DE3117864C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysator, erhalten
durch Zusammengeben von einem Nickelacetylacetonat
oder einem Nickelcarboxylat der Formel (RCOO)₂Ni,
worin R ein Kohlenwasserstoff-Rest mit 5-20 Kohlenstoffatomen
ist, wenigstens einem Hydrocarbylaluminiumhalogenid
und wenigstens einer Carbonsäure.
Es ist bekannt, Katalysatoren für die Dimerisation
oder Co-Dimerisation von Monoolefinen, wie Äthylen,
Propylen oder n-Butene, herzustellen, indem man Carboxylate
des zweiwertigen Nickels mit Hydrocarbylaluminiumhalogeniden
umsetzt. Die Verwendung dieser Katalysatoren
stößt jedoch auf die Tatsache, daß man bei
kontinuierlichem Betrieb eine häufig viel schwächere
Aktivität beobachtet als beim Verfahren mit getrennten
Chargen, und daß diese Aktivität sogar im Laufe der
Zeit abzunehmen geneigt ist.
Zum Stand der Technik ist zu nennen die DE-OS 27 57 213.
Dort ist ein Katalysator beschrieben, der aus einem Nickelcarboxylat,
das 6 bis 25 Kohlenstoffatome aufweist, aus einem Hydrocarbylaluminiumhalogenid
und einer Carbonsäure besteht. Dieser bekannte Katalysator
wird bevorzugt in einem inerten Lösungsmittel, nämlich einem gesättigten,
aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff,
hergestellt, wobei das Molverhältnis Carbonsäure/Nickelcarboxylat
0,05 : 1 bis 1 : 1 und das Verhältnis zwischen der Molekülzahl des
Hydrocarbylaluminiumhalogenids und der Atomzahl des Nickels zwischen
0,5 : 1 und 10 : 1 beträgt.
Die Katalysatoren des Standes der Technik weisen eine unzureichende
Aktivität, Spezifität und Standfestigkeit auf.
Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Katalysator für die Oligomerisation von Olefinen zu liefern, der eine
erhöhte Aktivität, Spezifität und Standfestigkeit besitzt, und der hohe
Raum-Zeit-Ausbeuten bei seiner Verwendung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Katalysator der eingangs
genannten Gattung dadurch gelöst,
daß wenigstens ein Carbonsäureanhydrid der Formel (R₃CO)₂O, bei dem R₃ ein Kohlenwasserstoffrest mit 1-20 Kohlenstoffatomen ist,
oder wenigstens ein Halogencarbonsäureanhydrid als weitere Komponente zugegeben wird,
wobei das Carboxylat oder Acetylacetonat von Nickel eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm pro Liter in n-Heptan bei 20°C besitzt,
wobei die Carbonsäure eine Halogencarbonsäure ist,
wobei das Hydrocarbylaluminiumhalogenid die Formel AlR x X y hat, in der R ein Hydrocarbyl-Rest mit 1-12 Kohlenstoffatomen sowie X ein Halogenatom ist und in der x einen Wert von 1 bis 1,5 und y einen Wert von 1,5 bis 2 hat und x+y=3 ist, wobei das molare Verhältnis von Hydrocarbylaluminiumhalogenid zu Nickelacetylacetonat oder Nickelcarboxylat von 2 : 1 bis 15 : 1, das molare Verhältnis von Halogencarbonsäure zu Hydrocarbylaluminiumhalogenid von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 und das molare Verhältnis von Carbonsäureanhydrid oder Halogencarbonsäureanhydrid zu Nickelcarboxylat oder Nickelacetylacetonat von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 beträgt.
daß wenigstens ein Carbonsäureanhydrid der Formel (R₃CO)₂O, bei dem R₃ ein Kohlenwasserstoffrest mit 1-20 Kohlenstoffatomen ist,
oder wenigstens ein Halogencarbonsäureanhydrid als weitere Komponente zugegeben wird,
wobei das Carboxylat oder Acetylacetonat von Nickel eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm pro Liter in n-Heptan bei 20°C besitzt,
wobei die Carbonsäure eine Halogencarbonsäure ist,
wobei das Hydrocarbylaluminiumhalogenid die Formel AlR x X y hat, in der R ein Hydrocarbyl-Rest mit 1-12 Kohlenstoffatomen sowie X ein Halogenatom ist und in der x einen Wert von 1 bis 1,5 und y einen Wert von 1,5 bis 2 hat und x+y=3 ist, wobei das molare Verhältnis von Hydrocarbylaluminiumhalogenid zu Nickelacetylacetonat oder Nickelcarboxylat von 2 : 1 bis 15 : 1, das molare Verhältnis von Halogencarbonsäure zu Hydrocarbylaluminiumhalogenid von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 und das molare Verhältnis von Carbonsäureanhydrid oder Halogencarbonsäureanhydrid zu Nickelcarboxylat oder Nickelacetylacetonat von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 beträgt.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung des erfindungsgemäßen
Katalysators zur Oligomerisation von Olefinen, insbesondere
für die Umwandlung von mindestens einem Monoolefin zu Dimeren oder
Trimeren.
Als Nickelverbindung kann man ein Nickelacetylacetonat oder ein Nickelcarboxylat der Formel (RCOO)₂Ni
einsetzen, wobei diese eine Löslichkeit von mehr als
1 g pro Liter in n-Heptan bei 20°C besitzen
und insbesondere in den Reaktionskomponenten oder dem Reaktionsmilieu
löslich sind.
R ist dabei ein Kohlenwasserstoffrest, z. B. Alkyl, Cycloalkyl,
Alkenyl, Aryl, Aralkyl oder Alkaryl, der 5 bis 20 Kohlenstoffatome
enthält. Die beiden Reste R können auch ein Alkylrest mit vorzugsweise
6 bis 18 Kohlenstoffatomen sein. Beispiele
für Nickelverbindungen sind das
Oktoat, 2-Äthyl-Hexanoat, Dekanoat,
Stearat, Oleat, Salicylat, Acetylacetonat oder Hydroxidekanoat.
In der Literatur und in den Patentschriften kann
man zahlreiche weitere Beispiele finden.
Der Rest R kann mit 1 bis 4 oder mehr Halogenatomen,
Hydroxy-, Keto-, Nitro-, Cyano- oder anderen Resten,
welche die Reaktion nicht stören, substituiert sein.
Die Hydrocarbylaluminiumhalogenide entsprechen der allgemeinen
Formel AlR x X y , in der R einen Kohlenwasserstoffrest
mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen bedeutet,
wie Alkyl, Aryl, Aralkyl oder Cycloalkyl; X bedeutet
ein Halogen, F, Cl, Br, J und x hat einen Wert von 1
bis 1,5, y einen Wert von 1,5 bis 2, wobei x+y=3,
vorzugsweise x=1 und y=2 ist. Als Beispiele für
derartige Verbindungen seien genannt Äthylaluminium-
Sesquichlorid, Dichloräthylaluminium oder Dichlorisobutylaluminium.
Bevorzugt sind Halogencarbonsäuren
der Formel R₁ COOH, in der R₁ ein Halogenalkylrest ist,
insbesondere solche, die mindestens 1 Halogenatom in
α-Stellung zur COOH-Gruppe enthalten, mit insgesamt
2 bis 10 Kohlenstoffatomen. Insbesondere
sind Halogencarbonsäuren der Formel R₁ COOH bevorzugt, in der R₁
ein Halogenalkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen der
Formel C m H p X q ist, wobei X ein Halogenatom, F, Cl, Br,
J, m=1, 2 oder 3, p=0 oder eine ganze Zahl und q
eine ganze Zahl ist, unter der Voraussetzung, daß p+q=
2m+1 ist. Man verwendet außerdem bevorzugt eine Halogenessigsäure
der Formel R₂ COOH, in der R₂ ein Halogenmethylrest
der Formel CX n H3-n ist, in welcher X ein Halogenatom,
F, Cl, Br, J und n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
In den vorstehenden Formeln ist Halogen vorzugsweise F.
Als brauchbare Säuren seien genannt Trifluoressigsäure,
Monofluoressigsäure, Trichloressigsäure, Tribromessigsäure,
Monobromessigsäure, Trÿodessigsäure, Monojodessigsäure,
Pentafluorpropionsäure, 2-Fluor-propionsäure,
Heptafluorbuttersäure oder 2-Chlor-Buttersäure.
Das Carbonsäureanhydrid ist eine Verbindung der Formel (R₃CO)₂O, in
der R₃ eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
bedeutet, wie Alkyl, Aralkyl oder Cycloalkyl, welches gegebenenfalls in
α-Stellung zur Anhydridgruppe mit einem oder mehreren Halogenatomen
F, Cl, Br, J substituiert sein kann. Eine besonders geeignete Klasse
der Anhydride besteht aus Verbindungen der Formel (R₂CO)₂O, in welcher
R₂ wie vorstehend angegeben ist. Als Beispiel seien genannt die Anhydride der
Octansäure, 2-Äthyl-Hexansäure, Dekansäure, Stearinsäure, Olefinsäure,
Trifluoressigsäure, Monofluoressigsäure, Trichloressigsäure, Pentafluorpropinsäure
oder Heptafluorbuttersäure. Die Gruppen R₂ oder R₃
in den Formeln des Anhydrids können gleich (symmetrische Anhydride)
oder verschieden (asymmetrische Anhydride) sein.
Der erfindungsgemäße
Katalysator wird zur Oligomerisierung von Monoolefinen
bei einer Temperatur von -20 bis 60°C unter solchen Druckbedingungen
eingesetzt, daß die Reaktionskomponenten mindestens zum größten Teil
in flüssiger oder kondensierter Phase gehalten werden.
Monoolefine, die auf diese Art dimerisiert oder oligomerisiert
werden können, sind z. B. Äthylen, Propylen,
n-Butene und n-Pentene, sowohl rein als auch in Form ihrer
Gemische, wie sie bei den Syntheseverfahren der Dampfcrackung
oder der katalytischen Crackung erhalten werden.
Sie können untereinander oder mit Isobuten co-
dimierisiert oder co-oligomerisiert werden, z. B. Äthylen
mit Propylen und n-Butenen, Propylen mit n-Butenen sowie n-
Butene mit Isobuten.
Die Katalysatorkonzentration (ausgedrückt in Nickel)
in der flüssigen Phase der Oligomerisierungsreaktion
beträgt normalerweise 5 bis 200 ppm.
Das Verfahren kann in einem Reaktor mit einem oder
mehreren in Serie angeordneten Reaktionsstufen durchgeführt
werden, wobei die Olefin-Charge und/oder die
Bestandteile des Katalysators kontinuierlich
eingeführt werden, entweder in die erste Stufe oder in
die erste und eine beliebige andere Stufe.
Am Reaktorausgang kann der Katalysator z. B. mit Hilfe
von Ammoniak und/oder einer wäßrigen Lösung von Natronlauge
und/oder einer wäßrigen Lösung von Schwefelsäure
entaktiviert werden. Die nicht-umgewandelten Olefine
und die Alkane werden anschließend durch Destillation
von den Oligomeren getrennt.
Ein Oligomerisierungsreaktor besteht aus zwei in Serie
angeordneten Reaktionsstufen, von denen jede aus einem
zylindrischen Stahlreaktor mit doppelter Umhüllung besteht,
der durch Wasserzirkulation thermisch geregelt
wird und einen Nutzraum von 0,25 l hat.
Man führt in die erste Stufe des Reaktors
kontinuierlich 80 g/Stunde einer C₄-Fraktion ein, deren
Zusammensetzung wie folgt ist.
Propan: | |
1,1 Gew.-% | |
Isobutan: | 6,7 Gew.-% |
n-Butan: | 23,0 Gew.-% |
Buten-1: | 5,2 Gew.-% |
Buten-2-trans: | 46,4 Gew.-% |
Buten-2-cis: | 17,6 Gew.-% |
0,19 g/Stunde Dichloräthylaluminium, in Isohexan gelöst,
0,054 g/Stunde einer Lösung von Nickel-2-Äthyl-
Hexanoat mit 11 Gew.-% Nickel, 0,011 g/Stunde Trifluoressigsäure
und 0,001 g/Stunde Trifluoressigsäureanhydrid
werden ebenfalls kontinuierlich in den Reaktor
eingeleitet, und zwar die drei letztgenannten Komponenten
gleichzeitig in Form einer Lösung in Isohexan. Man hält
den Druck des Reaktors auf 5 bar, indem man kontinuierlich
das Reaktionsprodukt abzieht; die Temperatur wird
mit Hilfe eines thermostatischen Bads auf 42°C gehalten.
Nach 4 Stunden Versuchsdauer erreicht man einen stationären
stabilen Zustand, der einer Umwandlung der Butene
von 64% am Ausgang der ersten Stufe und 76% am Ausgang
der zweiten Stufe entspricht. Die Produkte bestehen im
wesentlichen aus Dimeren, Trimeren und Tetrameren der
Butene. In Anbetracht des wiedergewonnenen Butens ist
die Ausbeute an Dimeren, Trimeren und Tetrameren 97%.
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 und unter
den gleichen Reaktionsbedingungen führt man in der
gleichen Menge die C₄-Fraktion und die Bestandteile
des Katalysators ein, wobei allerdings die Zufuhr von
Trifluoressigsäure weggelassen wird.
Nach 4 Stunden Versuchsdauer erreicht man einen stationären
stabilen Zustand, der einer Umwandlung der Butene
von 57% am Ausgang der ersten Stufe und 72% am Ausgang
der zweiten Stufe entspricht. Die Ausbeute (wie im
Beispiel 1 definiert) an Dimeren, Trimeren und Tetrameren
beträgt 95%.
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 und unter
den gleichen Reaktionsbedingungen führt man in den
gleichen Mengen die C₄-Fraktion und die Bestandteile
des Katalysators ein, wobei allerdings die Trifluoressigsäure
und das Trifluoressigsäureanhydrid in einer
Menge von 0,001 bzw. 0,008 g/Stunde zugesetzt werden.
Nach 4 Stunden Versuchsdauer erreicht man einen stationären
stabilen Zustand, der einer Umwandlung der Butene
von 65% am Ausgang der ersten Stufe und 77% am Ausgang
der zweiten Stufe entspricht. Das Gemisch der Dimeren,
Trimeren und Tetrameren erreicht eine Ausbeute von 96%
(wie im Beispiel 1 definiert).
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 und unter
den gleichen Versuchsbedingungen führt man in den gleichen
Mengen die C₄-Fraktion und die Nickelverbindung ein.
Außerdem setzt man 0,23 g/Stunde Trichlorisobutylaluminium,
gelöst in Isohexan, 0,0157 g/Stunde Dichloressigsäure
und 0,00145 g/Stunde Trichloressigsäureanhydrid
zu, wobei die beiden letzteren Bestandteile in Isobutan
gelöst sind.
Nach 4 Stunden Versuchsdauer erreicht man einen stationären
stabilen Zustand, der einer Umwandlung des Butens
von 63% am Ausgang der ersten Stufe und 75% am Ausgang
der zweiten Stufe entspricht. Das Gemisch der Dimeren,
Trimeren und Tetrameren beträgt 96% (wie im Beispiel 1
definiert).
In die gleiche Vorrichtung wie im Beispiel 1 führt
man kontinuierlich in die erste Stufe des
Reaktors 80 g/Stunde einer C₃-Fraktion der folgenden
Zusammensetzung:
Propan: | |
25 Gew.-% | |
Propylen: | 75 Gew.-%, |
0,053 g/Stunde Äthylaluminiumsesquichlorid, gelöst in
Isooctan, 0,019 g/Stunde einer Lösung von Nickel-2-Äthyl-
Hexanoat in Isooctan mit 11 Gew.-% Nickel, 0,004 g/Stunde
Trifluoressigsäure und 0,00095 g/Stunde 2-Äthyl-Hexansäureanhydrid
ein, wobei die beiden letzteren Bestandteile
gleichzeitig in Form einer Lösung in Isooctan eingeleitet
werden. Man hält den Druck des Reaktors auf 15 bar
und die Temperatur auf 42°C.
Nach 4 Stunden Versuchsdauer erreicht man einen stationären
stabilen Zustand, der einer Umwandlung des Propylens
von 85% am Ausgang der ersten Stufe und 94%
am Ausgang der zweiten Stufe entspricht. Die Produkte
bestehen im wesentlichen aus den Dimeren, Trimeren und
Tetrameren des Propylens. Die Ausbeute (unter Einbeziehung
des wiedergewonnenen Propylens) beträgt 97%.
Claims (2)
1. Katalysator, erhalten durch Zusammengeben von einem
Nickelacetylacetonat oder einem Nickelcarboxylat der
Formel (RCOO)₂Ni, worin R ein Kohlenwasserstoff-Rest mit
5-20 Kohlenstoffatomen ist, wenigstens einem Hydrocarbylaluminiumhalogenid
und
wenigstens einer Carbonsäure,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Carbonsäureanhydrid der Formel (R₃CO)₂O, bei dem R₃ ein Kohlenwasserstoffrest mit 1-20 Kohlenstoffatomen ist,
oder wenigstens ein Halogencarbonsäureanhydrid als weitere Komponente zugegeben wird,
wobei das Carboxylat oder Acetylacetonat von Nickel eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm pro Liter in n-Heptan bei 20°C besitzt,
wobei die Carbonsäure eine Halogencarbonsäure ist,
wobei das Hydrocarbylaluminiumhalogenid die Formel AlR x X y hat, in der R ein Hydrocarbyl-Rest mit 1-12 Kohlenstoffatomen sowie X ein Halogenatom ist und in der x einen Wert von 1 bis 1,5 und y einen Wert von 1,5 bis 2 hat und x+y=3 ist, wobei das molare Verhältnis von Hydrocarbylaluminiumhalogenid zu Nickelacetylacetonat oder Nickelcarboxylat von 2 : 1 bis 15 : 1, das molare Verhältnis von Halogencarbonsäure zu Hydrocarbylaluminiumhalogenid von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 und das molare Verhältnis von Carbonsäureanhydrid oder Halogencarbonsäureanhydrid zu Nickelcarboxylat oder Nickelacetylacetonat von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 beträgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Carbonsäureanhydrid der Formel (R₃CO)₂O, bei dem R₃ ein Kohlenwasserstoffrest mit 1-20 Kohlenstoffatomen ist,
oder wenigstens ein Halogencarbonsäureanhydrid als weitere Komponente zugegeben wird,
wobei das Carboxylat oder Acetylacetonat von Nickel eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm pro Liter in n-Heptan bei 20°C besitzt,
wobei die Carbonsäure eine Halogencarbonsäure ist,
wobei das Hydrocarbylaluminiumhalogenid die Formel AlR x X y hat, in der R ein Hydrocarbyl-Rest mit 1-12 Kohlenstoffatomen sowie X ein Halogenatom ist und in der x einen Wert von 1 bis 1,5 und y einen Wert von 1,5 bis 2 hat und x+y=3 ist, wobei das molare Verhältnis von Hydrocarbylaluminiumhalogenid zu Nickelacetylacetonat oder Nickelcarboxylat von 2 : 1 bis 15 : 1, das molare Verhältnis von Halogencarbonsäure zu Hydrocarbylaluminiumhalogenid von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 und das molare Verhältnis von Carbonsäureanhydrid oder Halogencarbonsäureanhydrid zu Nickelcarboxylat oder Nickelacetylacetonat von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1 beträgt.
2. Verwendung des Katalysators gemäß Anspruch 1 zur Oligomerisation
von Olefinen, insbesondere für die Umwandlung
von mindestens einem Monoolefin zu Dimeren oder Trimeren.
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