to the 2-ethylanthrahydroquinone.

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Abstract

The invention relates to a method for hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture containing two or more anthraquinone compounds using special catalysts, which comprise a metal of the eight subgroup of the periodic table as an active metal.

Description

Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung Process for the hydrogenation of an anthraquinone compound
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung von An- thrachinon-Nerbindungen, in dem eine Anthrachinon-Nerbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon mit einem mindestens ein Metall der NHL Νebengruppe des Periodensystems als Aktivmetall enthaltenden Katalysator in Kontakt gebracht wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem Anthrachinon-Verfahren, das eine wie oben definierte Hydrierstufe sowie die Umsetzung der in dieser Stufe erhaltenen Anthrahydrochinon- Verbindung mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas umfaßt.The present invention relates to a process for the hydrogenation of anthraquinone compounds, in which an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof is brought into contact with a catalyst containing at least one metal of the NHL subgroup of the periodic table as active metal, and also a A process for the production of hydrogen peroxide by the anthraquinone process, which comprises a hydrogenation step as defined above and the reaction of the anthrahydroquinone compound obtained in this step with an oxygen-containing gas.
Nach dem sogenannten Anthrachinon-Verfahren wird praktisch die gesamte Menge des weltweit produzierten Wasserstoffperoxids hergestellt.According to the so-called anthraquinone process, practically all of the hydrogen peroxide produced worldwide is produced.
Das Verfahren beruht auf der katalytischen Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung zur entsprechenden Anthrahydrochinon- Verbindung, nachfolgender Umsetzung derselben mit Sauerstoff unter Bildung von Wasserstoffperoxid und anschließender Abtrennung des gebildeten Wasserstoffperoxids durch Extraktion. Der Katalysezyklus wird durch erneute Hydrierung der rückgebildeten Anthrachinon- Verbindung geschlossen.The process is based on the catalytic hydrogenation of an anthraquinone compound to the corresponding anthrahydroquinone compound, subsequent reaction thereof with oxygen to form hydrogen peroxide and subsequent separation of the hydrogen peroxide formed by extraction. The catalytic cycle is closed by renewed hydrogenation of the re-formed anthraquinone compound.
Einen Überblick über die prinzipiellen Reaktionsabläufe gibt das unten dargestellte Schema: The diagram below gives an overview of the basic reaction processes:
Dabei werden die verwendeten Anthrachinon- Verbindungen in der Regel in einem Gemisch mehrerer organischer Lösungsmittel gelöst. Die resultierende Lösung wird als Arbeitslösung bezeichnet. Diese Arbeitslösung wird beim Anthrachinon- Verfahren in der Regel kontinuierlich durch die oben beschriebenen Stufen des Verfahrens geführt.The anthraquinone compounds used are usually dissolved in a mixture of several organic solvents. The resulting solution is called a working solution. In the anthraquinone process, this working solution is generally carried out continuously through the stages of the process described above.
Einen Überblick über das Anthrachinon-Verfahren gibt Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Bd. A13, S. 447-456.An overview of the anthraquinone process is given by Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A13, pp. 447-456.
Eine besonders wichtige Stufe des Anthrachinon- Verfahrens stellt die Hydrierstufe dar, in der die in der Arbeitslösung enthaltene Anthrachinon-Verbindung in Gegenwart eines Katalysator zur entsprechenden Anthrahydrochinon- Verbindung hydriert wird.A particularly important stage of the anthraquinone process is the hydrogenation stage, in which the anthraquinone compound contained in the working solution is hydrogenated in the presence of a catalyst to give the corresponding anthraquinone compound.
Diese katalytische Hydrierung kann in Suspension oder im Festbett in unterschiedlichen Reaktortypen erfolgen. Der diesbezügliche Stand der Technik wird z.B. ausführlich in der EP-A-0 672 617 gewürdigt. Diese Druckschrift betrifft ein Verfahren der hier in Rede stehenden Art, wobei ein Festbett-Reaktor verwendet wird, der ein Katalysatorbett mit einer offenen Struktur umfaßt. Als Katalysator wird dort die Verwendung von Palladium auf einem Träger, wie z.B. Aktivkohle, Aluminiumoxid oder Silicagel vorgeschlagen.This catalytic hydrogenation can be carried out in suspension or in a fixed bed in different reactor types. The state of the art in this regard is assessed in detail, for example, in EP-A-0 672 617. This document relates to a process of the type in question, using a fixed bed reactor comprising a catalyst bed with an open structure. The catalyst used there is the use of palladium on a support, such as, for example Activated carbon, alumina or silica gel are proposed.
Eine weitere Variante des Anthrachinon- Verfahrens, ebenfalls unter Verwendung eines Festbetts mit spezieller, parallele Durchgänge aufweisender Struktur, wird in der EP-A-0 102 934 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift können alsAnother variant of the anthraquinone process, also using a fixed bed with a special structure having parallel passages, is described in EP-A-0 102 934. According to this document, as
Aktivmetalle für die dort beschriebenen Katalysatoren Edelmetalle, wie z.B. Palladium, Platin, Rhodium oder Gemische davon verwendet werden.Active metals for the catalysts described there Precious metals, such as Palladium, platinum, rhodium or mixtures thereof can be used.
Ein Anthrachinon-Verfahren in Suspensionsfahrweise unter Verwendung eines Schlaufenreaktors und Palladiumschwarz als Katalysator wird in der US 4,428,923 beschrieben.An anthraquinone process in suspension mode using a loop reactor and palladium black as a catalyst is described in US 4,428,923.
Die Verwendung von Pd, Rh, Pt oder Ru als Aktivmetalle in einem Katalysator, der auch für das Anthrachinon-Verfahren verwendet werden kann, wird in der EP-A-0 778 085 und der WO 96/18574 beschrieben, wobei dort als Trägermaterialien der beschriebenen Katalysatoren herkömmliche Materialien, wie z.B. Al2O3 oder SiO2 zum Einsatz kommen.The use of Pd, Rh, Pt or Ru as active metals in a catalyst, which can also be used for the anthraquinone process, is described in EP-A-0 778 085 and WO 96/18574, where the carrier materials are described catalysts conventional materials such as Al 2 O 3 or SiO 2 are used.
Die bislang gemäß des Standes der Technik verwendeten Katalysatoren waren jedoch nicht immer in der Lage, den Anforderungen für derartige Katalysatoren, wie z.B. hohe Aktivität bei gleichzeitig hoher Selektivität, gerecht zu werden. Auch war es nicht immer möglich, ausreichend hohe Raum-Zeit-Ausbeuten zu erreichen.However, the catalysts previously used in the prior art have not always been able to meet the requirements for such catalysts, e.g. high activity with high selectivity at the same time. It was also not always possible to achieve sufficiently high space-time yields.
Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung unter Verwendung bislang noch nicht für diese Hydrierung eingesetzter Katalysatoren bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide new processes for the hydrogenation of an anthraquinone compound using catalysts not previously used for this hydrogenation.
Demnach betrifft die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon- Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator unter Erhalt einer Anthrahydrochinon- Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon, wobei der Katalysator (Katalysator 1) mindestens eine in situ auf einem Träger abgeschiedene, homogene Verbindung mindestens eines Metalls der NQ1. Νebengruppe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VH. Νebengruppe des Periodensystems umfaßt.Accordingly, in one embodiment, the present invention relates to a process for hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst to give an anthrahydroquinone compound or a mixture of two or more thereof, wherein the catalyst (catalyst 1) at least one in situ deposited on a support, homogeneous compound of at least one metal of NQ1. Ν Subsidiary group of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VH. Subsidiary group of the periodic table.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung, wie oben definiert, wobei der Katalysator (Katalysator 2) als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Νebengruppe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VE. Νebengruppe des Periodensystems, aufgebracht auf einem Träger, umfaßt, wobei der Träger einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 50 nm und eine Oberfläche BET von höchstens 30 m2/g aufweist und die Menge des Aktivmetalls 0,01 bis 30 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysator, beträgt, und vorzugsweise das Verhältnis der Oberflächen des Aktivmetalls und des Katalysatorträgers < 0,05 ist.Furthermore, the present invention relates to a process for the hydrogenation of an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 2) as the active metal is at least one metal of Vm. Ν subgroup of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VE. Ν auxiliary group of the periodic table, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 50 nm and a surface BET of at most 30 m 2 / g and the amount of active metal 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst is, and preferably the ratio of the surfaces of the active metal and the catalyst support is <0.05.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung, wie oben definiert, wobei der Katalysator (Katalysator 3) als Aktivmetall mindestens ein Metall der NOT. Νebengruppe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VH. Νebengruppe des Periodensystems in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, aufgebracht auf einem Träger, umfaßt, wobei 10 bis 50% des Porenvolumens des Trägers von Makroporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 50 nm bis 10.000 nm und 50 bis 90% des Porenvolumens des Trägers von Mesoporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm gebildet werden, wobei sich die Summe der Porenvolu- mina zu 100% addiert.Furthermore, the present invention relates to a process for the hydrogenation of an anthraquinone compound as defined above, the catalyst (catalyst 3) as the active metal being at least one metal of NOT. Ν Subsidiary group of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VH. Ν subgroup of the periodic table in an amount of 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, applied to a support, wherein 10 to 50% of the pore volume of the support of macropores with a pore diameter in the range of 50 nm up to 10,000 nm and 50 to 90% of the pore volume of the support are formed by mesopores with a pore diameter in the range from 2 to 50 nm, the sum of the pore volumes adding up to 100%.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung, wie oben definiert, wobei der Katalysator (Katalysator 4) als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Nebengruppe des Periodensystems mit mindestens einem Metall der I. oder VII. Nebengruppe des Periodensystems in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, aufgebracht auf einen Träger, umfaßt, wobei der Träger einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 μm, vorzugsweise mindestens 0,5 μm, und eine Oberfläche von höchstens 15 m2/g, vorzugsweise höchstens 10 m2/g, aufweist.In a further embodiment, the present invention relates to a Process for the hydrogenation of an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 4) as active metal at least one metal of Vm. Sub-group of the periodic table with at least one metal of sub-group I or VII. Sub-group of the periodic table in an amount of 0.01 to 30% by weight, preferably 0.2 to 15% by weight, based on the total weight of the catalyst, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 0.1 μm, preferably at least 0.5 μm, and a surface area of at most 15 m 2 / g, preferably at most 10 m 2 / g.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung, wie oben definiert, wobei der Katalysator (Katalysator 5) ein monolithischer Trägerkatalysator ist, der durch aufeinanderfolgendes an der Luft Erhitzen und Abkühlen eines Trägermaterials in Form eines Metallgewebes oder einer Metallfolie, nachfolgendes Beschichten im Vakuum mit einer Aktivkomponente und anschließendes Schneiden und Verformen des beschichteten Trägermaterials und abschließendes Verarbeiten zu einem monolithischen Trägerkatalysator hergestellt werden kann, wobei als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Nebengruppe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VII. Nebengruppe des Periodensystems verwendet wird.Furthermore, the invention relates to a process for hydrogenating an anthraquinone compound, as defined above, wherein the catalyst (catalyst 5) is a monolithic supported catalyst which is obtained by successively heating in the air and cooling a support material in the form of a metal mesh or a metal foil, followed by coating can be produced in a vacuum with an active component and subsequent cutting and shaping of the coated support material and subsequent processing to form a monolithic supported catalyst, at least one metal of Vm. Subgroup of the periodic table is used alone or together with at least one metal of subgroup I or VII of the periodic table.
Als Aktivmetall können prinzipiell alle Metalle der Viπ. Nebengruppe des Periodensystems eingesetzt werden. Vorzugsweise werden als Aktivmetalle Platin, Rhodium, Palladium, Cobalt, Nickel oder Ruthenium oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt, wobei insbesondere Ruthenium als Aktivmetall verwendet wird. Unter den ebenfalls verwendbaren Metallen der I. oder VE. oder aber der I. und der VII. Nebengruppe des Periodensystems, die ebenfalls allesamt prinzipiell verwendbar sind, werden vorzugsweise Kupfer und/oder Rhenium eingesetzt. Die Begriffe "Makroporen" und "Mikroporen" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verwendet, wie sie in Pure Appl. Chem., 45, S. 79 (1976) definiert sind, nämlich als Poren, deren Durchmesser oberhalb von 50 nm (Makroporen) oder deren Durchmesser zwischen 2 nm und 50 nm liegtIn principle, all metals of Viπ can be used as active metal. Subgroup of the periodic table can be used. Platinum, rhodium, palladium, cobalt, nickel or ruthenium or a mixture of two or more thereof are preferably used as active metals, ruthenium in particular being used as the active metal. Among the metals of I. or VE that can also be used. or else the 1st and 7th subgroups of the periodic table, which can also all be used in principle, copper and / or rhenium are preferably used. The terms "macropores" and "micropores" are used in the context of the present invention as they are in Pure Appl. Chem., 45, p. 79 (1976), namely as pores whose diameter is above 50 nm (macropores) or whose diameter is between 2 nm and 50 nm
(Mesoporen).(Mesopores).
Der Gehalt des Aktivmetalls beträgt im allgemeinen ungefähr 0,01 bis ungefähr 30 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% und insbesondere ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des verwendeten Katalysators, wobei die bei den Katalysatoren 1 bis 5 vorzugsweise verwendeten Gehalte nochmals bei der Diskussion dieser Katalysatoren einzeln angegeben sind.The content of the active metal is generally approximately 0.01 to approximately 30% by weight, preferably approximately 0.01 to approximately 5% by weight and in particular approximately 0.1 to approximately 5% by weight, in each case based on the total weight of the catalyst used, the contents preferably used for catalysts 1 to 5 being again given individually in the discussion of these catalysts.
Der Begriff "Anthrachinon- Verbindung" umfaßt prinzipiell alle Anthrachinon- Verbindungen sowie die entsprechenden Tetrahydroanthrachinon- Verbindungen, die für das Anthrachinon-Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid eingesetzt werden können. Die bevorzugt einsetzbaren Verbindungen werden untenstehend im Abschnitt "Die Verfahrensführung" nochmals kurz erläutert.The term "anthraquinone compound" includes in principle all anthraquinone compounds and the corresponding tetrahydroanthraquinone compounds which can be used for the anthraquinone process for the production of hydrogen peroxide. The compounds which can preferably be used are briefly explained again below in the section "The procedure".
Im folgenden sollen nunmehr die oben definierten Katalysatoren 1 bis 5 detailliert beschrieben werden. Dabei erfolgt die Beschreibung beispielshaft unter Bezugnahme auf die Verwendung von Ruthenium als Aktivmetall. Die untenstehenden Angaben sind auch auf die anderen verwendbaren Aktivmetalle, wie hierin definiert, übertragbar.The catalysts 1 to 5 defined above are now to be described in detail below. The description is given by way of example with reference to the use of ruthenium as an active metal. The information below is also applicable to the other active metals that can be used, as defined herein.
KATALYSATOR 1CATALYST 1
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Gegenwart eines Katalysators 1, der mindestens eine in situ auf einem Träger abgeschiedene, homogene Verbindung mindestens eines Metalls der Vm. Nebengruppe des Periodensystems, ggf. zusammen mit mindestens einer Verbindung mindestens eines Metalls der I. oder VII. Nebengruppe des Periodensystems, umfaßt, durchgeführt werden. Die Herstellung der Katalysatoren erfolgt dadurch, daß eine homogene Metallverbindung während der Reaktion mit dem Eintrag in den Reaktor eingebracht wird und sich während der Reaktion auf einen im Reaktor befindlichen Träger abscheidet.The process according to the invention can be carried out in the presence of a catalyst 1 which comprises at least one homogeneous compound of at least one metal of Vm deposited on a support in situ. Subgroup of the periodic table, if necessary together with at least one compound of at least one metal of subgroup I or VII. of the periodic table. The catalysts are prepared by introducing a homogeneous metal compound into the reactor during the reaction and depositing it on a support located in the reactor during the reaction.
Ferner kann die homogene Metallverbindung auch vor der Umsetzung in den Reaktor eingebracht werden und sich während einer Behandlung mit Wasserstoff auf einen im Reaktor befindlichen Träger abscheiden.Furthermore, the homogeneous metal compound can also be introduced into the reactor before the reaction and can be deposited on a support located in the reactor during a treatment with hydrogen.
Der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff "in situ" bedeutet, daß der Katalysator nicht separat hergestellt und getrocknet wird und dann als sozusagen fertiger Katalysator in den Reaktor eingebracht wird, sondern daß der Katalysator im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Reaktor entweder unmittelbar vor oder während der eigentlichen Hydrierung gebildet wird.The term "in situ" used in the context of the present application means that the catalyst is not produced and dried separately and then introduced into the reactor as a finished catalyst, so to speak, but that the catalyst in the context of the present invention is either immediately before or in the reactor is formed during the actual hydrogenation.
Der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff "homogene Verbindung eines Metalls der VDI., I. oder VE. Nebengruppe des Periodensystems" bzw. "homogene Rutheniumverbindung" bedeutet, daß die erfin- dungsgemäß verwendete Metallverbindung in dem sie umgebenden Medium, d.h. der eingesetzten, noch zu hydrierenden Anthrachinon- Verbindung, oder in einem Gemisch dieser Verbindungen mit mindestens einem Lösungsmittel löslich ist.The term "homogeneous compound of a metal of VDI., I. or VE. Subgroup of the periodic table" or "homogeneous ruthenium compound" used in the context of the present application means that the metal compound used according to the invention in the medium surrounding it, i.e. the anthraquinone compound that is still to be hydrogenated, or is soluble in a mixture of these compounds with at least one solvent.
Als Metallverbindungen kommen dabei vor allem Nitrosylnitrate und Nitrate, aber auch Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetylacetonate, Chlor-, Nitrido- undThe metal compounds used are mainly nitrosyl nitrates and nitrates, but also halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro-, nitrido- and
Aminkomplexe sowie Oxidhydrate oder deren Gemische zum Einsatz. Bevorzugte Verbindungen sind Rutheniumnitrosy Initrat, Ru&enium(IH)chlorid, Ruthenium(III)nitrat und Rutheniumoxidhydrat.Amine complexes and oxide hydrates or mixtures thereof. Preferred compounds are ruthenium nitrosate initiate, Ru & enium (IH) chloride, ruthenium (III) nitrate and ruthenium oxide hydrate.
Obwohl die Menge der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den oder die Träger aufgebrachten Metallverbindung nicht in besonderer Weise beschränkt ist, wird unter den Gesichtspunkten einer ausreichenden katalytischen Aktivität und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens das Metallsalz oder der Metallkomplex in einer solchen Mengen auf den oder die Träger aufgebracht, daß sich 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, an Aktivmetall auf dem oder den Trägern abscheidet. Weiter bevorzugt beträgt diese Menge 0,2 bis 15 Gew.-%, insbesondere bevorzugt etwa 0,5 Gew.-% .Although the amount of the metal compound applied to the carrier or carriers in the context of the method according to the invention is not particularly good is limited, from the point of view of sufficient catalytic activity and the economy of the process, the metal salt or the metal complex is applied to the support (s) in such amounts that 0.01 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst , deposits of active metal on the carrier or carriers. This amount is more preferably 0.2 to 15% by weight, particularly preferably about 0.5% by weight.
Die im Reaktor befindlichen Träger sind vorzugsweise Metallnetze und Metall- ringe sowie Steatitkörper, wie sie unter anderem in der EP-A-0 564 830 und der EP-A-0 198 435 beschrieben werden. Im folgenden sollen dennoch kurz die im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt verwendeten Träger und deren Herstellung erläutert werden.The supports in the reactor are preferably metal nets and rings and steatite bodies, as are described, inter alia, in EP-A-0 564 830 and EP-A-0 198 435. Nevertheless, the carriers used with particular preference in the context of the present invention and their production are to be briefly explained below.
Besonders bevorzugt werden metallische Trägermaterialien, wie beispielsweise die Edelstahle mit Werkstoffnummern 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 usw. verwendet, da sie vor der Beschichtung mit den Aktivkomponenten durch eine Temperung eine Aufrauhung ihrer Oberfläche erhalten können. Insbesondere bevorzugt werden als Netzmaterial Kanthai (Werkstoffhr. 1.4767) bzw. Metalle, die Aluminium enthalten, eingesetzt. Kanthai ist eine Legierung, die zu ungefähr 75 Gew.-% Fe, ungefähr 20 Gew.-% Cr und ungefähr 5 Gew.-% AI enthält. Für die Temperung werden die oben erwähnten metallischen Träger bei Temperaturen von 600 bis 1100, vorzugsweise 800 bis 1000 °C, eine bis zwanzig, vorzugsweise eine bis zehn, Stunden an der Luft erhitzt und wieder abgekühlt. Diese Vorbehandlung ist für die Aktivität des Katalysators entschei- dend, da ohne diese Temperungsbehandlung praktisch kein Ruthenium in situ auf den metallischen Träger abgeschieden werden kann. Nach dieser Trägerbehandlung bei erhöhter Temperatur werden diese mit der Rutheniumverbindung beschichtet.Metallic support materials, such as stainless steel with material numbers 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 etc., are particularly preferably used, since they can be roughened by tempering their surface before being coated with the active components. Kanthai (material master 1.4767) or metals containing aluminum are particularly preferably used as the net material. Kanthai is an alloy that contains approximately 75% by weight Fe, approximately 20% by weight Cr and approximately 5% by weight Al. For the heat treatment, the above-mentioned metallic supports are heated in air at temperatures of 600 to 1100, preferably 800 to 1000 ° C., for one to twenty, preferably one to ten, hours and then cooled again. This pretreatment is crucial for the activity of the catalyst, since without this tempering treatment practically no ruthenium can be deposited on the metallic support in situ. After this carrier treatment at elevated temperature, they are coated with the ruthenium compound.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform können die oben beschriebenen Träger mit einer Schicht eines Palladiummetalls, wie z.B. Ni, Pd, Pt, Rh, vorzugsweise Pd, in einer Dicke von ungefähr 0,5 bis ungefähr 10 nm, insbesondere circa 5 nm, bedampft werden, wie dies ebenfalls in der bereits oben erwähnten EP-A-0 564 830 beschrieben wird.In a further preferred embodiment, those described above can Supports are coated with a layer of a palladium metal, such as Ni, Pd, Pt, Rh, preferably Pd, in a thickness of approximately 0.5 to approximately 10 nm, in particular approximately 5 nm, as is also described in the EP mentioned above -A-0 564 830.
Wie sich aus den erfindungsgemäßen Beispielen ergibt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Katalysator insbesondere ein Netz aus getempertem Kanthai, auf das eine Pd-Schicht zur Erleichterung der Abscheidung des Aktivmetalls mit einer Dicke von ungefähr 5 nm aufgedampft wurde, als Träger verwendet.As can be seen from the examples according to the invention, in the context of the present invention, in particular a network of tempered Kanthai, onto which a Pd layer was vapor-deposited to facilitate the deposition of the active metal with a thickness of approximately 5 nm, is used as a carrier.
Es können jedoch auch übliche Katalysatorträgersysteme, wie zum Beispiel Aktivkohle, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid oder deren Gemische, jeweils in Kugel-, Strang- oder Ringform, eingesetzt werden. Unter diesen besonders bevorzugt sind Aluminiumoxid und Zirconiumdioxid. Dabei ist die Porengröße sowie die Porenverteilung völlig unkritisch. Es können bimodale und auch alle anderen Arten von Trägern eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die Träger makroporös.However, customary catalyst support systems, such as, for example, activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof, in each case in spherical, stranded or ring form, can also be used. Among these, aluminum oxide and zirconium dioxide are particularly preferred. The pore size and the pore distribution are completely uncritical. Bimodal and all other types of carriers can be used. The supports are preferably macroporous.
Weitere Details bezüglich des Katalysators 1 bzw. zu seiner Herstellung sind der DE-A 196 22 705.4 zu entnehmen, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Further details regarding catalyst 1 and its production can be found in DE-A 196 22 705.4, the content of which in this regard is fully incorporated into the present application by reference.
KATALYSATOR 2CATALYST 2
Die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren 2 können technisch hergestellt werden durch Auftragen mindestens eines Metalls der VIII. Nebengruppe des Periodensystems und gegebenenfalls mindestens eines Metalls der I. oder VE Nebengruppe des Periodensystems auf einem geeigneten Träger. Die Auftragung kann durch Tränken des Trägers in wäßrigen Metallsalzlösungen, wie z.B. wäßrigen Rutheniumsalzlösungen, durch Aufsprühen entsprechender Metallsalzlösungen auf den Träger oder durch andere geeignete Verfahren erreicht werden. Als Metallsalze der I., VE. oder VTII. Nebengruppe des Periodensystems eignen sich die Nitrate, Nitrosylnitrate, Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetylacetonate, Chlorokomplexe, Nitritokomplexe oder Aminkomplexe der entsprechenden Metalle, wobei die Nitrate und Nitrosylnitrate bevorzugt sind.The catalysts 2 used according to the invention can be prepared industrially by applying at least one metal from subgroup VIII of the periodic table and, if appropriate, at least one metal from subgroup I or VE from the periodic table on a suitable support. The application can be achieved by soaking the carrier in aqueous metal salt solutions, such as, for example, aqueous ruthenium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the carrier or by other suitable processes. As metal salts of I., VE. or VTII. Subgroup of the periodic table are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, with the nitrates and nitrosyl nitrates being preferred.
Bei Katalysatoren, die neben dem Metall der VHI. Nebengruppe des Periodensystems noch weitere Metalle als Aktivmetall auf dem Träger aufgetragen enthalten, können die Metallsalze bzw. Metallsalzlösungen gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden.In the case of catalysts which, in addition to the metal of VHI. Subgroup of the periodic table also contain other metals applied as active metal on the support, the metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
Die mit der Metallsalzlösung beschichteten bzw. getränkten Träger werden anschließend, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 100°C und 150°C, getrocknet und wahlweise bei Temperaturen zwischen 200°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 350°C und 450°C caiciniert. Bei getrennter Auftränkung wird der Katalysator nach jedem Tränkschritt getrocknet und wahlweise caiciniert, wie oben beschrieben. Die Reihenfolge, in der die Aktivkomponenten aufgetränkt werden, ist dabei frei wählbar.The supports coated or impregnated with the metal salt solution are then dried, preferably at temperatures between 100 ° C. and 150 ° C., and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C., preferably between 350 ° C. and 450 ° C. If the impregnation is carried out separately, the catalyst is dried after each impregnation step and optionally caicinated, as described above. The order in which the active components are soaked is freely selectable.
Anschließend werden die beschichteten und getrockneten sowie wahlweise calcinierten Träger durch Behandlung in einem Gasstrom, der freien Wasserstoff enthält, bei Temperaturen zwischen ungefähr 30°C und ungefähr 600°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 150°C und ungefähr 450°C aktiviert. Vorzugsweise besteht der Gasstrom aus 50 bis 100 Vol.-% H2 und 0 bis 50 Vol.-% N2.The coated, dried and optionally calcined carriers are then activated by treatment in a gas stream containing free hydrogen at temperatures between approximately 30 ° C. and approximately 600 ° C., preferably between approximately 150 ° C. and approximately 450 ° C. The gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume of N 2 .
Die Metallsalzlösung oder -lösungen werden in einer solchen Menge auf den oder die Träger aufgebracht, daß der Gesamtgehalt an Aktivmetall, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, ungefähr 0,01 bis ungefähr 30 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-%, weiter bevorzugt ungefähr 0,01 bis ungefähr 1 Gew.-% , und insbesondere ungefähr 0,05 bis ungefähr 1 Gew.-% beträgt.The metal salt solution or solutions are applied to the carrier or carriers in such an amount that the total content of active metal, in each case based on the total weight of the catalyst, about 0.01 to about 30% by weight, preferably about 0.01 to about 5% by weight, more preferably about 0.01 to about 1% by weight, and especially about 0.05 is up to about 1% by weight.
Die Metalloberfläche auf dem Katalysator beträgt dabei insgesamt vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 m2/g, weiter bevorzugt ungefähr 0,05 bis ungefähr 5 m2/g und insbesondere ungefähr 0,05 bis ungefähr 3 m2/g des Katalysators. Die Metalloberfläche wird mittels der von J. LeMaitre et al. in "Characterization of Heterogenous Catalysts", Hrsg. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York 1984, S. 310 - 324, beschriebenen Chemisorptionsverfahren bestimmt.The total metal surface area on the catalyst is preferably approximately 0.01 to approximately 10 m 2 / g, more preferably approximately 0.05 to approximately 5 m 2 / g and in particular approximately 0.05 to approximately 3 m 2 / g of the catalyst. The metal surface is by means of the by J. LeMaitre et al. in "Characterization of Heterogenous Catalysts", ed. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York 1984, pp. 310-324.
Im erfindungsgemäß verwendeten Katalysator beträgt das Verhältnis der Oberflächen des/der Aktivmetalls/-metalle und des Katalysatorträgers vorzugsweise weniger als ungefähr 0,05, wobei der untere Grenzwert bei ungefähr 0,0005 liegt.In the catalyst used according to the invention, the ratio of the surfaces of the active metal (s) and the catalyst carrier is preferably less than about 0.05, the lower limit being about 0.0005.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren verwendbaren Trägermaterialien sind solche, die makroporös sind und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens ungefähr 50 nm, vorzugsweise mindestens ungefähr 100 nm, insbesondere mindestens ungefähr 500 nm, aufweisen und deren Oberfläche nach BET höchstens ungefähr 30 m2/g, vorzugsweise höchstens ungefähr 15 m2/g, weiter bevorzugt höchstens ungefähr 10 m2/g, insbesondere höchstens ungefähr 5 m2/g und weiter bevorzugt höchstens ungefähr 3 m2/g liegt. Genauer gesagt, beträgt der mittlere Porendurchmesser des Trägers vorzugsweise ungefähr 100 nm bis ungefähr 200 μm, weiter bevorzugt ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 μm. Die Oberfläche des Trägers beträgt vorzugsweise ungefähr 0,2 bis ungefähr 15 m2/g, weiter bevorzugt ungefähr 0,5 bis ungefähr 10 m2/g, insbesondere ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 m2/g und weiter bevorzugt ungefähr 0,5 bis ungefähr 3 m2/g. Die Oberfläche des Trägers wird bestimmt nach dem BET- Verfahren durch N2- Adsorption, insbesondere nach DIN 66131. Die Bestimmung des mittleren Porendurchmesser und der Porengrößenverteilung erfolgt durch Hg-Porosimetrie, insbesondere nach DIN 66133.The support materials which can be used to prepare the catalysts used according to the invention are those which are macroporous and have an average pore diameter of at least about 50 nm, preferably at least about 100 nm, in particular at least about 500 nm, and their surface area according to BET at most about 30 m 2 / g , preferably at most about 15 m 2 / g, more preferably at most about 10 m 2 / g, in particular at most about 5 m 2 / g and more preferably at most about 3 m 2 / g. More specifically, the mean pore diameter of the carrier is preferably about 100 nm to about 200 μm, more preferably about 500 nm to about 50 μm. The surface area of the carrier is preferably approximately 0.2 to approximately 15 m 2 / g, more preferably approximately 0.5 to approximately 10 m 2 / g, in particular approximately 0.5 to approximately 5 m 2 / g and further preferably approximately 0, 5 to about 3 m 2 / g. The surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular in accordance with DIN 66131. The average pore diameter and the pore size distribution are determined by mercury porosimetry, in particular in accordance with DIN 66133.
Vorzugsweise kann die Porengrößenverteilung des Trägers annähernd bimodal sein, wobei die Porendurchmesserverteilung mit Maxima bei etwa 600 nm und etwa 20 μm bei der bimodalen Verteilung eine spezielle Ausführungsform der Erfindung darstellt.The pore size distribution of the carrier can preferably be approximately bimodal, the pore diameter distribution with maxima at approximately 600 nm and approximately 20 μm in the bimodal distribution being a special embodiment of the invention.
Weiter bevorzugt ist ein Träger mit einer Oberfläche von 1,75 m2/g, der diese bimodale Verteilung des Porendurchmessers aufweist. Das Porenvolumen dieses bevorzugten Trägers beträgt vorzugsweise etwa 0,53 ml/g.A carrier with a surface area of 1.75 m 2 / g is further preferred which has this bimodal distribution of the pore diameter. The pore volume of this preferred carrier is preferably about 0.53 ml / g.
Als makroporöses Trägermaterial verwendbar sind beispielsweise Aktivkohle, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid oder Gemische von zwei oder mehr davon, wobei Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid vorzugsweise verwendet werden.For example, activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures of two or more thereof can be used as the macroporous carrier material, aluminum oxide and zirconium dioxide being preferably used.
Weitere Details bezüglich Katalysator 2 bzw. zu seiner Herstellung sind der DE-A 196 24 484.6 zu entnehmen, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Further details regarding catalyst 2 and its production can be found in DE-A 196 24 484.6, the content of which in this regard is fully incorporated into the present application by reference.
KATALYSATOR 3CATALYST 3
Die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren 3 können technisch hergestellt werden durch Auftragen eines Aktivmetalls der Vm. Nebengruppe desThe catalysts 3 used according to the invention can be produced industrially by applying an active metal of Vm. Subgroup of the
Periodensystems, vorzugsweise Ruthenium oder Palladium und gegebenenfalls mindestens einem Metall der I. oder VTI. Nebengrappe des Periodensystems auf einem geeigneten Träger. Die Auftragung kann durch Tränken des Trägers in wäßrigen Metallsalzlösungen, wie Ruthenium- oder Palladiumsalzlösungen, durch Aufsprühen entsprechender Metallsalzlösungen auf den Träger oder durch andere geeignete Verfahren erreicht werden. Als Metallsalze zur Herstellung der Metallsalzlösungen eignen sich die Nitrate, Nitrosylnitrate, Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetylacetonate, Chlorkomplexe, Nitritokomplexe oder Aminkomplexe der entsprechenden Metalle, wobei die Nitrate und Nitrosylnitrate bevorzugt sind.Periodic table, preferably ruthenium or palladium and optionally at least one metal of I. or VTI. Subsidiary of the periodic table a suitable carrier. The application can be achieved by soaking the support in aqueous metal salt solutions, such as ruthenium or palladium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the support or by other suitable methods. Suitable metal salts for the preparation of the metal salt solutions are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chlorine complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, with the nitrates and nitrosyl nitrates being preferred.
Bei Katalysatoren, die mehrere Aktivmetalle auf den Träger aufgetragen enthalten, können die Metallsalze bzw. Metallsalzlösungen gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden.In the case of catalysts which contain several active metals applied to the support, the metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
Die mit der Metallsalzlösung beschichteten bzw. getränkten Träger werden anschließend getrocknet, wobei Temperaturen zwischen 100°C und 150°C bevorzugt sind. Wahlweise können diese Träger bei Temperaturen zwischen 200°C und 600°C, vorzugsweise 350°C bis 450°C caiciniert werden. Anschließend werden die beschichteten Träger durch Behandlung in einem Gasstrom, der freien Wasserstoff enthält, bei Temperaturen zwischen 30°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 450°C und insbesondere zwischen 100°C bis 300°C aktiviert. Der Gasstrom besteht vorzugsweise aus 50 bis 100 Vol.-% H2 und 0 bis 50 Vol.-% N2.The supports coated or soaked with the metal salt solution are then dried, temperatures between 100 ° C. and 150 ° C. being preferred. These carriers can optionally be caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C., preferably 350 ° C. to 450 ° C. The coated supports are then activated by treatment in a gas stream which contains free hydrogen at temperatures between 30 ° C. and 600 ° C., preferably between 100 ° C. and 450 ° C. and in particular between 100 ° C. and 300 ° C. The gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume of N 2 .
Werden auf die Träger mehrere Aktivmetalle aufgetragen und erfolgt das Auftragen nacheinander, so kann der Träger nach jedem Auftragen bzw. Tränken bei Temperaturen zwischen 100°C und 150°C getrocknet werden und wahlweise bei Temperaturen zwischen 200°C und 600°C caiciniert werden. Dabei kann die Reihenfolge, in der die Metallsalzlösung aufgetragen oder aufgetränkt werden, beliebig gewählt werden. Die Metallsalzlösung wird in einer solchen Menge auf den/die Träger aufgebracht, daß der Gehalt an Aktivmetall 0,01 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-% und insbesondere 0,3 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, beträgt.If several active metals are applied to the carrier and the application is carried out in succession, the carrier can be dried at temperatures between 100 ° C and 150 ° C after each application or soaking and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C and 600 ° C. The order in which the metal salt solution is applied or soaked can be chosen arbitrarily. The metal salt solution is applied to the carrier (s) in such an amount that the active metal content is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 5% by weight. % and in particular 0.3 to 1 wt .-%, based on the total weight of the catalyst.
Die Metalloberfläche auf dem Katalysator beträgt insgesamt vorzugsweise 0,01 bis 10 m2/g, besonders bevorzugt 0,05 bis 5 m2/g und weiter bevorzugt 0,05 bis 3 m2/g des Katalysators. Die Metalloberfläche wurde durch das Chemisorptionsverfahren gemessen, wie es in J. LeMaitre et al., "Charac- teήzation of Heterogeneous Catalysts ", Hrsg. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York (1984), S. 310 - 324, beschrieben ist.The total metal surface area on the catalyst is preferably 0.01 to 10 m 2 / g, more preferably 0.05 to 5 m 2 / g and further preferably 0.05 to 3 m 2 / g of the catalyst. The metal surface was measured by the chemisorption method as described in J. LeMaitre et al., "Characterization of Heterogeneous Catalysts", ed. Francis Delanney, Marcel Dekker, New York (1984), pp. 310-324.
Im erfindungsgemäß verwendeten Katalysator beträgt das Verhältnis der Oberflächen des mindestens einen Aktivmetalls und des Katalysatorträgers weniger als ungefähr 0,3, vorzugsweise weniger als ungefähr 0,1 und insbesondere ungefähr 0,05 oder weniger, wobei der untere Grenzwert bei ungefähr 0,0005 liegt.In the catalyst used according to the invention, the ratio of the surfaces of the at least one active metal and the catalyst support is less than about 0.3, preferably less than about 0.1 and in particular about 0.05 or less, the lower limit being about 0.0005.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren ver- wendbaren Trägermaterialien besitzen Makroporen und Mesoporen.The support materials which can be used to produce the catalysts used according to the invention have macropores and mesopores.
Dabei weisen die erfindungsgemäß verwendbaren Träger eine Porenverteilung auf, der gemäß ungefähr 5 bis ungefähr 50%, vorzugsweise ungefähr 10 bis ungefähr 45%, weiter bevorzugt ungefähr 10 bis ungefähr 30% und insbesondere ungefähr 15 bis ungefähr 25% des Porenvolumens von Makroporen mit Porendurchmesser im Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr ungefähr 10.000 nm und ungefähr 50 bis ungefähr 95 % , vorzugsweise ungefähr 55 bis ungefähr 90%, weiter bevorzugt ungefähr 70 bis ungefähr 90% und insbesondere ungefähr 75 bis ungefähr 85% des Porenvolumens von Mesoporen mit einem Porendurch- messer von ungefähr 2 bis ungefähr 50 nm gebildet werden, wobei sich jeweils die Summe der Porenvolumina zu 100% addiert. Das Gesamtporenvolumen der erfindungsgemäß verwendeten Träger beträgt ungefähr 0,05 bis 1,5 cm3/g, vorzugsweise ungefähr 0,1 bis 1,2 cm3/g und insbesondere ungefähr 0,3 bis 1,0 cm3/g. Der mittlere Porendurchmesser der erfindungsgemäß verwendeten Träger beträgt ungefähr 5 bis 20 nm, vorzugsweise ungefähr 8 bis 15 nm und insbesondere ungefähr 9 bis 12 nm.The carriers which can be used according to the invention have a pore distribution which corresponds to approximately 5 to approximately 50%, preferably approximately 10 to approximately 45%, further preferably approximately 10 to approximately 30% and in particular approximately 15 to approximately 25% of the pore volume of macropores having a pore diameter in Range from about 50 nm to about 10,000 nm and from about 50 to about 95%, preferably from about 55 to about 90%, more preferably from about 70 to about 90% and especially from about 75 to about 85% of the pore volume of mesopores with a pore diameter knives from approximately 2 to approximately 50 nm are formed, the sum of the pore volumes adding up to 100% in each case. The total pore volume of the supports used according to the invention is approximately 0.05 to 1.5 cm 3 / g, preferably approximately 0.1 to 1.2 cm 3 / g and in particular approximately 0.3 to 1.0 cm 3 / g. The average pore diameter of the supports used according to the invention is approximately 5 to 20 nm, preferably approximately 8 to 15 nm and in particular approximately 9 to 12 nm.
Vorzugsweise beträgt die Oberfläche des Trägers ungefähr 50 bis ungefähr 500 m2/g, weiter bevorzugt ungefähr 200 bis ungefähr 350 m2/g und insbesondere ungefähr 200 bis ungefähr 250 m2/g des Trägers.Preferably, the surface of the support is about 50 to about 500 m 2 / g, more preferably about 200 to about 350 m 2 / g, and most preferably about 200 to about 250 m 2 / g of the support.
Die Oberfläche des Trägers wird nach dem BET-Verfahren durch N2-Adsorption, insbesondere nach DIN 66131, bestimmt. Die Bestimmung des mittleren Porendurchmesser und der Größenverteilung erfolgt durch Hg-Porosimetrie, insbesondere nach DIN 66133.The surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular according to DIN 66131. The average pore diameter and the size distribution are determined by mercury porosimetry, in particular according to DIN 66133.
Obwohl prinzipiell alle bei der Katalysatorherstellung bekannten Trägermaterialien, d.h. die die oben definierte Porengrößenverteilung aufweisen, eingesetzt werden können, werden vorzugsweise Aktivkohle, Siliciumcarbid, Aluminium- oxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid oder deren Gemische, weiter bevorzugt Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid, eingesetzt.Although in principle all of the support materials known in catalyst production, i.e. which have the pore size distribution defined above, activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof, more preferably aluminum oxide and zirconium dioxide, are preferably used.
Weitere Details bezüglich Katalysator 3 bzw. zu seiner Herstellung sind der DE-A 196 24 485.4 zu entnehmen, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Further details regarding catalyst 3 and its production can be found in DE-A 196 24 485.4, the content of which in this regard is fully incorporated into the present application by reference.
KATALYSATOR 4CATALYST 4
Die erfmdungsgemäß verwendeten Katalysatoren 4 können technisch hergestellt werden durch Auftragen eines Aktivmetalls der Vm. Nebengruppe des Periodensystems und gegebenenfalls mindestens einem Metall der I. oder VE. Nebengruppe des Periodensystems auf einen geeigneten Träger. Die Auftragung kann durch Tränken des Trägers in wäßrigen Metallsalzlösungen, wie z.B. Rutheniumsalzlösungen, durch Aufsprühen entsprechender Metallsalzlösungen auf den Träger oder durch andere geeignete Verfahren erreicht werden. Als Rutheniumsalze zur Herstellung der Rutheniumsalzlösungen wie auch als Metallsalze der I., VE. oder VEI. Nebengruppe eignen sich die Nitrate, Nitrosylnitrate, Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetylacetonate, Chlor- komplexe, Nitritokomplexe oder Aminkomplexe der entsprechenden Metalle, bevorzugt sind dabei die Nitrate und Nitrosylnitrate.The catalysts 4 used according to the invention can be manufactured industrially are applied by applying an active metal of Vm. Subgroup of the periodic table and optionally at least one metal of I. or VE. Subgroup of the periodic table on a suitable support. The application can be achieved by soaking the support in aqueous metal salt solutions, such as ruthenium salt solutions, by spraying appropriate metal salt solutions onto the support or by other suitable methods. As ruthenium salts for the preparation of the ruthenium salt solutions as well as metal salts of I., VE. or VEI. Subgroups are the nitrates, nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chlorine complexes, nitrite complexes or amine complexes of the corresponding metals, preference being given to the nitrates and nitrosyl nitrates.
Bei Katalysatoren, die mehrere Metalle auf den Träger aufgetragen enthalten, können die Metallsalze bzw. Metallsalzlösungen gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden.In the case of catalysts which contain several metals applied to the support, the metal salts or metal salt solutions can be applied simultaneously or in succession.
Die mit der Rutheniumsalz- bzw. Metallsalzlösung beschichteten bzw. getränkten Träger werden sodann getrocknet, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 100 °C und 150 °C, und wahlweise bei Temperaturen zwischen 200 °C und 600 °C caiciniert.The supports coated or impregnated with the ruthenium salt or metal salt solution are then dried, preferably at temperatures between 100 ° C. and 150 ° C., and optionally caicinated at temperatures between 200 ° C. and 600 ° C.
Darauffolgend werden die beschichteten Träger aktiviert durch Behandlung der beschichteten Träger in einem Gasstrom, der freien Wasserstoff enthält, beiSubsequently, the coated supports are activated by treating the coated supports in a gas stream containing free hydrogen
Temperaturen zwischen 30 und 600 °C, vorzugsweise zwischen 150 und 450 °C. Der Gasstrom besteht vorzugsweise aus 50 bis 100 Vol-% H2 und 0 bis 50 Vol-%Temperatures between 30 and 600 ° C, preferably between 150 and 450 ° C. The gas stream preferably consists of 50 to 100% by volume of H 2 and 0 to 50% by volume
N2.N 2 .
Werden auf die Träger neben dem Aktivmetall der VIII. Nebengruppe desAre on the carrier in addition to the active metal of subgroup VIII
Periodensystems Metalle der I. oder VH. Nebengrappe aufgetragen und erfolgt das Auftragen nacheinander, so kann der Träger nach jedem Auftragen bzw. Tränken bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C getrocknet werden und wahlweise bei Temperaturen zwischen 200 und 600 °C caiciniert werden. Dabei kann die Reihenfolge, in der die Metallsalzlösungen aufgetragen oder aufgetränkt werden, beliebig gewählt werden.Periodic table metals of I. or VH. Applied and if the application is carried out one after the other, the wearer can after each application or Potions can be dried at temperatures between 100 and 150 ° C and caicinated optionally at temperatures between 200 and 600 ° C. The order in which the metal salt solutions are applied or soaked can be chosen as desired.
Die Metallsalzlösung wird in einer solchen Menge auf den oder die Träger aufgebracht, daß 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, an Aktivmetall auf den Träger aufgebracht vorliegen. Vorzugsweise beträgt diese Menge 0,2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt etwa 0,5 Gew.-%.The metal salt solution is applied to the carrier (s) in such an amount that 0.01 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst, of active metal is present on the carrier. This amount is preferably 0.2 to 15% by weight, particularly preferably about 0.5% by weight.
Die Metalloberfläche auf dem Katalysator beträgt insgesamt vorzugsweise 0,01 bis 10 m2/g, besonders bevorzugt 0,05 bis 5 m2/g, insbesondere 0,05 bis 3 m2 pro g des Katalysators.The total metal surface area on the catalyst is preferably 0.01 to 10 m 2 / g, particularly preferably 0.05 to 5 m 2 / g, in particular 0.05 to 3 m 2 per g of the catalyst.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren verwendbaren Trägermaterialien sind vorzugsweise solche, die makroporös sind und einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 μm, vorzugsweise mindestens 0,5 μm, und eine Oberfläche von höchstens 15 m2/g aufweisen, vorzugsweise höchstens 10 m2/g, besonders bevorzugt höchstens 5 m2/g, insbesondere höchstens 3 m2/g. Bevorzugt liegt der mittlere Porendurchmesser des Trägers in einem Bereich von 0,1 bis 200 μm, insbesondere 0,5 bis 50 μm. Bevorzugt beträgt die Oberfläche des Trägers 0,2 bis 15 m2/g, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 m2/g, insbesondere 0,5 bis 5 m2/g, speziell 0,5 bis 3 m2 pro g des Trägers.The support materials which can be used to produce the catalysts used according to the invention are preferably those which are macroporous and have an average pore diameter of at least 0.1 μm, preferably at least 0.5 μm and a surface area of at most 15 m 2 / g, preferably at most 10 m 2 / g, particularly preferably at most 5 m 2 / g, in particular at most 3 m 2 / g. The mean pore diameter of the carrier is preferably in a range from 0.1 to 200 μm, in particular 0.5 to 50 μm. The surface of the support is preferably 0.2 to 15 m 2 / g, particularly preferably 0.5 to 10 m 2 / g, in particular 0.5 to 5 m 2 / g, especially 0.5 to 3 m 2 per g of the Carrier.
Die Oberfläche des Trägers wird bestimmt nach dem BET- Verfahren durch N2- Adsorption, insbesondere nach DIN 66131. Die Bestimmung des mittleren Porendurchmessers und der Porengrößenverteilung erfolgte durch Hg-Porosi- metrie, insbesondere nach DIN 66133. Vorzugsweise kann die Porengrößen- Verteilung des Trägers annähernd bimodal sein, wobei die Porendurchmesser- verteilung mit Maxima bei etwa 0,6 μm und etwa 20 μm bei der bimodalen Verteilung eine spezielle Ausführangsform der Erfindung darstellt.The surface of the support is determined by the BET method by N 2 adsorption, in particular in accordance with DIN 66131. The average pore diameter and the pore size distribution were determined by mercury porosimetry, in particular in accordance with DIN 66133. The pore size distribution of the Carrier be approximately bimodal, the pore diameter Distribution with maxima at approximately 0.6 μm and approximately 20 μm in the bimodal distribution represents a special embodiment of the invention.
Besonders bevorzugt ist ein Träger mit einer Oberfläche von etwa 1,75 m2/g, der diese bimodale Verteilung des Porendurchmessers aufweist. Das Porenvolumen dieses bevorzugten Trägers beträgt vorzugsweise etwa 0,53 ml/g.A carrier with a surface area of approximately 1.75 m 2 / g is particularly preferred which has this bimodal distribution of the pore diameter. The pore volume of this preferred carrier is preferably about 0.53 ml / g.
Als makroporöses Trägermaterial verwendbar sind beispielsweise Aktivkohle, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid oder deren Gemische. Bevorzugt sind Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid.For example, activated carbon, silicon carbide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, magnesium oxide, zinc oxide or mixtures thereof can be used as the macroporous carrier material. Aluminum oxide and zirconium dioxide are preferred.
Weitere Details bezüglich Katalysator 4 bzw. zu seiner Herstellung sind der DE-A 196 04 791.9 zu entnehmen, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Further details regarding catalyst 4 and its production can be found in DE-A 196 04 791.9, the content of which in this regard is fully incorporated into the present application by reference.
KATALYSATOR 5CATALYST 5
Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator 5 kann dadurch hergestellt werden, daß das Trägermaterial in Form einen Metallgewebes oder einer Metallfolie nacheinander an der Luft erhitzt, abgekühlt und im Vakuum mit dem oben beschriebenen Aktivmetall oder der Kombination aus zwei oder mehr davon beschichtet wird, anschließend das beschichtete Trägermaterial geschnitten, verformt und letztendlich zu einem monolithischen Katalysatorelement verarbeitet wird. Dieser Katalysator und seine Herstellung sind bereits in der EP-A-0 564 830 und der US 4,686,202 ausführlich beschrieben, deren diesbezüglicher Inhalt vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Im folgenden sollen lediglich noch einmal die wesentlichen Grundzüge der Herstellung dieser Katalysators bzw. die bevorzugten Ausführungsformen desselben kurz diskutiert werden, wobei bezüglich der verwendeten Aktivmetalle das bezüglich der Katalysatoren 1 bis 4 Gesagte gilt.The catalyst 5 used in accordance with the invention can be produced by successively heating the carrier material in the form of a metal mesh or a metal foil in the air, cooling it and coating it in vacuo with the active metal described above or the combination of two or more thereof, and then the coated carrier material cut, deformed and ultimately processed into a monolithic catalyst element. This catalyst and its preparation have already been described in detail in EP-A-0 564 830 and US Pat. No. 4,686,202, the content of which in this regard is included in full in the context of the present application. In the following, the essential principles of the production of this catalyst or the preferred embodiments are to be repeated the same are briefly discussed, with regard to the active metals used the same applies to the catalysts 1 to 4.
Als metallische Trägermaterialien in Form von Metallfolien oder Metallgeweben eignen sich Edelstahle, wie beispielsweise die mit den Werkstoffnummern 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 etc. besonders gut, da sie vor der Beschichtung mit Aktivkomponenten durch eine Temperang eine Aufrauhung ihrer Oberfläche erhalten können. Dazu werden die metallischen Träger bei Temperaturen von 600 bis 1.100 °C, vorzugsweise 800 bis 1.000 °C 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Stunden an der Luft erhitzt und wieder abgekühlt. Diese Vorbehandlung ist für die Aktivität des Katalysators entscheidend. Nach dieser Trägerbehandlung bei erhöhter Temperatur wird mit der Aktivkomponente beschichtet. Dazu wird der Träger im Vakuum bei einem Druck von 10"3 bis 10"5 mbar mittels einer Verdampfungseinrichtung, z.B. Elektronenstrahl Verdampfung oder Sputtervorrichtung mit der Aktivkomponente gleichzeitig oder nacheinander in diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Fahrweise beschichtet. Zur Formierung des Katalysators kann eine Temperung unter Inertgas oder Luft nachgeschaltet werden.Stainless steels, such as those with the material numbers 1.4767, 1.4401, 2.4610, 1.4765, 1.4847, 1.4301 etc., are particularly suitable as metallic carrier materials in the form of metal foils or metal meshes, because they get a roughening of their surface by tempering before coating with active components can. For this purpose, the metallic supports are heated in air at temperatures of 600 to 1100 ° C., preferably 800 to 1000 ° C. for 1 to 20, preferably 1 to 10 hours, and cooled again. This pretreatment is crucial for the activity of the catalyst. After this carrier treatment at elevated temperature, the active component is coated. For this purpose, the support is coated in vacuo at a pressure of 10 "3 to 10 " 5 mbar by means of an evaporation device, for example electron beam evaporation or sputtering device, with the active component at the same time or in succession in a batch or continuous procedure. Tempering under inert gas or air can be followed to form the catalyst.
Dabei geht es bei der hier beschriebenen Herstellung von Katalysatorschichten darum, möglichst ungeordnete und gestörte polykristalline Schichten bzw. Cluster herzustellen. Deshalb sind normalerweise keine besonders guten Vakuumbedingungen erforderlich. Ferner kann man durch wechselweises Aufdampfen von Aktivkomponenten und strukturellen Promotoren die Aktiv- komponenten sehr feinkristallin bzw. clusterförmig erzeugen.The production of catalyst layers described here is about producing disordered and disturbed polycrystalline layers or clusters. Therefore, particularly good vacuum conditions are not normally required. Furthermore, by alternately evaporating active components and structural promoters, the active components can be produced in a very fine crystalline or cluster form.
Man kann hier den Katalysator systematisch aufbauen, beispielsweise in einerYou can systematically build the catalyst here, for example in one
Bedampfimgsanlage mit mehreren verschiedenen Verdampfungsquellen. So läßt sich beispielsweise zunächst eine Oxidschicht oder durch reaktives Verdampfen eine Haftschicht auf dem Träger aufbringen. Auf diese Grandschicht lassen sich Aktivkomponenten und Promotoren in mehreren Wechselschichten herstellen. Durch Einlaß eines reaktiven Gases in den Rezipienten können Promotorschichten aus Oxiden oder anderen Verbindungen erzeugt werden. Auch Tempervorgänge können zwischengeschaltet werden.Steaming system with several different evaporation sources. For example, an oxide layer or an adhesive layer can be applied to the support by reactive evaporation. On this grand layer you can Manufacture active components and promoters in several alternating layers. By introducing a reactive gas into the recipient, promoter layers can be produced from oxides or other compounds. Annealing processes can also be interposed.
Durch diese Art der Herstellung des Katalysatorgewebes bzw. der Katalysatorfolien besitzen die Aktivkomponenten eine so gute Haftfestigkeit, daß man sie nun schneiden, verformen und zu monolithischen Katalysatorelemente verarbeiten kann.As a result of this type of production of the catalyst fabric or the catalyst foils, the active components have such good adhesive strength that they can now be cut, deformed and processed into monolithic catalyst elements.
Einen sehr einfachen monolithischen Katalysator erhält man, wenn man das Katalysatorgewebe bzw. die Katalysatorfolie mittels einer Zahnradwalze verformt und glattes und gewelltes Gewebe bzw. Folie zusammenrollt zu einem zylinderförmigen Monolithen mit gleichartigen senkrechten Kanälen. Es lassen sich aber auch beliebige statische Mischer aus diesem Katalysatormaterial formen, da die Haftfestigkeit der Katalysatorschicht ausreichend hoch ist.A very simple monolithic catalyst is obtained if the catalyst fabric or the catalyst foil is deformed by means of a gear roller and smooth and corrugated fabric or foil is rolled up to form a cylindrical monolith with similar vertical channels. However, any static mixer can also be formed from this catalyst material, since the adhesive strength of the catalyst layer is sufficiently high.
Die so erzeugten monolithischen Katalysatorelemente in Form von Mischelementen werden in einem Reaktor eingebaut und mit einer umzusetzenden Reaktionsflüssigkeit beaufschlagt.The monolithic catalyst elements produced in the form of mixing elements are installed in a reactor and a reaction liquid to be reacted is applied.
DIE VERFAHRENSFÜHRUNGTHE PROCEDURE
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hydrierstufe im allgemeinen bei einer Temperatur von ungefähr 20 bis 120°C, vorzugsweise ungefähr 30 bis 80 °C durchgeführt. Die dabei verwendeten Drücke liegen in der Regel bei ungefähr 1 bis ungefähr 20 bar, vorzugsweise ungefähr 2 bis 10 bar.In the process according to the invention, the hydrogenation stage is generally carried out at a temperature of approximately 20 to 120 ° C., preferably approximately 30 to 80 ° C. The pressures used are generally about 1 to about 20 bar, preferably about 2 to 10 bar.
Zur Hydrierang kann entweder reiner Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas verwendet werden.Either pure hydrogen or a hydrogen can be used for hydrogenation containing gas can be used.
Dabei wird im allgemeinen die Hydrierung bis zu einem Umsatz von ungefähr 50 bis 70 % durchgeführt, um eine möglichst hohe Selektivität von im allgemeinen > 90%, vorzugsweise > 95% zu erreichen.The hydrogenation is generally carried out up to a conversion of approximately 50 to 70% in order to achieve the highest possible selectivity of generally> 90%, preferably> 95%.
Als Anthrachinon- Verbindungen werden erfindungsgemäß vorzugsweise 2- Alkylanthrachinone, wie z.B. 2-Ethyl-, 2-tert.-Butyl, 2-Amyl-, 2-Methyl-, 2- Butyl-, 2-Isopropyl-, 2-sec-Butyl-, 2-sec-Amylanthrachinon, sowie Polyalkyl- anthrachinone, wie z.B. 1,3-Diethylanthrachinon, 2,3-Dimethylanthrachinon, 1,4- Dimethylanthrachinon, 2,7-Dimethylanthrachinon, sowie die entsprechenden Tetrahydroanthrachinon-Verbindungen, sowie Gemische aus zwei oder mehr davon eingesetzt.According to the invention, 2-alkylanthraquinones, such as e.g. 2-ethyl, 2-tert-butyl, 2-amyl, 2-methyl, 2-butyl, 2-isopropyl, 2-sec-butyl, 2-sec-amylanthraquinone, and polyalkylanthraquinones, such as 1,3-diethylanthraquinone, 2,3-dimethylanthraquinone, 1,4-dimethylanthraquinone, 2,7-dimethylanthraquinone, and the corresponding tetrahydroanthraquinone compounds, and mixtures of two or more thereof.
Als Lösungsmittel lassen sich alle aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsmittel für Anthrachinon- bzw. Anthrahydrochinon- Verbindungen einsetzen. Dabei sind Gemische aus zwei oder mehr Lösungsmittelkomponenten bevorzugt, da derartige Lösungsmittelgemische am ehesten den unterschiedlichen Lösungseigenschaften von Anthrachinon- und Anthrahydrochinon- Verbindung Rechnung tragen. Beispielhaft zu nennen sind u.a. Gemische aus Methylnaphtalin und Nonylalkohol, Methylnaphtalin und Tetrabutylhamstoff, polyalkyliertem Benzol und Alkylphosphaten oder Methylnaphtalin, Tetrabutylhamstoff und Alkylphosphaten zu nennen.All solvents known from the prior art for anthraquinone or anthrahydroquinone compounds can be used as solvents. Mixtures of two or more solvent components are preferred, since such solvent mixtures best take into account the different solution properties of the anthraquinone and anthrahydroquinone compound. Examples include: Mixtures of methyl naphthalene and nonyl alcohol, methyl naphthalene and tetrabutyl urea, polyalkylated benzene and alkyl phosphates or methyl naphthalene, tetrabutyl urea and alkyl phosphates.
Bezüglich der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Reaktoren gibt es ebenfalls keinerlei Beschränkungen, so daß alle aus dem Stand der Technik bekannten, für Hydrierungen geeigneten Reaktoren eingesetzt werden können.With regard to the reactors which can be used in the process according to the invention, there are likewise no restrictions, so that all reactors known from the prior art and suitable for hydrogenation can be used.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem Anthrachinon-Verfahren, das die folgenden Stufen (1) und (2) umfaßt:In addition, the present invention also relates to a method for producing hydrogen peroxide by the anthraquinone method, which the following stages (1) and (2):
(1) Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon mittels eines Verfahrens wie oben definiert, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird; und(1) hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by a method as defined above, whereby an anthrahydroquinone compound or a mixture of two or more thereof is obtained; and
(2) Umsetzung der Anthrahydrochinon- Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, wobei eine Mischung, die Wasserstoffperoxid und die Anthrachinon- Verbindung oder das Gemisch aus zwei oder mehr davon enthält, erhalten wird.(2) reacting the anthrahydroquinone compound or the mixture of two or more thereof with an oxygen-containing gas to obtain a mixture containing hydrogen peroxide and the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof.
Dabei werden die Stufen (1) und (2) vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, weiter bevorzugt kontinuierlich unter Rückführang der in Stufe (2) erhaltenen Anthrachinon-Verbindung in Stufe (1) durchgefühlt, wobei hierbei die Rückführung der Anthrachinon-Verbindung als Bestandteil einer Arbeitslösung nach dem Entfernen des gebildeten Wasserstoffperoxids durchgeführt wird.Steps (1) and (2) are preferably carried out continuously, more preferably continuously with recycling of the anthraquinone compound obtained in step (2) carried out in step (1), the recycling of the anthraquinone compound as part of a working solution removal of the hydrogen peroxide formed.
Die Extraktion des Wasserstoffperoxids wird in einer weiteren Stufe (3) in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Wasser enthaltenden Extraktionsmittels durchgeführt, wobei hier die Verwendung von reinem Wasser bevorzugt ist.The extraction of the hydrogen peroxide is carried out in a further stage (3) in a further embodiment of the process according to the invention by means of an extractant containing water, the use of pure water being preferred here.
Bezüglich der allgemeinen Vorschriften zur Durchführung des Anthrachinon- V- erfahrens, d.h. des Verfahrens, das die o.g. Stufen (1) bis (3) umfaßt, wird auf den eingangs erwähnten Stand der Technik verwiesen.Regarding the general rules for performing the anthraquinone procedure, i.e. of the procedure that the above Levels (1) to (3) includes, reference is made to the prior art mentioned above.
Die vorliegende Erfindung soll nunmehr anhand von erfindungsgemäßen Beispielen näher erläutert werden. BEISPIELEThe present invention will now be explained in more detail using examples according to the invention. EXAMPLES
Beispiel 1example 1
In einem 3,5 1- Autoklaven wurde ein Netz mit 1 mm Maschendurchmesser aus getempertem Kanthai, auf das eine Pd-Schicht mit einer Dicke von 5 nm aufgedampft worden war, angebracht. Ein Vergleichsversuch zeigte, daß dieses Pd-beschichtete Netz katalytisch nicht aktiv war. Bei der ersten Fahrt wurden 2 1 einer 13 %igen Lösung von 2-Ethylanthrachinon in einem Gemisch aus Shellsol® und Tetrabutylhamstoff (70:30) zusammen mit 200 mg Rutheniumnitrosylnitrat in den Autoklaven gegeben.In a 3.5 liter autoclave, a mesh with a 1 mm mesh diameter made of tempered Kanthai, onto which a Pd layer with a thickness of 5 nm had been evaporated, was attached. A comparison test showed that this Pd-coated network was not catalytically active. In the first drive was added a 13% strength solution of 2-ethylanthraquinone in a mixture of Shellsol ® and Tetrabutylhamstoff (70:30) together with 200 mg of ruthenium nitrosyl nitrate in the autoclave 2. 1
Anschließend wurde der Ansatz 60 min. bei 10 bar Wasserstoffdruck und 60°C hydriert. Der Reaktionsaustrag war frei von Ruthenium. 2-Ethylanthrachinon wurde mit 100 % Selektivität zu 2-Ethylanthrahydrochinon umgesetzt (Umsatz: 72 %). Bei der zweiten Fahrt wurden analog 2 1 dieser Lösung ohne Rutheniumzusatz mit Wasserstoff am Netz-Katalysator umgesetzt.The mixture was then 60 min. hydrogenated at 10 bar hydrogen pressure and 60 ° C. The reaction discharge was free from ruthenium. 2-ethylanthraquinone was converted with 100% selectivity to 2-ethylanthraquinroquinone (conversion: 72%). On the second trip, 2 l of this solution were reacted with hydrogen on the network catalyst without adding ruthenium.
Der Reaktionsaustrag war frei von Rutheniumspuren. 2-Ethylanthrachinon wurde zu 75 % umgesetzt (Selektivität: 100%).The reaction discharge was free from traces of ruthenium. 75% of 2-ethylanthraquinone was converted (selectivity: 100%).
Beispiel 2Example 2
Ein Edelstahlgewebe (Werkstoff. -Nr. 1.4767) wurde 5 h bei 900 °C in einem Muffelofen an der Luft erhitzt. Das so erhaltene Gewebe wurde mit einer Zahnradwalze verformt und danach das gewellte Gewebestück mit einem glatten Gewebestück zusammengerollt. Der so erhaltene Monolith wurde paßgenau in einen kontinuierlichen 0,3 1-Hydrierreaktor eingebaut. 2 g Rutheniumnitrosylnitrat wurden in 500 ml eines Gemisches aus Shell- sol®/Tetrabutylharnstoff (70:30)) gelöst. Diese Lösung wurde bei 10 bar Wasser- stoffdrack und 100 °C in einer Menge von 60 ml/h kontinuierlich in den Reaktor gefahren. Der erhaltene Reaktionsaustrag war farblos und frei von Ruthenium. Nach Zugabe der gesamten Ruthenium-haltigen Lösung wurde die Arbeitslösung (13 % 2-Ethylanthrachinon in Shellsol®/Tetrabutylharnstoff (70:30) bei 40°C und 10 bar Wasserstoffdruck ohne Zusatz von Ruthenium in einer Menge von 300 ml/h kontinuierlich weiter in den Reaktor gefahren.A stainless steel mesh (material no. 1.4767) was heated in the air in a muffle furnace at 900 ° C for 5 h. The tissue thus obtained was deformed with a gear roller and then the corrugated piece of fabric rolled up with a smooth piece of fabric. The monolith thus obtained was installed with a precise fit in a continuous 0.3 l hydrogenation reactor. 2 g of ruthenium nitrosyl nitrate were dissolved in 500 ml of a mixture of Shell sol ® / tetrabutyl urea (70:30). This solution was continuously fed into the reactor at a hydrogen pressure of 10 bar and 100 ° C. in an amount of 60 ml / h. The reaction product obtained was colorless and free of ruthenium. After all the ruthenium-containing solution, the working solution (13% of 2-ethylanthraquinone in Shellsol ® / tetrabutyl urea (70:30) continuously at 40 ° C and 10 bar hydrogen pressure without the addition of ruthenium in an amount of 300 ml / h further in driven the reactor.
Die gaschromatographische Auswertung ergab einen Umsatz von 62 % und eine Selektivität von 100 % bezüglich des 2-Ethylanthrahydrochinon. The gas chromatographic evaluation showed a conversion of 62% and a selectivity of 100% with respect to the 2-ethylanthrahydroquinone.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon-Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator mindestens eine in situ auf einem Träger abgeschiedene, homogene Verbindung mindestens eines Metalls der VUL Nebengruppe alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VTI. Nebengrappe des Periodensystems umfaßt.1. A method of hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst, thereby obtaining an anthraquinroquinone compound or a mixture of two or more thereof , characterized in that the catalyst comprises at least one homogeneous compound deposited in situ on a support of at least one metal of the VUL subgroup alone or together with at least one metal of I. or VTI. Subsidiary of the periodic table.
2. Verfahren zur Hydrierang einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon-Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Nebengrappe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VII. Nebengrappe des Periodensystems, aufgebracht auf einem Träger, umfaßt, wobei der Träger einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 50 nm und eine Oberfläche BET von höchstens 30 m2/g aufweist und die Menge des Aktivmetalls 0,01 bis 30 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysator, beträgt.2. A method of hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst to obtain an anthraquinroquinone compound or a mixture of two or more thereof , characterized in that the catalyst as an active metal at least one metal of Vm. Secondary group of the periodic table, alone or together with at least one metal of the first or seventh second group of the periodic table, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 50 nm and a BET surface area of at most 30 m 2 / g and the amount of active metal is 0.01 to 30% by weight, based on the total weight of the catalyst.
3. Verfahren zur Hydrierang einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon-Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Nebengrappe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VII. Nebengruppe des Periodensystems in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, aufgebracht auf einem Träger, umfaßt, wobei 10 bis 50% des Porenvolumens des Trägers von Makroporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 50 nm bis 10.000 nm und 50 bis 90% des Porenvolumens des Trägers von Mesoporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm gebildet werden, wobei sich die Summe der Porenvolumina zu 100% addiert.3. A method of hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst, thereby obtaining an anthraquinroquinone compound or a mixture of two or more thereof , characterized in that the Catalyst as active metal at least one metal of Vm. Subgroup of the periodic table alone or together with at least one metal of subgroup I or VII. Group of the periodic table in an amount of 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, supported on a support, wherein 10 to 50% of the pore volume of the carrier of macropores with a pore diameter in the range from 50 nm to 10,000 nm and 50 to 90% of the pore volume of the carrier of mesopores with a pore diameter in the range of 2 to 50 nm are formed, the sum of the pore volumes increasing 100% added.
4. Verfahren zur Hydrierang einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon-Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der4. A method of hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst to obtain an anthraquinroquinone compound or a mixture of two or more thereof , characterized in that the
Katalysator als Aktivmetall mindestens ein Metall der Vm. Nebengrappe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VE. Nebengruppe des Periodensystems in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-% , bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, aufgebracht auf einen Träger, umfaßt, wobei der Träger einen mittleren Porendurchmesser von mindestens 0,1 μm, und eine Oberfläche BET von höchstens 15 m2/g aufweist.Catalyst as active metal at least one metal of Vm. Subsidiary group of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VE. Subgroup of the periodic table in an amount of 0.01 to 30 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, applied to a carrier, wherein the carrier has an average pore diameter of at least 0.1 microns, and a surface BET of at most 15 m 2 / g.
5. Verfahren zur Hydrierung einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon durch Inkontaktbringen der Anthrachinon-Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Katalysator, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein monolithischer Trägerkatalysator ist, der durch aufeinanderfolgendes an der Luft Erhitzen und Abkühlen eines Trägermaterials in Form eines Metallgewebes oder einer Metallfolie, nachfolgendes Beschichten im Vakuum mit einer Aktivkomponente und anschließendes Schneiden und Verformen des beschichteten Trägermaterials und abschließendes Verarbeiten zu einem monolithischen Trägerkatalysator hergestellt werden kann, wobei als Aktivmetall mindestens, ein Metall der5. A method of hydrogenating an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by contacting the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof with a catalyst to obtain an anthraquinroquinone compound or a mixture of two or more thereof , characterized in that the catalyst is a monolithic supported catalyst which is obtained by successively heating and cooling in air Support material in the form of a metal mesh or a metal foil, subsequent coating in vacuo with an active component and subsequent cutting and shaping of the coated support material and final processing into a monolithic supported catalyst, with at least one metal being the active metal
Viπ. Nebengruppe des Periodensystems alleine oder zusammen mit mindestens einem Metall der I. oder VE. Nebengruppe des Periodensystems verwendet wird.Viπ. Subgroup of the periodic table alone or together with at least one metal of I. or VE. Subgroup of the periodic table is used.
6. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid nach dem Anthrachinon- Verfahren, das die folgenden Stufen (1) und (2) umfaßt:6. A process for the production of hydrogen peroxide by the anthraquinone process, which comprises the following steps (1) and (2):
(1) Hydrierang einer Anthrachinon-Verbindung oder eines Gemisches aus zwei oder mehr davon mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Anthrahydrochinon- Verbindung oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon erhalten wird; und(1) hydrogenation of an anthraquinone compound or a mixture of two or more thereof by a method according to any one of claims 1 to 5, whereby an anthrahydroquinone compound or a mixture of two or more thereof is obtained; and
(2) Umsetzung der Anthrahydrochinon- Verbindung oder des Gemisches aus zwei oder mehr davon mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, wobei eine Mischung, die Wasserstoffperoxid und die Anthrachinon-Verbindung oder das Gemisch aus zwei oder mehr davon enthält, erhalten wird.(2) reacting the anthrahydroquinone compound or the mixture of two or more thereof with an oxygen-containing gas to obtain a mixture containing hydrogen peroxide and the anthraquinone compound or the mixture of two or more thereof.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stufen (1) und (2) kontinuierlich durchgeführt werden.7. The method according to claim 6, wherein steps (1) and (2) are carried out continuously.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das zusätzlich die folgende Stufe (3) umfaßt:8. The method according to claim 6 or 7, which additionally comprises the following step (3):
(3) Extraktion des Wasserstoffperoxids aus der Mischung, die Wasserstoffperoxid und die Anthrachinon-Verbindung oder das(3) extraction of the hydrogen peroxide from the mixture, the hydrogen peroxide and the anthraquinone compound or the
Gemisch aus zwei oder mehr davon enthält mittels eines Wasser enthaltenden Extraktionsmittels.Mixture of two or more of them contains by means of water containing extractant.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei als Anthrachinon- Verbindung ein 2-Alkylanthrachinon oder ein Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein a 2-alkylanthraquinone or a mixture of two or more thereof is used as the anthraquinone compound.
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