Die industrielle Hydrierung von Carbonylgruppen enthaltenden Verbindungen wie Al- dehyden, Ketonen, Carbonsäuren, Carbonsäureanhydriden mit Wasserstoff an rheni- umhaltigen Katalysatoren ist seit langem bekannt.

So beschreibt DE-A 100 09 817 einen rheniumhaltigen Trägerkatalysator, bei dem als Trägermaterial nichtoxidativ vorgehandelte Aktivkohle verwendet wird. Die Katalysato- ren enthalten zudem weitere Übergangsmetalle, insbesondere Platinmetalle, um die Katalysatoraktivität zu steigern. Rhenium und die weiteren Übergangsmetalle werden dabei auf den Träger in Form getrennter oder gemeinsamer Lösungen ihrer jeweiligen Salze aufgebracht. Die beschriebenen Hydrierungen ergeben als Hauptprodukt Alko- hole.

Aus DE-A 2 519 817 sind Katalysatoren bekannt, die gleichzeitig Elemente der Gruppe Vit und Vlil des Periodensystems der Elemente enthalten. Bevorzugt sind rheniumhal- tige, zusätzlich Platin oder Palladium aufweisende Trägerkatalysatoren. Diese Kataly- satoren weisen insbesondere Rhenium und Palladium auf, die im Verlauf der Katalysa- torherstellung gemäß den Ausführungsbeispielen bevorzugt, gleichzeitig auf den Trä- ger aufgebracht werden. Es ist gemäß der Offenbarung der DE-A 2 519 817 auch möglich die Palladiumverbindung zuerst auf den Träger aufzubringen. Die Aktivität der geträgerten Palladium-Rhenium-Katalysatoren in Hydrierungen von Carbonylgruppen enthaltender Verbindung zu Alkoholen ist so gering, dass die gleichzeitige Anwendung von hohen Drücken und hohen Temperaturen von 215 bis 230°C erforderlich wird. Die Durchführung der Hydrierungen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen ist be- dingt durch hohe Energie-und Materialkosten wenig wirtschaftlich. Zudem nimmt die Korrosität insbesondere der Carbonsäure-Lösungen unter diesen Bedingungen zu.

Aus EP-A 1 112 776 ist ein Verfahren zur Hydrierung von C4-Dicarbonsäuren, deren Anhydriden oder Estern unter Verwendung eines Katalysators bekannt, bei dem die Rheniumkomponente sehr gleichmäßig auf dem Trägermaterial verteilt ist. Die zusätz- lich vorhandene Palladium-komponente zeigt jedoch ein deutliches Schalenprofil, so

dass der Synergieeffekt, der vermutlich auf Bildung einer intermetallischen Phase be- steht, nur begrenzt ausgenutzt wird. Mit den beschriebenen Katalysatoren wird gam- ma-Butyrolacton mit guter Selektivität gebildet. Die Produktgemische enthalten jedoch nur Spuren von THF.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Katalysator für die Hydrierung von Carbonylverbindungen sowie ein Verfahren zur Hydrierung von Carbonylverbindungen, insbesondere Dicarbonsäuren wie Maleinsäure und/oder Bernsteinsäure oder deren Anhydriden oder Estern unter Verwendung dieses Katalysators zur Verfügung zu stel- len, mit dem insbesondere Gemische mit etwa gleichen Anteilen von gegebenenfalls substituiertes gamma-Butyrolacton (in folgenden"GBL") und Tetrahydrofuran (im fol- genden"THF") herstellbar sind und dass es gestattet diese Gemische bei gutem Um- satz mit guter Gesamtselektivität herzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen rheniumhaltigen Trägerkatalysator zur Hydrierung von Carbonylverbindungen wie Dicarbonsäuren und/oder deren Derivaten, insbeson- dere von Maleinsäure und/oder Bersteinsäure, deren Anhydriden und/oder Estern ins- besondere zu Gemischen von gegebenenfalls substituierten y-Butyrolacton und Tetra- hydrofuran, der dadurch gekennzeichnet ist, dass Rhenium und mindestens ein weite- res Metall der Gruppen VIII oder Ib des Periodensystems der Elemente, insbesondere Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Cobalt (Co) in Form mindestens einer bimetallischen Vorläuferverbindung auf den Träger aufgebracht wurde.

Unter einer bimetallischen Vorläuferverbindung wird dabei eine Verbindung verstan- den, die sowohl ein Rheniumatom bzw.-kation als auch Atom bzw. Kation dieses Me- talls der Gruppen VIII oder Ib des Periodensystems der Elemente aufweist.

Bevorzugt werden als bimetallische Vorläuferverbindung Perrhenat-Doppelsalze, be- sonders bevorzugt solche der allgemeinen Formel I [Mea (NHs) (OH) C] (ReO4) d eH20 (1) oder deren Gemische eingesetzt, wobei Me für ein Metall der Gruppen VIII und Ib des Periodensystems der Elemente, insbesondere für Ru (Ruthenium), Rh (Rhodium), Pd (Palladium), Os (Osmium), Ir (Iridium), Pt (Platin), Cu (Kupfer), Ni (Nickel), Ag (Silber) oder Co (Cobalt) steht, a 1 oder 2 bedeutet, b eine ganze Zahl von 1 bis 8, c eine gan- ze Zahl von 0 bis 5, d 2,3 oder 4 und e eine ganze Zahl von 0 bis 12 darstellt.

Doppelsalze sind Mischkristalle zweier Salze. Anionen-und Kationen eines lo- nenkristalls können durch andere Kationen und Anionen ersetzt werden, ohne dass sich der Kristallstrukturtyp ändert. Ist das sich gegenseitig vertretende lonenpaar nicht rein statisch, sondern nach einem bestimmten Verteilungsplan im lonengitter angeord- net, resultiert ein Doppelsalz. Die Herstellung solcher Doppelsalze ist an sich bekannt und beispielsweise von Pechenyuk, S. I., Kuznetsov, V. Y., Popova, R. A., Zalkind, O. A., Zh. Neorg. Khim. 24 (1979) 3306 beschrieben.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Einsatz dieser Doppelsalze zur Aufbrin- gung der katalytisch aktiven Komponenten auf den Träger eine gleichförmige Vertei- lung aller katalytisch aktiven Metalle erreicht wird.

Besonders bevorzugt wird als bimetallische Vorläuferverbindung Pd (NH3) 4 (Re04) 2 und/oder Pt (NH3) 4 (Re04) 2 verwendet.

Als Trägermaterial kommen alle für die Herstellung von Hydrierkatalysatoren bekann- ten Trägermaterialien in Frage. Bevorzugt werden Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titan- dioxid, Zikondioxid, Magnesiumoxid, gegebenenfalls vorbehandelter Aktivkohle, graphitischen Kohleträgern, Nitride, Silicid, Carbide oder Boride. Bei der erwähnten Vorbehandlung kann es sich um eine oxidative Vorbehandlung, wie sie beispielsweise in EP-A 848 991 beschrieben ist, handeln. Bevorzugt werden Träger aus gegebenen- falls vorbehandelter Aktivkohle eingesetzt.

Rhenium (Re, als Metall gerechnet) und das weitere Metall der Gruppe VIII oder Ib des Periodensystems sind in einer Menge von jeweils 0,03 bis 30 Gew. -%, bevorzugt 1 bis<BR> 12 Gew. -%, besonders bevorzugt 2 bis 5 Gew. -%, bezogen auf den gesamten Kataly- sator aus Träger und Aktivmasse, aufgebracht.

Es können auf dem Katalysator noch weitere Elemente vorhanden sein. Beispielhaft seien Zn (Zink), Sn (Zinn), Au (Gold), Fe (Eisen), Mn (Mangan), Cr (Chrom), Mo (Mo- lybdan), W (Wolfram) und V (Vanadium) genannt. Ebenso können noch Elemente der Gruppen VII, VIII oder lb des Periodensystems der Elemente wie Rhenium (Re), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Silber (Ag) und Palladium (Pd) zusätzlich vorhanden sein. Diese Elemente modifizieren den Katalysator im wesentlichen bzgl. Aktivität und Selektivität (Hydrogenolyseprodukte) sind aber nicht essentiell. Ihr Gewichtsverhältnis zu Rhenium kann 0 bis 100, bevorzugt 0,5 bis 30, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 betragen. Bevor- zugt sind die erfindungsgemäßen Katalysatoren insbesondere chromfrei.

Die Aufbringung der Aktivkomponenten Rhenium und des weiteren Metalls der Gruppe Vlil oder lb des Periodensystems der Elemente kann durch Imprägnierung in einem

oder mehreren Schritten mit einer wässrigen, alkoholischen oder mit anderen organi- schen Lösungsmitteln hergestellten Lösung der jeweiligen gelösten bimetallischen Vor- läuferverbindung, besonders bevorzugt des Doppelsalzes der allgemeinen Formel I, Gleichgewichtsadsorption in einem oder mehreren Schritten der in wässriger oder al- koholischer Lösung gelösten bimetallischen Vorläuferverbindung, besonders bevorzugt des Doppelsalzes der allgemeinen Formel I an den Träger vorgenommen werden. Bei diesen Verfahren werden die Aktivkomponenten gleichzeitig und gleichmäßig auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Zwischen den einzelnen Imprägnierungs-und Gleichgewichtsadsorptionsschritten liegt jeweils ein Trocknungsschritt zur Entfernung des Lösungsmittels. Bevorzugt geschieht die Aufbringung der Aktivkomponenten durch Imprägnierung mit einer wässrigen Salzlösung in einem Schritt.

Zur Entfernung des Lösungsmittels nach dem Imprägnierungs-oder Gleichgewichts- adsorptionsschritt erfolgt eine Trocknung des imprägnierten Katalysators. Die Trocknungs-temperatur liegt dabei bei 30-350°C, bevorzugt 40-280°C, besonders bevorzugt 50-150°C.

Die Aktivkomponenten sind auf dem Träger des erfindungsgemäßen Katalysators be- sonders gleichmäßig verteilt, insbesondere weist das Intensitäsverhältnis von Rhenium zum Metall (Me) der Gruppe Vlil oder Ib des Periodensystems der Elemente über die gesamten Katalysatorpartikel bei mehr als 99,9 % der analysierten Punkte Schwan- kungen kleiner als den Faktor 10, bezogen auf den statistischen Mittelwert, bevorzugt bei 98 % der analysierten Punkte auf der Katalysatoroberfläche Schwankungen kleiner als Faktor 5 und besonders bevorzugt in 80 % der analysierten Punkte Schwankungen kleiner als Faktor 2, auf.

Dieser Faktor wurde mit SEM-EDX (Scanning electron microscope-energy dispersive x-ray spectroscopy) bestimmt. Die Methode ist an sich bekannt und beispielsweise in Ulmanns Encylopedia of Industrial Chemistry 6th Edition 2000 Electronic Release be- schrieben.

Die Katalysatoren werden üblicherweise vor ihrem Einsatz aktiviert. Diese Aktivierung kann durch Anwendung einer reduzierend wirkenden Gasatmosphäre auf den Kataly- sator geschehen. Bevorzugt wird eine Aktivierung mit Hilfe von Wasserstoff angewen- det. Die Aktivierungs-temperatur liegt dabei üblicherweise bei 100-500°C, bevorzugt 130-400°C, besonders bevorzugt 150-400°C. Alternative Reduktionsmethoden sind die Reduktion der metallischen Komponenten durch in Kontaktbringen mit einem flüs- sigen Reduktionsmittel wie Hydrazin, Formaldehyd oder Natriumformiat. Dabei werden die flüssigen Reduktionsmittel üblicherweise bei Temperaturen zwischen 10 und 100°C

in Kontakt gebracht. Besonders bevorzugt ist das Inkontaktbringen bei Temperaturen zwischen 20 bis 80°C.

Die Hydrierung wird üblicherweise bei 110-250°C, bevorzugt bei 150-250°C durch- geführt. Dabei wird üblicherweise bei einem Reaktionsdruck zwischen 5 und 220 bar, bevorzugt 40 und 150 bar hydriert. Die Hydrierung wird in der Flüssigphase bevorzugt im Festbett durchgeführt.

Als Ausgangsstoffe für die Hydrierung sind im allgemeinen Carbonylverbindungen ge- eignet, die zusätzlich C-C-Doppel-oder Dreifachbindungen enthalten können. Beispiel für Aldehyde sind Propionaldehyd, Butyraldehyde, Crotonaldehyd, Ethylhexanal, No- nanal und Glucose. Beispiele für Carbonsäuren sind Bernsteinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure. Als Ester sind Ester der vorgenannten Säuren, z. B. als Methyl-, Ethyl-, Propyl-oder Butylester zu nennen, ferner sind Lactone, z. B. gamma-Butyrolacton, del- ta-Valerolacton oder Caprolacton einsetzbar. Außerdem können Anhydride wie Bernsteinsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid verwendet werden. Bevorzugte Ausgangsstoffe sind C4-Dicarbonsäuren und/oder deren Derivate, besonders bevor- zugt Bernsteinsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid so- wie die Ester dieser Säuren. Es können selbstverständlich auch Gemische von Alde- hyden, Carbonsäuren, Estern, Anhydriden und/oder Lactonen, bevorzugt Gemische von Carbonsäuren, eingesetzt werden.

Die zu hydrierenden Verbindungen können in Substanz oder in Lösung hydriert wer- den. Als Lösungsmittel bietet sich z. B. eines der Hydrierprodukte selbst an, oder es werden Stoffe eingesetzt wie Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol oder Butanol, ferner sind Ether wie THF oder Ethylenglycolether oder gamma-Butyrolacton geeignet.

Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Wasser, insbesondere bei der Hydrierung von Car- bonsäuren.

Die Hydrierung kann in der Flüssigphase, ein-oder mehrstufig ausgeübt werden. In der Flüssigphase ist sowohl die Suspensions-als auch die Festbettfahrweise möglich.

Bei exothermen Reaktionen kann die Wärme durch außenliegende Kühlmittel abge- führt werden (z. B. Röhrenreaktor). Ferner ist Siedekühlung im Reaktor möglich, vor allem wenn ohne Produktrückführung hydriert werden. Bei Produktrückführung bietet sich ein Kühler im Rückführstrom an.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachstehenden Beispiele erläutert.

Beispiele

Bestimmung des Intensitätsfaktors mit SEM-EDX Mit einem SEM-EDX Spektrometer des Typs Philips ESEM-XL30-FG mit EDX-Sonde wurden die Intensitäten (entsprechend den Gehalten) des Rheniums und des Palladi- ums bestimmt. Die Analysenspannung betrug 30 KV. Die Partikel wurden zur Vorberei- tung so geteilt, dass eine saubere Schnittfläche erhalten wurde. Von dieser Schnittflä- che wurden mehr als 300, um in Schritten zu je 15 um mit SEM-EDX auf ihren Gehalt an Pd und Re untersucht. An jedem Messpunkt kann ein Verhältnis der Intensitäten von Pd und Re berechnet werden.

Beispiel 1 15,83 g Pd (NO3) 2 wurden mit 8 g 25% iger NH3-Lösung versetzt und mit einer Lösung von 8,66 g NH4Re04 in 98 g Wasser vermischt. Die Verbindung Pd (NO3) 2 (Re04) 2 kris- tallisierte aus. Das durch Filtration gewonnene Produkt wurde mit Wasser gewaschen und getrocknet.

Beispiel 2 : Katalysator A 1, 11 g des Pd-Re-Salzes, hergestellt nach Beispiel 1, wurden bei 80°C in 20 g Wasser gelöst. 30 g eines Aktivkohleträger (Degussa 180 der Firma Degussa AG, Düsseldorf) wurden mit der Lösung des Pd-Re-Salzes bei 70°C getränkt. Sodann wurde der Kata- lysator bei 120°C in 100 NI/h Stickstoff (N2) getrocknet. Anschießend wurde 30 min bei gleicher Temperatur und 30 min. bei 200°C mit 0,5 % Wasserstoff (H2) enthaltendem N2 (100 NI/h) reduziert. Dann wurde für 1 h die Wasserstoffmenge auf 5 % und für weitere zwei Stunden auf 100 % erhöht. Danach wurde die Temperatur auf 400°C so- wie der Fluss auf 3000 I/h H2 erhöht. Die Heizraten betrugen dabei jeweils 5°C/min.

Abschließend wurde der Katalysator nach Abkühlen in N2 bei Raumtemperatur 7 h in 5 % Luft in N2 passiviert. Der Katalysator enthielt 0,5 Gew. -% Pd und 2 Gew. -% Re.

Beispiel 3 1,11 g des Pd-Re-Salzes wurden in 130 g Wasser bei 40°C gelöst. 10 g dieser Lösung wurden unter Rühren auf 30 g des Aktivkohleträgers (Degussa 180) aufgebracht. So- dann wurde der Katalysator 1 h bei 120°C getrocknet. Nach einem Waschschritt mit Wasser wurde die Tränk-und Trockenprozedur wiederholt bis die ganze Lösung auf den Träger aufgebracht war. Anschließend wurde der Katalysator getrocknet und ana- log Beispiel 2 reduziert. Der Katalysator enthielt 0,5 Gew. -% Pd und 2 Gew. -% Re.

Beispiel 4 20 g des Katalysators A wurden in einen Rohrreaktor eingefüllt und bei Atmosphären- druck und 150°C 2 h lang mit N2 gespült (240 NI/h). Anschließend wurden 5 % H2 zu- gemischt und nach zwei Stunden die Temperatur auf 200°C erhöht und über Nacht gehalten. Nach Umschalten auf eine 50 % ige H2-N2-Mischung wurde die Temperatur für 1 h auf 230°C erhöht und schließlich wurde eine weitere Stunde in 120 NI/h reinem H2 reduziert. Abschließend wurde der Druck auf 40 bar erhöht. Mit diesem aktivierten Katalysator A wurde Bernsteinsäureanhydrid (BSA), das in einer Menge von 6.06 g/h als 20 gew. -% ige Lösung in gamma-Butyrolacton zudosiert wurde, bei 235°C und 40 bar in kontinuierlichen Betrieb hydriert. Das Molverhältnis H2 : BSA betrug 35. Es wurde bei einem Umsatz von 91 % eine Produktausbeute 81 % (39 % Tetrahydrofuran (THF) und 35 % y-Butyrolacton) erzielt.

Vergleichsbeispiel 1 : Katalysator V1 60 g eines mit Wasser vorbefeuchteten Aktivkohleträgers (Degussa 180) wurde unter Rühren mit einer Lösung enthaltend 0,78 g Pd (N03) 2 2H2O und 1,52 g HRe04 (72,8 gew. -% ige Lösung) in 20 ml Wasser bei Raumtemperatur getränkt. Anschlie- ßend wurde der Katalysator analog der für Katalysator A in Beispiel 2 beschriebenen Trocknung und Reduktion behandelt. Der Katalysator enthielt 0,5 Gew. -% Palladium<BR> und 2 Gew. -% Rhenium.

Vergleichsbeispiel 2 : 20g des Katalysators V1 wurden analog Beispiel in einen Rohrreaktor eingebaut und analog Beispiel 5 aktiviert. Mit diesem aktivierten Katalysator A wurde Bernsteinsäu- reanhydrid (BSA), das in einer Menge von 5,94 g/h als 20 gew. -% Lösung in gamma- Butyrolacton zudosiert wurde, bei 235°C und 40 bar im kontinuierlichen Betrieb hyd- riert. Das Molverhältnis H2 : BSA betrug 35. Es wurde bei einem Umsatz von 80 % eine Produktausbeute von 77 % (9 % Tetrahydrofuran (THF) und 53 % y-Butyrolacton).