Preparación de catalizadores de Cu/Al.

Un metodo de preparacion de un catalizador que tiene una composicion homogenea,

que comprende lasetapas de:

coprecipitar un precipitado de Cu-Al-0 a partir de una disolucion que consiste basicamente en una sal solublede cobre y un compuesto soluble de aluminio, en el que el compuesto soluble de aluminio es un aluminato, enpresencia de un agente precipitante, en el que el agente precipitante se allade a la mezcla de precipitacion paramantener un pH de 7,4 ± 0,5;

calcinar el precipitado a una temperatura superior a 700°C durante un periodode tiempo apropiado;

en el que dicho catalizador calcinado a temperatura menores de 700°C no muestra patrones de difraccion de rayos X caracteristicos de una espinela, en el que el catalizador tiene menos de 5% de iones de cobre lixiviablesdeterminados haciendo reaccionar 100 ml de acid° acetic° al 10% con 10 g de catalizador en polvo durante unahora con agitacion continua.

Preparacion de catalizadores de Cu/AI

Antecedentes de la invencion

Esta invencion se refiere en general a un metodo para preparar compuestos catalizadores.

Los catalizadores comerciales para hidrogenolisis de grupos carbonilo en compuestos organicos han estado dominados por el catalizador de Adkins desde los allos 1930 (H. Adkins, R. Connor, y K. Folkers patente de los EE. UU. n° 2.091.800 (1931) ) . El catalizador de Adkins es una mezcla compleja de, principalmente, oxido de cobre y cromito de cobre. El catalizador se usa en reacciones de hidrogenolisis, por ejemplo la hidrogenolisis catalitica de un ester a alcoholes, ilustrada de forma general por la reaccion siguiente:

R1 C OH R2 OH

Ri C 0 R2 4. 2H2

H2

Se cree que, en las condiciones de reaccion, el catalizador se reduce a una mezcla de cobre metalico, oxido cuproso

y cromito de cobre. Uno de los papeles fundamentales del cromo en los catalizadores de Cu/Cr es que se comporta

como un promotor estructural.

Los catalizadores de Cu/Cr presentan una extensa aplicacion comercial e industrial en procedimientos diversos tales

como hidrogenacion de aldehidos en el acabado de oxoalcoholes, hidratacion de acrilonitrilo, hidrogenolisis de addos grasos, hidrogenolisis de esteres de metilo, aminacion reductora, y una miriada de otras reacciones de hidrogenacion y oxidacion tales como las que se enumeran mas adelante. La patente de los EE.UU. n° 3.935.128, de Fein et al. , proporciona un procedimiento para producir un catalizador de cromito de cobre. La patente de los EE.UU. n° 4.982.020, de Carduck et al. , describe un procedimiento para la hidrogenacion directa de aceites de gliceridos en el

quela reaccion se realiza sobre un catalizador que contiene cobre, cromo, bario y/u otros metales de transicion en forma de oxidos que, tras calcinacion, forman la masa catalizadora. La patente de los EE.UU. n° 4.450.245 de Adair et al. , proporciona un soporte catalizador en el que el catalizador se usa en la oxidacion a baja temperatura de monoxido de carbono, otra importante aplicacion de tales catalizadores.

Se espera, sin embargo, que aspectos medioambientales que implican la eliminacion de los catalizadores que con

tienen cromo, acaben por eliminar su uso en muchos paises. Adicionalmente, la actividad catalitica es uno de los factores mas importantes que determinan la actuacion de un catalizador. Es por tanto ventajoso emplear catalizadores que contengan cobre, sin cromo, que tengan una buena actividad catalitica para remplazar a los catalizadores de Cu/Cr usados actualmente en hidrogenacion, alquilacion y otras reacciones.

Se conocen varias tecnicas anteriores para catalizadores que no contienen cromo. For ejemplo, la patente de los

EE.UU. 5.418.201 de Roberts et al. , describe catalizadores de hidrogenacion en forma de polvo y un metodo de preparacion de un catalizador de hidrogenacion que comprende oxidos de cobre, hierro, aluminio y magnesio. La patente de los EE.UU. 5.243.095 tambien de Roberts et al. , contempla el uso de dichos catalizadores de cobre, hierro, aluminio y magnesio en condiciones de hidrogenacion.

La patente de los EE.UU. n° 4.252.689 de Bunji Miya, describe un metodo de preparacion de un catalizador de co

bre-hierro-alOmina usado en hidrogenacion. La patente de los EE.UU. n° 4.278.567 de Bunji Miya et al. , describe un procedimiento similar para preparar un catalizador de cobre-hierro-aluminio. La patente de los EE.UU. n° 4.551.444 de Fan-Nan Lin et al. , proporciona un catalizador de cinco componentes en el que los componentes esenciales son cobre, un grupo componente de hierro, un compuesto de los elementos 23-26, un compuesto de metal alcalino y un compuesto de metal precioso.

C.W. Glankler, Nitrogen Derivatives (Secondar y and Tertiar y Amines, Quaternar y Salts, Diamines, lmidazolines) , J. Am. Oil Chemists' Soc., noviembre 1979 (vol. 56) , paginas 802A-805A, muestra que un catalizador de cobre-cromo se usa para retener carbono en insaturaciones de carbono en la preparacion de derivados nitrogenados.

La patente de los EE.UU. 4.977.123 de Maria Flytzani Stephanopoulos et al. , describe composiciones sorbentes extrudidas que tienen componentes de oxidos mixtos de oxido de cobre, oxido de hierro y alOmina. La patente de los

EE.UU. 3.865.753 de Broecker etal. , proporciona un procedimiento para preparar un catalizador de aluminio magnesio niquel usado para el craqueo de hidrocarburos. La tecnica anterior, de catalizadores que no contienen cromo, presenta varias desventajas que limitan la aplicabilidad industrial de los catalizadores.

Un catalizador ideal debe ser estable tanto quimicamente como fisicamente. La estabilidad quimica se demuestra mediante una actividad catalitica constante durante un periodo de tiempo aceptable. La estabilidad fisica se demues50 tra manteniendo un tamallo de particula o forma fisica estable durante la reaccion quimica. Ademas, un catalizador ideal tendria una distribucion de particulas estrecha ya que el tamallo de particula afecta a la velocidad de filtracion

en un procedimiento comercial que emplee el catalizador. La estabilidad se demuestra ademas por la resistencia a venenos comunes tales como compuestos azufrados, compuestos organicos clorados, bromados y yodados. Generalmente, la estabilidad se comprueba usando catalizadores de Cu/Cr como catalizador estandar.

Un catalizador ideal tendria tambien un porcentaje bajo de cationes lixiviables. Esto asegura el mantenimiento de la 5 actividad catalitica y una buena calidad del product°.

Ademas, es importante que el catalizador funcione bien en aplicaciones comerciales. For ejemplo, la hidratacion de acrilonitrilo a acrilamida sobre un catalizador que contiene cobre es una aplicacion industrial importante. Se han desarrollado varios catalizadores de cobre diferentes para esta aplicacion, como indicaron las patentes de tecnicas anteriores. Los catalizadores incluyen catalizadores de cobre/cromo, cobre/silice, cobre sobre diatomita, cobre Ra10 ney, intercambio ionic° de cobre sobre silice y cobre sobre alOmina. La mayoria de los catalizadores de tecnicas anteriores usado en esta aplicacion presentan el problema de la desactivacion. El catalizador se desactiva por la acumulacion de poliacrilamida sobre la superficie o por la oxidacion del cobre superficial. La selectividad tambien es importante. Normalmente la hidratacion de los enlaces C-N se ye favorecida por oxidos acidos mientras que la hidrolisis de los enlaces C-C se ve favorecida por oxidos basicos. For tanto, la acidez superficial del catalizador es crucial

para esta aplicacion.

Para algunas otras aplicaciones que requieren alguna alcalinidad superficial, metales alcalinos o compuestos de metales alcalinos se deberian mantener o alladir a la matriz catalizadora.

Resumen de la invencion

El documento EP-A-0 434 061 describe un procedimiento para hidrogenar una alimentacion organica que contiene

enlaces con oxigeno en sus correspondientes alcoholes mediante contact° con un catalizador de cobre-aluminio coprecipitado que se ha activado por contact° con un gas reductor a una temperatura que aumenta gradualmente.

El documento DE-A-4 301 470 describe un procedimiento para la descomposicion catalitica de una mezcla pura o gaseosa de N20 usando un catalizador que se produce por la incorporacion de CuAl204.

El documento US 5418201 se refiere a un catalizador en forma de polvo que comprende los oxidos de cobre, hierro,

aluminio y manganeso en el que la relacion atomica de cobre a hierro es al menos 1:1. Otra realizacion se refiere a un procedimiento para preparar dichos catalizadores de hidrogenacion que comprende las etapas de (A) preparar una primera disolucion acuosa que contiene al menos una sal de cobre soluble en agua, al menos una sal de hierro soluble en agua, y al menos una sal de manganeso soluble en agua; (B) preparar una segunda disolucion que contiene al menos una sal basica de aluminio soluble en agua y al menos un agente precipitante alcalino; (C) mezclar

las disoluciones primera y segunda con lo que se forma un solid° insoluble; (D) recuperar el solid° soluble; y (E) calcinar el solid° recuperado para formar el catalizador deseado. Esta aplicacion tambien se refiere a un procedimiento para hidrogenar aldehidos, cetonas, acidos carboxilicos y esteres de acidos carboxilicos.

El documento US-A 4386 0.18 describe metodos para preparar catalizadores que contienen cobre y aluminio en los que durante la precipitacion, el pH se mantiene de 6, 9 a 9, especialmente de 7 a 85.

Esta entre los objetos principales de la presente invencion proporcionar un metodo para... [Seguir leyendo]

1. Unmetodo de preparacion de un catalizador que tiene una composicion homogenea, que comprende las etapas de:

coprecipitar un precipitado de Cu-Al-0 a partir de una disolucion que consiste basicamente en una sal soluble

decobre y un compuesto soluble de aluminio, en el que el compuesto soluble de aluminio es un aluminato, en presencia de un agente precipitante, en el que el agente precipitante se allade a la mezcla de precipitacion para mantener un pH de 7, 4 ± 0, 5; y calcinar el precipitado a una temperatura superior a 700°C durante un periodo de tiempo apropiado;

en el que dicho catalizador calcinado a temperatura menores de 700°C no muestra patrones de difraccion de ra

yosX caracteristicos de una espinela, en el que el catalizador tiene menos de 5% de iones de cobre lixiviables determinados haciendo reaccionar 100 ml de acid° acetic° al 10% con 10 g de catalizador en polvo durante una hora con agitacion continua.

2. Elmetodo de la reivindicacion 1, en el que la sal de cobre es nitrato de cobre, el compuesto soluble de aluminio es aluminato de sodio, y el agente precipitante es carbonato de sodio.

3. Elmetodo de la reivindicacion 1, que comprende una etapa adicional de combinar el catalizador con un promotor elegido del grupo que consiste en sales y oxidos de Ce, Ba, Mn, Co, Zn, Ni, alcalinos, y alcalinoterreos, promotor que esta presente en una cantidad menor de 50% en peso del catalizador.

4. Elmetodo de la reivindicacion 4, en el que el promotor esta presente en una cantidad no mayor de aproximadamente 25% en peso del catalizador.

5. Elmetodo de la reivindicacion, en el que la torta de filtracion tiene un contenido de sodio menor de 1%.

6. Elmetodo de la reivindicacion, en el que el precipitado se calcina de 700 a 900°C.