Procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde utilisant un catalyseur bifonctionnel. Elle concerne également un procédé de condensation d'un aldéhyde, un procédé d'obtention d'alcool à partir de l'hydrogénation du produit de la condensation d'un aldéhyde ainsi que les produits obtenus à travers chaque procédé respectif.

ART ANTERIEUR

Le butanol (butanol-1) est actuellement synthétisé en deux étapes à travers l'hydroformylation (carbonylation) du propène par un procédé connu sous le nom de Synthèse Oxo, produisant du butyraldéhyde. Ensuite le butyraldéhyde est hydrogéné, pour obtenir le butanol-1. La production du butanol-1 à partir de l'hydroformylation du propène dépend de la fourniture de cette matière-première provenant du pétrole. Du fait de la raréfaction de cette source non renouvelable et de sa hausse de prix graduelle, le coût de la production du butanol-1 peut rendre son utilisation prohibitive. De plus, il existe une forte pression au niveau mondial pour la substitution du pétrole comme source de matière-première pour une ressource issue de la biomasse, en raison de l'impact environnemental qu'il provoque.

Un autre procédé comprend la condensation aldolique de l'acétaldéhyde suivie de déshydratation produisant le crotonaldéhyde en utilisant de l'hydroxyde de sodium comme catalyseur, suivie d'hydrogénation, produisant le butanol-1. Dans ce procédé, le rendement est faible et le crotonaldéhyde est toxique, irritant et de manipulation difficile, subissant facilement la réaction de polymérisation.

INVENTION

La présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'alcool à partir d'un aldéhyde comprenant en une première étape la condensation de l'aldéhyde par déshydratation en présence d'un catalyseur solide spécifique formant un aldéhyde condensé, suivie de l'hydrogénation de ce dernier produisant de l'alcool, dans une deuxième étape.

Ce procédé permet d'obtenir un alcool avec une conversion et une sélectivité excellente.

Première étape

La première étape de ce procédé est un procédé de condensation de deux molécules d'aldéhyde en présence d'un système catalytique comprenant un composé solide acide ou basique et d'un composé métallique, à une température située entre 1O ⁰ C et 300 ⁰ C et une pression comprise entre 0,01 et 200 bar, en présence d'hydrogène.

Le système catalytique peut être bifonctionnel, réalisant la condensation aldolique et la déshydratation en milieux acides ou basiques et l'hydrogénation en présence d'un métal.

Le système catalytique comprend comme premier composant un composé solide acide ou basique. Ce composé peut être un solide du type zéolite, argile, céramique, résine, minéral ou tout autre support solide acide ou basique. A titre de support solide acide on peut citer notamment les résines d'acides sulfoniques, les résines carboxyliques, les résines phosphoriques, les oxydes minéraux tels que les zircones sulfatées, les argiles acides telles que les montmorillonites et les zéolites, tels que les H-ZSM5, et H-Y. A titre de support solide basique on peut citer les composés portant en surface des fonctions hydroxydes ou des fonctions aminées, des carbonates, des oxydes

métalliques tels que les phosphate ou oxydes de lanthane, les argiles basiques telles que les hydroxydes double lamellaires (LDH).

Le système catalytique comprend comme second composant un composé métallique, notamment à base de Cr, Co, Ni, Cu, Rh, Pd, Ir, Pt, et/ou Au. On préfère notamment Ni, Pd, Rh, et Ir. Ce composé peut être le métal en tant que tel ou un métal sous forme d'hydroxyde, d'oxyde ou de sel. Le métal est préférablement à l'état réduit pour son activité lors de l'hydrogénation.

On peut notamment utiliser le composé métallique dans des proportions comprises entre 0,001 % et 30 % en poids, plus préférentiellement entre 0,01 % et 10 % en poids, par rapport au poids du composé solide acide ou basique.

Selon un objet préféré de l'invention, le système catalytique comprend un composé solide acide ou basique sur lequel le composé métallique décrit ci- dessus est supporté en surface.

On peut par exemple citer les catalyseurs Amberlyst® CH28 de la société Rohm & Haas.

Il est également possible que le système catalytique comprenne un composé solide acide ou basique et un composé métallique supporté sur un solide inerte vis-à-vis de la réaction.

La quantité de système catalytique peut varier entre 0,01 % et 60 % en poids par rapport au poids d'aldéhyde, préférentiellement entre 0,1 % et 20 % en poids, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % en poids.

Préférentiellement, la réaction est effectuée à une température comprise entre 1O ⁰ C et 200 ⁰ C, plus préférentiellement entre 3O ⁰ C et 15O ⁰ C, encore plus préférentiellement entre 8O ⁰ C et 12O ⁰ C.

Préférentiellement, la réaction est effectuée à une pression comprise entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement entre 8 et 15 bar.

De manière préférée, la première étape est réalisée à une température située entre 1O ⁰ C et 200 ⁰ C et une pression entre 1 et 100 bar, plus préférentiellement, à une température située entre 3O ⁰ C et 15O ⁰ C et une pression entre 3 et 25 bar, encore plus préférentiellement, à une température située entre 8O ⁰ C et 12O ⁰ C et une pression entre 8 et 15 bar.

Une telle pression peut être obtenue par ajout alimentation au réacteur d'hydrogène pur ou d'un mélange d'hydrogène et d'un gaz inerte, tel que par exemple l'azote ou l'argon. La pression partielle en hydrogène peut être maintenue par purge du ciel gazeux en contrôlant la teneur en hydrogène.

Les aldéhydes peuvent notamment être l'acétaldéhyde, le butyraldéhyde ou le propionaldéhyde. On peut utiliser un ou plusieurs aldéhydes de natures différentes.

D'une manière préférentielle, le milieu de la réaction comprend, outre le système catalytique, uniquement des aldéhydes. Le milieu ne comprend préférentiellement pas de solvant et/ou de composés capables de réagir lors de la réaction de condensation, tel que les composés de type alcool par exemple.

Le procédé selon l'invention peut être réalisé en continu ou en discontinu, préférentiellement en phase liquide. Le temps de séjour de la première étape peut notamment être de 5 à 300 minutes.

La réaction de la première étape peut être effectuée dans un réacteur de tout type, notamment dans un tube réactionnel monté verticalement. Plusieurs

réacteurs mettant en œuvre le procédé de la première étape peuvent être mis en série.

Le catalyseur peut être mis sur un lit fixe ou bien être mis en suspension sous agitation dans le réacteur.

Il est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, notamment par distillation, du produit obtenu après la première étape, par exemple pour récupérer les réactifs.

Seconde étape

La seconde étape du procédé comprend l'hydrogénation de l'aldéhyde condensé produisant de l'alcool. Ainsi on fait réagir l'aldéhyde condensé avec de l'hydrogène en phase gazeuse ou liquide en présence d'un catalyseur d'hydrogénation, notamment sous des conditions de température et pression déterminées.

Le catalyseur d'hydrogénation peut être constitué de métal ou de métal supporté contenant du Cr, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, ou leurs composés et mélanges, notamment en concentrations entre 0,01 % et 30 % en poids, préférentiellement entre 0,1 % et 20 %, plus préférentiellement entre 1 % et 10 %, par rapport au poids total du catalyseur.

On peut par exemple utiliser à titre de catalyseur d'hydrogénation du nickel de Raney supporté ou non, du Cu/CuO sur silice, du platine supporté ou du ruthénium supporté.

Dans cette réaction, la température peut se situer entre 1O ⁰ C et 300 ⁰ C, préférentiellement entre 8O ⁰ C et 14O ⁰ C ; et la pression entre 0,1 et 300 bar, préférentiellement entre 1 et 100 bar.

Préférentiellement, le procédé d'obtention d'alcool en question considère l'hydrogénation du butyraldéhyde obtenu lors de la condensation aldolique de deux molécules d'acétaldéhyde produisant du butanol-1.

Dans le procédé d'obtention d'alcool en question considérant des catalyseurs employés dans la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde et dans l'hydrogénation du produit de ladite condensation, lesdits catalyseurs peuvent correspondre à un matériau identique ou similaire.

II est possible de procéder à une ou plusieurs étapes de purification, notamment par distillation, du produit obtenu après la deuxième étape.

Le procédé selon l'invention permet notamment d'obtenir du butanol-1 à partir d'acétaldéhyde, du 2-éthyl hexanol à partir de butyraldéhyde ou du 2- méthyl pentanal à partir de propionaldéhyde.

Les deux étapes décrites précédemment sont préférentiellement effectuées dans des réacteurs différents, notamment disposés l'un à la suite de l'autre.

La présente invention a également pour objet le produit susceptible d'être obtenu par la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde tel que décrit précédemment.

La présente invention a également pour objet l'alcool susceptible d'être obtenu à partir de l'hydrogénation du produit obtenu de la condensation aldolique de deux molécules d'aldéhyde, tel que décrit précédemment.

Les exemples dudit procédé présentés ci-dessous apporteront une plus grande précision à l'invention, à titre simplement illustratif et non limitatif de l'objet ou de la portée de celle-ci.

PARTIE EXPERIMENTALE Exemple 1 : Réaction étape 1 en discontinu

Dans un réacteur agité de 400 ml_, on effectue une charge de 1,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium et de 220 g d'acétaldéhyde à l'état liquide. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 ⁰ C et 12 bar. La conversion atteint jusqu'à 32,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 61,0 % en 120 minutes.

Exemple 2 : Réaction étape 1 en continu

Dans un réacteur agité de 400 mL, on effectue une charge de 1 ,5 g de catalyseur solide acide à base de résine sulfonique comportant du palladium. Ensuite, l'équipement est fermé et alimenté en d'acétaldéhyde à l'état liquide (200 g/heure), pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 ⁰ C et une pression de 12 bar. La conversion atteint jusqu'à 60,0 % et la sélectivité en butyraldéhyde jusqu'à 90,0 %.

Exemple 3 : Réaction étape 2 en discontinu

Dans un réacteur de 150 mL, on effectue une charge de 100 g de butyraldéhyde et de 10 g de catalyseur de nickel de Raney. Ensuite, l'équipement est fermé, pressurisé à l'hydrogène, et chauffé jusqu'à une température de 100 ⁰ C et une pression de 20 bar. On obtient une conversion de 99,98 % et une sélectivité en butanol-1 de 98,92 %, après 30 minutes.