Procédé de réduction catalytique de composés organiques nitrogénés. La présente invention concerne un pro cédé de réduction catalytique de composés organiques nitrogénés par traitement de ces corps avec de l'hydrogène ou des substances livrant de l'hydrogène, spécialement dans la phase liquide ou la phase vapeur, avec ou sans pression, à la température du lieu où l'on opère ou à des températures différente.
Suivant; l'invention, on effectue cette réduction en présence d'une masse de con tact contenant au moins un corps d'une struc ture microporeuse qui résulte de la forma tion d'un corps échangeur de bases, et ren fermant des constituants cata.ly tiquement actifs.
Un tel corps peut être soit un corps échangeur de bases, soit un dérivé d'un tel corps, obtenu par exemple en lessivant celui- ci par un acide.
L'expression "corps échangeur de bases" englobe tous les corps, naturels ou artificiels, qui possèdent la propriété d'échanger leur bases pour d'autres bases de solutions salines. Les produits échangeurs de hases dont il est fait usage dans la formation de compositions catalytiques qu'on emploie dans le procédé selon la présente invention.
ou comme ma tière initiale pour des dérivés à utiliser ainsi, peuvent posséder un fort pouvoir échangeur de bases ou, dans bien des cas, peuvent pos séder un pouvoir échangeur de bases plus faible, puisque la valeur catalytique des compositions finales ne dépend pas princi- I)alement du degré de pouvoir échangeur de bases présent.
D'une façon générale, on peut grouper les corps échangeurs de bases comme suit: les zéolithes à deux ou à multiples constituants, c'est-à-dire des corps échan geurs de bases contenant du silicium chimi quement combiné dans leur noyau. et les corps échangeurs de bases non siliceux dans lesquels tout le silicium est remplacé par d'autres oxydes de métaux acidiques ou am photères convenables.
Les zéolithes à deux constituants sont les produits de réaction de deux types de constituants initiaux, c'est-à- dire de métallates et de silicates (en faisant usage du terme métallate dans un sens large qui sera défini plus loin dans ce mémoire), ou des sels métalliques et des silicates. I1 arrive fréquemment que plus d'un des mem bres d'un type peuvent entrer en réaction, c'est-à-dire qu'un silicate peut réagir avec plus d'un métallate ou plus d'un sel métal lique.
Les zéolithes à constituants multiples sont les produits de réaction d'au moins trois types de constituants, c'est-à-dire: d'au moins un silicate, au moins un métallate et au moins un sel métallique. (Par métallate. il faut entendre tout sel dont l'anion contient un métal; sous sel métallique, on entend un sel dans lequel l'anion ne contient pas de métal.) Les corps échangeurs de bases, tant zéo- lithes que corps échangeurs de bases non si liceux, peuvent être associés avec des di luants,. de préférence sous la forme d'une structure physiquement homogène, comme cela sera décrit ci-dessous.
Des corps échan geurs de bases soit dilués ou non dilués peu vent être présents dans les masses de con tact dont il est fait usage dans la présente invention, ou bien leurs dérivés peuvent être présents: mais il va sans dire que, partout où il est question ici de corps échangeurs de bases, cette expression comprend tant des produits dilués que des produits non dilués.
Comme déjà dit, des corps échangeurs de ],uses, tant zéolithes que corps échangeurs de bases non siliceux, peuvent également être transformés en dérivés utilisables pour la formation de la masse catalytique et qui possèdent bien des caractéristiques chimi ques et la plupart des caractéristiques phy siques des corps échangeurs de bases d'où ils dérivent. Ces dérivés peuvent être des corps ressemblant à des sels, c'est-à-dire les pro duits de réaction de corps échangeurs de bases avec des composés contenant des anions capables de réagir avec les corps échangeurs de bases pour former des produits qui pos sèdent bien des propriétés de sels.
Une autre classe de cas dérivés est celle des corps échangeurs de bases lessivés aux acides. Lorsqu'on soumet un corps échangeur de bases à un lessivage par des acides, en par ticulier des acides minéraux dilués, les bases échangeables sont d'abord enlevées graduel lement. Les produits résultants contiennent tant les constituants plus basiques que les constituants plus acidiques du noyau non échangeable du corps échangeur de bases, avec ou sans une portion des bases échangeables.
A mesure que l'on pousse plus loin le lessi vage, de plus en plus des constituants rela tivement positifs du noyau- non échangeable sont enlevés et, si on pousse le lessivage jus qu'à achèvement, le produit lessivé ne con tient que les constituants- relativement acides du noyau non échangeable. Dans le cas de zéolithes, le produit final d'un lessivage con tinué longtemps est un acide silicique com plexe qui possède bien des propriétés physi ques du corps échangeur de bases originel.
Dans la suite de la présente description, on désignera. pour simplifier, les corps échan geurs de bases et leurs dérivés tant par les sivage aux acides que par formation de corps semblables à des sels sous le terme généri que de produits "permutogénétiques".
Des constituants catalytiquement actifs peuvent se trouver dans la masse catalyti que employée sous quatre formes principales: la Ils peuvent avoir été mélangés physique ment avec les produits permutogénétiques ou imprégnés dans ceux-ci.
20 Ils peuvent avoir été incorporés physiquement, d'une façon homogène, dans les produits permutogénéti- clues, avant que ces derniers aient été com plètement formes, sous la forme de corps di luants catalytiquement actifs ou sous la forme de diluants qui ont été imprégnés de substances catalytiquement actives.<B>30</B> Il peuvent être combinés chimiquement dans les produits permutogénétiques sous une forme non échangeable,
c'est-à-dire qu'ils peuvent former une partie du noyau non échangeable du corps échangeur de bases présent dans la masse de contact finale, ou qui est trans formé en les dérivés: ou bien ils peuvent être combinés chimiquement avec les corps echangeurs (le bases .sous la forme d'anions catalytiquement actifs qui forment avec le corps échangeur de bases des corps ressem blant à des sels. 40 Ils peuvent être combi nés chimiquement sous une forme échangea- ble soit au cours de la formation du corps échangeur de bases, ou par échange de bases après formation.
Naturellement, les mêmes constituants catalytiquement actifs ou des constituants catalytiquement actifs diffé rents peuvent être présents sous plus d'une des formes sus-décrites et un avantage de l'invention est que des substances catalyti- quement actives peuvent être introduites sous une grande variété de formes, ce qui.
offre un large choix aux chimiste catalyste. offre un large choix au chimiste catarlyste. génétiques puissent varier largement dans leurs caractéristiques chimiques, ils possè- clent tous une structure physique similaire qui est caractérisée par une plus ou moins grande microporosité, et une grande Tésis- tance aux hautes températures et,
" dans le cas de corps échangeurs de bases contenant des constituants catalytiques et qui n'ont pas été lessivés aux acides au point d'enlever des constituants catalytiquement actifs, ceux-ci sont répartis dans toute la carcasse des pro duits en dispersion atomique ou moléculaire, comme ce sera, décrit plus en détail ci- dessous. et cette homogénéité chimique est un ales avantages les plus importants de cer taines des masses de contact utilisées dans le procédé de l'invention.
Bien que la combinaison de substances catalytiquement actives puisse être effectuée avec des produits permutogénétiques non di lués aussi bien qu'avec des produits permu- togënétiques dilués, on a trouvé que des mas ses de contact formées de produits permuto- génétiques âilués d'une façon homogène sont avantageuses,
en particulier quand les di luants sont d'une nature physique telle qu'ils exercent une influence désirée sur l'activité catalytique des masses de contact, comme lorsque, par exemple, les diluants sont ri ches en silice, que l'on a trouvé avoir un pouvoir aefivant, on lorsque les .diluants, en raison d'une grande porosité, d'une grande capillarité ou d'une grande énergie superfi cielle, peuvent être considérés comme des ca talyseurs ou activateurs physiques.
Les cois échangeurs de bases se com portent comme s'ils étaient des produits de poids moléculaire extrêmement élevé, car on peut introduire des constituants catalytique- ment actifs soit dans le noyau non échan- geable, soit sous la forme (le bases échan- geables en pratiquement toutes proportions désirées et la loi ordinaire de proportions de combinaison chimique.
qui dans des com posés de, faible poids moléculaire restreint les proportions dans lesquelles des consti tuants peuvent être incorporés chimique ment, semble être sans force, ce qui rend raisonnable de supposer que le poids molé culaire est si élevé qu'il masque complète ment \l'effet de la loi. Il est. bien entendu, possible que les corps échangeurs de bases. ou certains d'entre eux, puissent être des so lutions solides de plusieurs composés de poids moléculaire plus faible, ayant rapport les uns aux autres. Tl n'a pas été possible, jusqu'à. présent, de trancher définitivement.
cette question, car des corps échangeurs<B>de</B> bases ne sont pas faciles à analyser chimi quement quant à leur structure. L'invention n'est, naturellement, limitée à aucune théo rie: mais, quelles qu'en soient les raisons fondamentales, le fait que des constituants catalytiquement actifs peuvent être intro duits chimiquement en toutes proportions désirées est d'une importance énorme pour le chimiste catalytique et lui permet de pro cluirt un nombre presque illimité de catal \#- seurs ou masses (le contact finement et gra duellement;
dosés pour la réaction envisagée et dans tous les cas les masses de contact produites sont hautement efficaces, en rai son de la structure physique des produits permutogénétiques y contenus et des larges limites de dilution homogène de molécules ou atomes catalytiquement actifs. avec uni formité et douceur d'action résultantes.
En plus des caractéristiques importante dor7t les produits permutogénétiques dotent les masses de contact utilisées dans le pro cédé selon l'invention, on a trouvé qu'il est fréquemment désirable de régler l'action de ces masses de contact et cela peut se faire en associant aux produits permutogénéti- ques, ou en y incorporant, ou en y formant, des composés des métaux alcalins, des mé taux alcalino-terreux et des métaux terreux fortement basiques.
Ces composés semblent ralentir ou adoucir la réaction catalytique et on les désignera, dans tout ce mémoire sous 1o nom de régulateurs. Les régulateurs peuvent être non alcalins, faiblement alca lins ou fortement alcalins, selon la nature des constituants catalytiquement actifs dont il est fait usage.
Un grand avantage est que, dans la formation normale de corps échangeurs de bases, des oxydes de métaux formant des alcalis sont présents comme bases échangea bles et, qu'on en fasse usage sans traitement par des acides ou traités avec un acide, ils forment des régulateurs qui sont combinés dans, ou associés avec, les produits permuto- génétiques résultants dans un état de divi sion extrêmement fine dans lequel ces régu lateurs sont particulièrement actifs. Ainsi, des corps échangeurs de bases contenant des métaux alcalins peuvent être considérPs comme des régulateurs complexes.
En plus de l'usage de régulateurs, on a trouvé que l'on peut, dans bien des cas, aug menter l'action de ceux-ci et l'efficacité to tale des masses de contact en y associant, ou en combinant chimiquement dedans, des élé ments ou radicaux ou groupes qui sont ca- ialytiquement actifs, mais ne possèdent nulle activité catalytique spécifique pour la réac tion envisagée. De tels catalyseurs, ou cons- tituants catalytiques qui ne sont pas des catalyseurs spécifiques pour la réaction dans laquelle ors en fait usage, dans les conditions de réaction auxquelles on a affaire,
seront désignés dans tout ce mémoire sous le nom de corps catalyseurs auxiliaires, ou favorisa- teurs de régularisation, car ils semblent aug menter l'effet de dosage que peuvent accom plir des régulateurs. De tels catalyseurs auxiliaires peuvent être présents là. où il n'y a pas de régulateurs.
L'énorme gamine de groupes chimiques qui peuvent être combinés dans, ou avec des produits permutogénétiques ou être incopo- rés dans ceux-ci permet un large choix de corps catalyseurs auxiliaires aussi bien que de catalyseurs spécifiques et permet leur as sociation avec les masses de contact sous une forme extrêmement homogène et catalytique- ment efficace.
Ainsi, bien des corps échan geurs de bases ou leurs dérivés peuvent cons tituer en même temps des catalyseurs, régn- lateurs et catalyseurs auxiliaires complexes, car tous les éléments jouant ces différents rôles peuvent être présents dans le même composé chimique et participer aux avanta ges découlant de sa structure physique et de ses propriétés chimiques désirables.
Naturel lement, tant des corps régulateurs que des corps catalytiques auxiliaires peuvent être mélangés partiellement ou complètement avec des produits permutogénétiques et un seul corps régulateur ou un seul catalyseur auxiliaire peut être présent partie en mé lange physique et partie en combinaison chi mique, comme le comprendra clairement le chimiste échangeur de bases averti.
Les corps échangeurs de bases qui for ment les constituants importants dans 1 < r. masse de contact envisagée peuvent être pré parés de l'une quelconque des façons bien connues. Ainsi, par exemple, on peut pré parer des zéolithes à deux constituants par des procédés par voie humide dans lesquels les constituants métalla.tes ou les constituants sels métalliques, dont:
une partie ou la tota lité peut "être catalytiquement active, sont amenés à réagir avec des silicates solubles pour former des zéolithes des tvxres alumino silicates, ou silicates doubles d'aluminium;
ou bien les constituants peuvent être fondus, de préférence en présence de fondants. Il va sans dire que l'expressïon métallate renferme non seulement les solutions alcalines d'oxy des ou hydroxydes métalliques amphotères, mais aussi des sels, d'acides métalliques, de métaux alcalins, comme les oxacides de mé- taux des cinquième et sixième groupes qui, dans un au moins des stades d'oxydation, ne sont pas à proprement parler amphotères;
mais qui sont des produits capablçs de réa gir avec des silicates pour former des zéo lithes, ou avec d'autres constituants pour former des corps échangeurs de bases non siliceux. Dans tout le présent mémoire, on adhérera strictement à cette définition un peu plus générale des métallates. Dans la formation de zéolithes à deux constituants par voie humide, le produit de réaction fi nal doit être alcalin à l'égard du tournesol et, pour des produits d'un fort pouvoir échan geur de bases,
il doit être neutre ou alcalin à l'égard de la phénolphtaléine. Dans le but de produire des corps échangeurs de bases à utiliser dans la préparation de masses de con tact pour l'exécution du procédé selon la pré sente invention, il est parfois inutile de pré voir un fort pouvoir échangeur de bases et, pour bien des usages, des zéolithes formées dans des conditions d.'où résulte une réaction finale qui est acide à l'égard de la phénol- phtaléine, mais alcaline à l'égard du tournesol ont un avantage.
On ne sait pas exactement si les produits obtenus dans de telles con ditions sont des composés chimiques homo gènes, quoique de bien des façons ils se com portent comme s'ils en étaient. Il y a, ce pendant, raison de penser que, dans certains cas au moins, des mélanges de polysilicates échangeurs de bases et de polysilicates non échangeurs de bases peuvent être produits. Aux fins de la présente description, un pro duit sera considéré comme produit échan geur de bases s'il possède un pouvoir échan geur de bases si faible soit-il.
Il est désirable, pour bien des besoins et en particulier lorsque des zéolithes à deux constituants, à fort pouvoir échangeur de bases, sont nécessaires, d'ajouter les consti tuants relativement acides, par exemple les sels métalliques dans le cas de silicates du type silicate double d'aluminium, aux cons tituants relativement plus alcalins tels par exemple que des silicates solubles. Par ces moyens, on assure une alcalinité continue et cette façon d'opérer peut être considérée comme préférable dans la plupart des cas.
On peut préparer des zéolithes à consti tuants multiples par un quelconque des pro cédés précédents en faisant usage d'au moins trois types de constituants, c'est-à-dire d'au moins un métallate, au moins un sel métal lique et au moins un silicate soluble. Dans le cas de zéolithes à constituants multiples. comme dans le cas de zéolithes à deux cons tituants, on doit observer les conditions d'al calinité et, pour bien des usages, il est avan tageux d'ajouter les constituants relative ment acides aux constituants relativement al calins afin d'assurer une réaction alcaline continue. Les zéolithes à constituants mul tiples produites varient comme nature selon la proportion des différents constituants réac tifs.
Ainsi, là où les métallates et silicates prédominent sur les sels métalliques, les produits résultants ressemblent aux zéolithes à deux constituants du type silicate d'alu mine. Si les sels métalliques et les silicates prédominent sur les métallates, les produit, ressemblent aux zéolithes à deux constituants du type silicate double d'aluminium et, en fin, si les métallates et les sels métalliques prédominent sur les silicates, le produit ré sultant ressemble plus ou moins à des corps échangeurs de bases non siliceux.
II est clair qu'il n'y a pas de ligne de démarcation nette entre les trois types de zéolithes à consti tuants multiples et que l'un se fond dans l'autre à mesure que les proportions des dif férents- constituants varient. Un avantage des zéolithes à constituants multiples sur les zéolithes à deux constituants est que le choix de constituants cataly tiquement actifs est plus large, car certains éléments ou groupes catalytiquement actifs ne peuvent être incor porés que sous la forme de métallates et d'autres que sous la forme de sels métalli ques.
Dans une zéolithe à constituants mul tiples, on peut incorporer chaque groupe ca- talytiquement actif sous la forme dans la quelle il est le mieux utilisable.
Des corps échangeurs de bases non sili ceux peuvent être produits par les procédés généraux décrits ci-dessus; mais, au lieu de produire des réactions entre des silicates i#t d'autres constituants oxydes métalliques, on peut faire réagir deux ou plus de deux com posés oxymétalliques dont, en général, l'un au moins sera un métallate et un au moins un sel métallique; ou bien, dans certains cas, il est possible de produire une réaction entre deux métallates différents dans lesquels un des radicaux négatifs est plus acidique que l'autre.
Il est possible de produire des corps échangeurs de bases non siliceux, dans les quels plusieurs oxydes métalliques sont pré sents. Il est également' possible de produire des corps échangeurs de base non siliceux dans lesquels un seul métal est présent. Ainsi, par exemple, certains métaux peuvent être d'une nature suffisamment amphotère pour former tant des métallates que des sels métalliques qui sont capables de réagir les uns sur les autres pour produire des corps échangeurs de bases.
Un procédé spécial de production de corps échangeurs de bases non siliceux consiste à neutraliser graduellement des sels fortement alcalins des oxacides d'éléments métalliques des cinquième et sixième groupes, dans des stades d'oxydation dans lesquels ils sont suf fisamment amphotères. La neutralisation d'autres métallates fortement alcalins peut également effectuer une formation de corps échangeurs de bases non siliceux. Le procédé inverse, par lequel des sels non alcalins de métaux convenables sont traités graduelle ment par un alcali jusqu'à ce que la réaction soit suffisamment alcaline pour permettre la formation de corps échangeurs de bases, peut également être appliqué.
Bien des métaux ne sont capables d'en trer dans la formation d'échangeur de bases qu'à certains stades d'oxydation et il est par fois nécessaire d'introduire ces métaux dans un stade d'oxydation différent de celui dé siré dans le corps échangeur de bases final, le changement de stade d'oxydation étant de préférence effectué au cours de la formation du corps échangeur de bases: Certains au- tres éléments peuvent être incorporés sous la forme de composés complexes des types les plus variés, tels par exemple que des grou pes ammoniacaux, etc.
En plus des corps échangeurs de bases artificiels brièvement décrits ci-dessus, on peut faire usage de corps échangeurs de ba ses naturels comme la néphéline, la leucite, le feldspath, etc.
La masse de contact la plus avantageuse pour bien des réactions contient des corps échangeurs de bases dans lesquels des di luants sont incorporés de façon homogène dans les corps échangeurs de bases avant la formation de ces derniers ou, tout au moins, avant que le corps échangeur de bases ait fait prise après formation. On peut faire usage de bien des diluants tant inertes que régulateurs, activants, ou catalytiquement actifs.
On peut citer brièvement quelques diluants: hieselbuhrs de tous genres, en par ticulier la terre de cellite naturelle ou trai tée, poudres siliceuses de divers types, pou dres naturelle ou artificielle de roches, pier res, tufs, trass, lave et produits volcaniques similaires qui sont fréquemment très poreux, sable vert, glauconite ou son dérivé lavé à l'acide, le glaueosile, laine de scorie pulvé risée, ciments, sable, gel (le silice, poterie pulvérisée, terre à foulon, talc, poudre de verre, poudre de pierre ponce, amiante, gra phite, charbon activé, poudre de quartz,
di vers minéraux pulvérisés riches en quartz, poudres métalliques et poudres d'alliages mé talliques, sels d'acides oxymétalliques tels que tungstates, vanadates, chromates, urana tes, manganates, cérates, molybdates, etc. en particulier des sels de cuivre de ceux-ci, sili cates tels que silicate de cuivre, silicate de fer, silicate de nickel, silicate de cobalt, sili cate d'aluminium, silicate de titane, miné raux ou minerais, spécialement ceux miches en cuivre, etc.
Des diluants finement divisés ont un grand avantage, spécialement lorsque la grosseur moyenne des particules est infé rieure à FO microns, auquel cas les diluant possèdent une forte énergie superficielle qui augmente la capacité d'adsorption et d'ab- sGrption de la masse de contact, la vitesse de diffusion et la. porosité.
On peut considz- rer ces diluants finement divisés comme des catalyseurs ou activateurs physiques.<B>Oïl</B> peut également diviser finement des corps permutogénétiques dilués et les utiliser comme une partie ou la totalité des diluants d'autres corps échangeurs de bases.
Les neuf procédés suivants sont les plus efficaces pour l'introduction de diluants; mais on peut faire usage de tous autres pro cédés convenables: 10 On peut mélanger les diluants avec un ou plusieurs constituants liquides des corps échangeurs de bases à former, lorsqu'on pré pare ces derniers par voie humide.
20 On peut précipiter des constituants, soit catalytiquement actifs ou autres, dans des corps diluants, ou en imprégner ceux-ci, que l'on incorpore ensuite dans les corps échangeurs de bases par tous procédés d'in corporation convenables.
3() On peut mélanger les diluants avec des corps échangeurs de bases, lorsque ces derniers sont encore sous la forme de gelées, par pétrissage ou brassage, auquel cas la gelée échangeuse de bases se comporte comme un adhésif. L'homogénéité et l'uniformité de la distribution des diluants ne sont, naturel lement, pas tout à fait aussi grandes par ce procédé que par le procédé 1; mais, pour bien clés réductions catalytiques impliquant des composés organiques azotés, une extrême uniformité n'est pas essentielle.
do On peut former des diluants au cours de la formation de corps échangeurs de ba ses en mélangeant des composés convenables avec les constituants des corps échangeurs de bases de façon que les particules de di luant soient précipitées durant la formation. On peut ajouter des colloïdes protecteurs pour empêcher une coagulation des particu les de diluant avant que les corps échan geurs de bases aient fait prise suffisamment.
<B>50</B> On peut ajouter des composés qui réa gissent avec certains des constituants for- tuant les corps échangeurs de bases pour produire des diluants; on peut, par exemple, ajouter des sels des acides de métaux des cüi- quième et sixième groupes en excès suffisant pour qu'ils réagissent avec des constituants du corps échangeur de bases pour former des diluants insolubles, par exemple avec des oxydes de métaux lourds.
60 On peut imprégner des corps échan geurs de bases préformés, dilués ou non di lués, artificiels ou naturels, de solutions vé ritables ou colloïdales de constituants cata- lytiquement efficaces, puis les sécher.
70 On peut imprégner un corps échan geur de bases préformé, dilué ou non dilué, de plusieurs solutions qui y réagissent pour précipiter tous diluants désirés.
80 On peut ajouter des composés diluants solubles aux constituants formant un corps échangeur de bases qui, après formation, re tient les composés en solution et que l'on sèche sans lavage, ou que l'on traite pour précipiter les composés.
<B>90</B> On peut imprégner des corps échan geurs de bases, naturels ou artificiels, dilués ou non dilués, ou leurs dérivés, de solutions des composés désirés que l'on précipite en suite au moyen de gaz réactifs.
Le noyau, ou portion non échangeable, des molécules des corps échangeurs de bases est ordinairement considéré comme consistant en deux types d'oxydes, à savoir: clés oxydes métalliques relativement basiques, habituel lement amphotères, et des oxydes relative ment acides tels que SiO2, certains oxydes métalliques amphotères et certains oxydes métalliques qui ont un caractère distincte ment acide.
Le no@,=au se comporte comme un anion simple: il @ est avantageux clé con sidérer les deux portions du noyau comme les portions basique et acide, en ne perdant naturellement pas de vue que le noyau se comporte comme un groupe simple. Les com posés métalliques qui sont capables de for mer la portion basique du noyau sont ceux des métaux suivants: cuivre, argent, or, bis muth, béryllium, zinc, cadmium, bore, alu- minium, certaines terres rares, titane, zirco nium, étain, plomb, thorium, niobium, anti moine, tantale, chrome, molybdène, tungs tène, uranium, vanadium, manganèse, fer, nickel, cobalt, platine, palladium.
On peut introduire des composés de ces éléments, in dividuellement ou en mélange, en toutes pro portions désirées et ces composés peuvent être sous la forme d'ions simples ou com plexes. Il va sans dire que certains des élé ments, à certains stades d'oxydation, peuvent être introduits soit comme métallates ou comme sels métalliques. D'autres ne peu vent être introduits que sous l'une des for mes et d'autres encore peuvent être intro duits dans un stade d'oxydation autre que celui désiré dans le corps échangeur de .bases final, ou sous la forme de composés com plexes. Parmi les ionogènes complexes se trouvent l'ammoniaque, l'acide cyanhydri que, l'acide oxalique, l'acide formique, l'a cide tartrique, l'acide citrique, la glycé rine, etc.
Bien des métaux sont des catalyseurs spécifiques; d'autres sont des régularisateurs et d'autres encore des favorisateurs pour l'effet de ces derniers. Naturellement, l'état d'un élément comme catalyseur ou favorisa- teur de régularisation variera avec la réac tion de réduction particulière pour laquelle la masse de contact finale doit être utilisée,
et le choix de catalyseurs et de favorisateurs de régularisation ainsi que les proportions seront déterminés par la réduction catalyti que particulière du composé organique nitr o- géné particulier pour lequel la masse de con tact doit être appliquée.
Des exemples de constituants formant la portion relativement acide du noyau échan- P <B>(Y</B> Ur de bases sont les silicates de métaux alcalins, qui sont solubles dans un alcali, et les sels de métaux alcalins d'acides tels que ceux de bore, de phosphore, d'azote, d'étain, de titane, de vanadium, de tungstène, de chrome, de niobium, de tantale, d'uranium, d'antimoine, de manganèse, etc.
Les bases échangeables des corps échan geurs de bases peuvent être substituées par échange de bases e1; les éléments que l'on peut introduire isolément ou en mélange, par échange de bases, sont les suivants: cui vre, argent, or, ammoniaque, béryllium, cal cium, manganèse, césium, potassium, sodium, zinc, strontium, cadmium, baryum, plomb, aluminium, scandium, titane, zirconium. étain, antimoine, thorium, vanadium, lithium, rubidium, thallium, bismuth, chrome, ura nium, manganèse, fer, cobalt, nickel, ruthé nium, palladium, platine et cérium.
Selon les cas, les bases échangeables in troduites peuvent être des catalyseurs spéci fiques; elles peuvent être des régulateurs, ou elles peuvent être des favorisateurs pour ceux-ci. On peut les introduire comme ions simples ou comme ions complexes et elles peuvent augmenter l'activité catalytique de la masse de contact finale, améliorer sa structure physique ou produire ces deux effets.
Comme cela a été décrit ci-dessus, on peut faire réagir des corps échangeurs de bases avec des composés contenant des radi caux acides capables de former avec eux des corps ressemblant à des sels. Les radicaux peuvent être présents sous la forme de radi caux acides simples, de .radicaux polyacides, ou de radicaux acides complexes et com prennent des radicaux contenant les éléments suivants: chrome, vanadium, tungstène, ura nium, molybdène, manganèse, tantale, nio bium, antimoine, sélénium, tellure, phos phore, bismuth, étain, chlore, platine, bore. Parmi les radicaux complexes se trouvent les ferro- et ferricyanogène, certains groupe ammoniacaux, etc.
On peut faire varier la quantité de radicaux acides amenée à s'unir avec les corps échangeurs de bases pour for mer des corps ressemblant à des sels de fa çon que les produits finaux puissent possé der le caractère de sels acides, neutres ou basiques.
Les corps échangeurs de bases dilués ou non dilués peuvent être traités par des aci des tels que les acides minéraux, par exem ple: les acides sulfurique, chlorhydrique ou azotique à 2-10%, pour enlever une partie ou la totalité des bases échangeables, ou éga lement une partie ou la totalité de la por tion basique du noyau.
Dans le cas de zéolithes, le lessivage par tiel à l'acide, qui laisse une partie ou la to talité de la portion basique du noyau, ou même une partie des bases échangeables, n'affecte pas la fonction des zéolithes comme catalyseurs lorsqu'elles contiennent des élé ments catalytiquement actifs dans la portion basique du noyau, ou dans certains cas même des bases échangeables.
Des corps échangeurs de bases non sili ceux, qu'ils soient partiellement ou complète ment lessivés, peuvent contenir des consti- tuants eatalytiquement actifs, et bien des catalyseurs importants pour l'hydrogénation de composés organiques nitrogénés sont ainsi obtenus. C'est particulièrement le cas pour des. réactions où une masse de contact rela tivement exempte d'alcali est nécessaire pour l'obtention des meilleurs résultats et où la teneur alcaline d'une masse de contact con tenant un corps échangeur de bases peut être trop forte pour des résultats excellents.
Des corps échangeurs de bases, dilués ou non dilués, peuvent également être appli qués, sous forme de pellicules, sur des gra nules porteurs massifs, ou bien ces granules peuvent en être imprégnées. Ces porteurs massifs peuvent être inertes, activants ou être eux-mêmes des catalyseurs. Par exem ple, certains alliages métalliques, certains minéraux et spécialement des minéraux cu- prifères, rentrent dans cette classe.
Des gra nules d'alliage d'aluminium ou de cuivre jouent un rôle supplémentaire avantageux en ce sens que leur conductibilité thermique re lativement élevée tend à empêcher une sur chauffe locale dans des réductions fortement exothermiques de composés organiques nitro- génés, ce qui a une importance considérable pour l'obtention de bons rendements.
La masse de contact envisagée peut être utilisée pour tous les types 'de réduction, en phase liquide et en phase vapeur, de com posés organiques nitrogénés. Elles sont par- ticulièrement convenables pour la réduction de composés aromatiques nitrés.
Parmi lcq réactions spécifiques, on peut citer comme quelques exemples: la réduction des composés aromatiques nitrés dans les composés azoxy- azohydrazo- et amino, ainsi que l'hydrogéna- tion de composés amine produits. lest ainsi, par exemple, que l'on peut, dans dos condi tions de réaction convenables, réduire de 1=i nitrobenzine en azoxvbenzine,
rizobenzine, hydrazobenzine on aniline et amines hydro génées comme la, cyclohexylarniale. la di- évclohexvlamine et la cyclohexvlaniline. -De- composés aromatiques nitrés substitués peu vent être réduits de façon similaire. Des exemples de produits de ce genre sont. les nitrotoluols, les nitroxylols. les nitrobenzol substitués, etc.
D'autres composés aromati ques nitrés importants sont l'a-nitronaphta- line que l'on peut réduire facilement, au moyen de la présente invention, en a-naph- tylamine.
Des composés aliphatiques nitrés peu vent également être réduits en amine, cor respondantes. C'est ainsi, par exemple, que des nitrites alkylés peuvent être réduits en amines correspondantes et que l'on peut ré duire du nitrométhane en méthvlaminc.
On peut encore réaliser par exemple l'hy drogénation clé pyridine en pipPridine, de pyrrol en pyrrolidine, de quinolinc en tétra- hydroquinoline. Certains composés azotés peuvent contenir tant des groupes nitrés quo de l'azote sous une forme différente et peu vent être convenablement réduits ou hy dro- génés par des masses de contact de la pré sente invention. Ainsi, par exemple, la :
3- nitropyridine peut être réduite en 3-amino- pyridi ne, etc.
Les réactions, particulièrement clans la phase vapeur, peuvent être effectuées avec des gaz réducteurs comme l'hydrogéne, des gaz contenant de l'hydrogène. tels que le gaz à l'eau, à l'oxyde de carbone avec oii sans vapeur, ete. Dans le cas de gaz z l'eau et d'oxyde de carbone, le<B>CO</B> est partiellement oxydé en CO2. I1 est désirable de maintenir la oxydé dans des réactions en phase vapeur, suffisamment élevée pour que les composés nitrogénés ne se condensent pas et le large choix de catalyseurs finement dosés que donne l'invention a une grande impor tance pour la,
réduction de composés organi ques nitrogénés qui, à cause de -leur haute température de vaporisation, doivent être ré duits dans des conditions de réaction relati vement uniformes parce que l'on sait parfai tement que de hautes températures tendent à renverser l'équilibre de réaction. La réac tion peut se faire à la pression atmosphéri que ou à. une pression supérieure ou infé rieure à celle-ci. On fait de préférence usage rte pressions supérieures à. la pression atmos phérique en présence de vapeur.
La réduction en phase vapeur de com posés nitrés en amines correspondantes s'ef fectue de préférence à des températures com prises entre<B>180</B> et 2j50 C; mais par le choix d'un catalyseur convenable et. lors qu'on fait usage d'un fort excès d'hydrogène, les réactions peuvent également être effec tuées à des températures beaucoup plus éle vées, 300--350 C, par exemple.
Dans bien des cas, avec les masses de contact envisa gées, on peut obtenir des rendements de 98 du rendement théorique, et même meilleur encore, et la pureté des produits de réaction est extrêmement élevée dans la plupart des -cas. Certaines masses de contact supportent très effectivement une haute température et possèdent une haute résistance à une recris- tallisation et à une détérioration et la longé vité des masses de contact est très longue, ce qui est un caractère important dans des pro cédés de réduction.
Dans certains cas, en particulier avec des masses de contact forte ment diluées, la résistance mécanique peut manquer quelque peu et, dans des cas de ce genre, il peut être bon de laver la masse de contact, après séchage, avec un silicate solu ble pour effectuer une silicification superfi cielle.
Bien des réactions peuvent être effectuées par un seul passage sur la masse de contact; mais d'autres réactions s'effectuent de préfé rence dans un procédé circulatoire dans Ie- quel les ;gaz sont continuellement remis en circulation. avec des.- moyens convenables pour enlever les produits de réaction. Dans des procédés circulatoires de ce genre, on peut faire usage de très forts excès d'hydrogène et ceux-ci sont favorables. L'excès d'hy drogènc peut, dans bien des cas, s'élever à dix fois, ou davantage, la quantité théorique nécessaire.
Bien que l'on puisse préparer une énorme variété de masses de contact contenant la plupart des divers catalyseurs, les masses de contact les plus efficaces pour bien des réac tions, en particulier la réduction des compo sés aromatiques nitrés en amines correspon dantes, sont celles qui contiennent un ou plu sieurs des éléments cuivre, étain, argent, nickel, fer, cobalt, ou zinc. Ces masses de contact sont spécialement efficaces lorsqu'el les contiennent des favorisateurs de régulari sation tels que des catalyseurs de déshydro- génation, des catalyseurs décomposant l'eau ou des catalyseurs d'oxydation.
180-250 C est une température conve nable pour la réduction de composés aroma tiques nitrés sans hydrogénation du noyau aromatique, spécialement lorsqu'on fait usage de masses de contact très efficaces qui con tiennent de l'argent, du cuivre ou de l'étain comme les constituants catalytiques princi paux de réduction. Dans certains cas, on peut faire usage (le températures plus élevc,es, jus qu'à environ 3s0 C, spécialement quand on fait usage d'un fort excès de gaz réducteurs.
On peut, de cette façon, obtenir un excellent rendement en aniline très pure en partant de nitrobenzine, les produits contenant seule ment des traces d'azobenzine qu'on peut fa cilement séparer de l'aniline par distillation. Dans des conditions similaires, on peut égale ment convertir des nitrotolu.ols en toluidine,#. avec de bons rendements, à 250-350 C, le produit étant d'une excellente pureté.
On peut également réduire facilement des com posés nitrés substitués halohènés avec le même type de masses de contact, aussi bien que des composés polynitrés comme les di- nitrobenzines, les dinitrotoluols, les dinitro- phénols, etc. Lorsque les masses de contact contiennent du fer, du nickel, ou du cobalt comme principaux constituants catalytiques de réduction efficaces, on doit effectuer les réductions à une température un peu plus basse pour empêcher la formation d'une grande quantité de sous-produits.
Avantageusement, les masses de contact envisagées sont soumises à un traitement pré liminaire avec des gaz réducteurs afin d'aug menter leur réactivité pour la réduction de composés organiques nitrogénés. Ce traite ment préliminaire et les réductions catalyti ques elles-mêmes produisent des changements chimiques secondaires clans la composition des masses de contact, en particulier à la sur face, bien qu'habituellement la structure physique avantageuse semble rester inaffec- tée. Pour cette raison,
il sera question des masses de contact comme du moment où elles sont fraîchement préparées, comme c'est l'ha bitude dans la. nomenclature chimique cata lytique. Un avantage des masses de contact de l'invention est que, dans bien des cas, il est possible d'avoir une charge beaucoup phis forte par volume de masse de contact que dans le cas de masses de contact dont on a fait usage jusqu'ici.
La charge normale est d'environ 50 à 80 parties en poids par 1000 partie., correspondantes en volume, par jour; mais, avec bien des compositions de masses de contact de la présente invention, y com pris certaines décrites clans les exemples spé cifiques qui vont suivre, on peut faire usage d'une surcharge allant jusqu'à<B>50%</B> et da vantage sans affecter la pureté des produits ci; sans diminuer sérieusement la longévité des masses de contact.
Ces importantes aug mentations d'efficacité peuvent être obtenues avec une facilité particulière dans des con vertisseurs qui ne permettent pas une accu mulation de chaleur, à un degré appréciable quelconque, dans les couches de contact. Des exemples de convertisseurs de ce genre sont ceux du type à échange automatique de chaleur.
Lorsqu'on fait usage de convertisseurs avec contrôle de température effectif, concur remment avec une remise en circulation, le flux de gaz réducteurs peut être maintenu à un chiffre très modéré. Ainsi, par exemple, dans bien des cas, une circulation de 1. à 3 fois par la masse de contact à l'heure est tout à fait suffisante. Cependant, lorsqu'on augmente les charges, on doit régler conve nablement le flux pour empêcher des accumu lations de chaleur qui pourraient renverser l'action des catalyseurs.
Lorsque les masses de contact envisagée montrent finalement une détérioration en rai son d'une altération due à la présence de pro duits nuisibles dans les composés organiques azotés ou dans les gaz réducteurs employés. on peut les régénérer directement dans les convertisseurs en les traitant avec des gaz contenant de l'oxygène en augmentant tout d'abord graduellement ces derniers, la tem- 17érahïre étant maintenue à 250-450 C. Après une oxydation uniforme de la masse de contact, on peut la réduire avec des gaz réducteurs à 220-320' C.
De la réduction de bien des composés or ganiques azotés, et en particulier de la réduc tion de composés aromatiques nitrés, peuvent résulter des produits contaminés par certains sous-produits qui diminuent leur valeur. On peut éviter dans une large mesure la produc tion de sous-produits en faisant usage d'iin rapport très élevé de gaz réducteur au com posé réduit. Ainsi, ce rapport peut être d'en viron 10 : 1, bien que, naturellement, des rap ports plus élevés ou plus faibles soient avarc- tageux. Pour toutes réactions sensibles, spé cialement lorsque la masse de contact dont.
on fait usage est très active, des rapports s'élevant jusqu'à 1 partie de composé pour 30 à 50 parties de gaz réducteurs peuvent être désirables, en particulier dans des pro cédés circulatoires.
Quoique bien des masses de contact en visagées aient une importance particulière pour des hydrogénations en phase vapeur de composés organiques nitrogénés avec ou sans pression, beaucoup de ces masses sont forte ment actives dans une réduction en phase li quide, avec ou sans pression, ou dans des ré- ductions qui s'effectuent en suspension. Les exemples suivants servent à illustrer le pro cédé selon l'invention et donnent en même temps des modes avantageux pour la fabrica tion d'un certain nombre de masses de con tact typiques.
Exemple <I>1:</I> On dilue avec 4 à 6 volumes d'eau 910 à 340 parties de SiO2 sous la forme d'une so lution commerciale de verre soluble à base de sodium et on ajoute avec précaution de l'am moniaque jusqu'à ce que la nébulosité qui se forme tout d'abord disparaisse. On fait dis soudre 996 à 300 parties de nitrate de cuivre, avec 6 molécules d'eau, dans suffisamment d'eau pour produire une solution à<B>10%</B> et on ajoute assez d'ammoniaque concentrée pour que le précipité qui se forme d'abord se re- dissolve en. donnant une solution bleu foncé.
On verse ensuite la solution bleue dans la solution de verre soluble, on agite et on chauffe à 60-80 C. Le mélange en réac tion se solidifie bientôt en une gelée qui, si l'on continue à agiter, se transforme en î ag grégats granulaires. Le précipité, qui est d'un bleu clair, est pressé, séché et brisé en fragments de couleur bleu verdâtre et possé dant une cassure conchoïdale.
Lors 'd'un trai tement avec de l'eau chaude, les framnients se brisent en petits granules qui possèdent des propriétés échangeuses de bases et cons- tituent une zéolithe de sodium et de cuivre, ou une zéolithe de sodium, d'ammonium et de cuivre dans laquelle le cuivre est présent sous une forme non échangeable et ne peut être facilement dissous par l'ammoniaque.
On traite, de préférence à 250-320 C, les granules avec des gaz contenant de l'hy drogène et le catalyseur réduit ainsi obtenu donne d'excellents résultats dans la réduction de composés aromatiques nitrés. Ainsi, par exemple, la nitrobenzine est facilement ré duite en aniline, en faisant usage d'hydro gène, ou de gaz à l'eau épuré, à des tempéra tures entre 180 et 240 C. On met de préfé rence le procédé en pratique comme un pro cédé circulatoire et l'on peut faire usage de charges plus fortes que la charge normale, puisque le catalyseur est très concentré.
La charge normale est d'envi ron 50 à. 80 parties en poids de ni- trobenzine par 1000 volumes de masse de contact par jour; mais on peut surcharger le catalyseur clé 40 à 6017o sans affecter con sidérablement la pureté du produit et sans écourter sérieusement. la longévité effective de la masse de contact.
Lorsqu'on surcharge la masse de contact, le pourcentage de gaz réducteurs sera de préférence plus élevé que la normale, 20 à 40 fois la. quantité théori- quement nécessaire d'hydrogène, ou des quan tités correspondantes d'autres gaz rédueteurs sont très favorables et la vitesse du ,-,-,).z doit être telle crue 1î- volume de contact est renou velé de 6 à 8 foi.
Î), l'heure afin d'éviter une accumulation (le chaleur clans une partie quelconque de la inasçe de contact. On ob tient les meilleurs résultats en faisant usage de types de convertisseurs particuliers, par exemple de ceux pourvus de dispositifs échangeurs de chaleur automatiques noyés dans la ni1-;sse de contact, qui ne permettent pas d'accdtmulation de chaleur.
On peut introduire des diluants dans la, masse clé contact au cours de la formation sans aucune rAduction de son efficacité ni (le sa capacité. Des exemples de tels diluants sont le hieselguhr, la. poudre de pierre ponce, la poudre de charbon de bois, la pyroliisite finement divisée, les poudres de zéolithes na turelles ou artificielles, diluées ou non di luées, les poudres de roches, tufs, trass d'ori gine volcanique, le sable vert, le glaucosile, qui est le résidu lavé à l'acide de sable vert, le gel de silice, la. poterie pulvérisée et des corps similaires.
On peut brasser ces diluants dans la solution ile verre soluble ou la solu tion de nitrate de cuprammonium; ou, si on le désire, on peut les incorporer dans les so lutions mélan(.yées .ou durant la formation du corps ér.ha.ngeur de bases. Un autre mode d'introduction consiste à pétrir les diluants dans la gelée échangeuse de bases après que cette dernière a été formée.
On peut régler ou doser la masse clé con tact, comme décrit- ci-dessus, par introdue- Lion de composés d'aluminium, de thorium et de titane. Ces composés peuvent être intro duits par échange de bases, remplaçant une partie du sodium, - et on peut les introduire isolément ou en mélange. Ainsi, par exemple, la zéolithe au cuivre, diluée ou non diluée, peut être traitée avec une solution à 5 à 10 <B>(</B>le nitrate de thorium qu'on laisse ruisseler sur la zéolithe pendant que cette dernière est sur un filtre.
Des zéolithes au cuivre, dosées avec des régulateurs comme décrit ci-dessus, lorsqu'on en fait usage dans les conditions de réaction ci-dessus, donnent une aniline très pure, en tre 98 et<B>99%</B> de pureté, et contenant seule ment comme impureté des traces d'azoben- 2ine. On peut facilement enlever cette der nière par une seule distillation. Lorsqu'on. fait usage d'un procédé circulatoire, les ren dements pc-uvent être considérés en fait théo riques.
Exemple <I>2:</I> On prépare les quatre solutions suivantes: 1o On mélange 75 à 80 parties de SiO2, sous la forme d'une solution ammoniacale de verre soluble d'une force double de la nor male, avec suffisamment de pierre ponce pul vérisée pour former une pâte peu épaisse.
20 On obtient 15 parties de Al20g, sous la forme d'un hydroxyde contenant 3 molé cules d'eau, par la précipitation d'une quan- tïté correspondante d'une solution de nitrate d'aluminium avec de l'ammoniaque et disso lution de l'hydrate dans une solution d'hy droxyde de sodium, d'une force double de la normale, pour former- de l'aluminate de so dium.
3o On fait dissoudre 60 parties de nitrate de cuivre contenant 6 molécules d'eau, ou une quantité correspondante de solutions d'autres composés de cuivre, dans une solution d'am moniaque à<B>10%</B> pour former une solution aqueuse du composé cuprammonium. 40 On précipite 3 à 4 parties de VZO;
fraîchement Z)réparé- par la réduction, au moyen@-de gaz contenant SO -, d'une quantité correspondante de V20' en suspension dans de l'eau acidulée, à la température d'ébulli tion, on lave et on fait dissoudre dans une solution de KOH d'une force décuple de la normale pour former le vanadite de potas sium correspondant. On peut substituer au vanadite une quantité équivalente de cliro- mite de potassium; ou bien on peut faire usage d'un mélange des deux.
'On verse les solutions 2 et 4 dans la sus pension 1, et l'on chauffe le mélange à 60-70 C, en agitant vigoureusement, après quoi on introduit, en un mine courant. la solution 3. Le produit de réaction se prend bientôt en une gelée vert-bleu et on peut aug menter le rendement en ajoutant avec précau tion de ? à 3 c' d'acide chlorhydrique. On verse le précipité gélatineux. on le sèche an- dessous de 100 C, puis on l'hydrate en fai sant ruisseler de l'eau dessus.
Le corps ob tenu possède de bons pouvoirs échangeurs d,? bases et on peut en faire usage pour la réduc tion catalytique de composés organiques n il- très. Ainsi, on peut faire passer les vapeurs contenant de la 3-nitropyridine, mélangée.. avec un gaz d'hydrogène, sur la masse de contact préalablement traitée avec des gai contenant de l'hydrogène fi 220-230 C. La température de réaction doit être d'environ 200-250 C et on obtient de bons rende ments en 3-aminopyridine de grande puret(,. Le produit est cristallin et possède un point de fusion d'environ 63 C.
<I>Exemple 3:</I> 1o On imprègne de 22 parties de Cn0 fraîchement précipité 60 à 80 parties de dc- bris de briques de cellite. L'imprégnation peut être effectuée avantageusement en im prégnant les débris de briques de cellite avec -une solution de nitrate de cuivre à 10 %, puis en précipitant l'oxyde avec une solution d'hy droxyde de sodium d'une force double de 1 < r normale, en agitant vigoureusement. On fil tre le tout et on le lave jusqu'à ce qu'il soit débarrassé -d'alcali.
<B>90</B> On fait dissoudre 7,75 parties de WO' dang."une solution d'hydroxyde de .sodium d'une force double de la normale pour former du tungstate de sodium.
<B>30</B> On fait dissoudre 3,4 parties de A1=0'\, sous la forme d'hydrate d'aluminium fraîche ment précipité, dans une solution normale d'hydrate de sodium pour former de l'alumi nate de sodium. On verse ensuite ensemble les solutions d'aluminate et de tungstate, en agitant vigoureusement, puis on ajoute le di luant imprégné d'oxyde de cuivre.
Après mé lange intime, on précipite le corps échangeur de bases dilué qui se forme par l'addition ,l'une solution normale d'acide azotique que l'on ajoute graduellement en prenant soin que le produit de réaction final soit alcalin ou neutre à l'égard de la phénolphtaléine. On dé barrasse le mélange de réaction de la liqueur mère par aspiration, on le lave avec environ 200 parties d'eau, puis on le sèche à des tem pératures de préférence inférieures à 100 C.
On casse le précipité, séché, en petits frag ments convenant pour le remplissage d'un convertisseur avec éléments échangeurs de chaleur automatiques, comme il en a été question dans l'exemple l., puis on le réduit soigneusement dans un courant de gaz conte nant de l'hydrogène, à 250-300 C. La masse de .contact ainsi obtenue convient bien pour la réduction catalytique de composés aromatiques nitrés.
Ainsi, par exemple, des vapeurs de nitrotoluols ou de nitroxylols, lorsqu'on les fait passer sur la masse de con tact avec un fort excès de gaz réducteurs, comme l'hydrogène, dans un procédé circula toire, à 200-250 C, sont réduites en les toluidines et xylidines correspondantes. De préférence, la quantité d'hydrogène doit être environ dix fois la quantité théorique néces saire pour effectuer la réduction (lu groupe nitré.
Le constituant catalytiquement effi cace est introduit sous la forme du diluant et il résulte de la combinaison une massé de contact bien dosée; pour ces usages particu liers. On peut substituer à l'oxyde de cuivre incrusté de l'oxyde d'étain ou de l'oxyde d'ar gent, ou faire usage d'un mélange de deux ou trois de ces constituants. On peut, dans certains cas, ajouter de petites quantités d'oxydes de cobalt et de nickel comme di luants.
Le corps échangeur de bases non siliceux peut contenir d'autres constituants tels que V20", V20', Mo03, et on peut substituer, en partie ou en totalité, au constituant contenant de l'alumipium d'autres oxydes métalliques amphotères comme les oxydes de cadmium et de zinc. Les masses de contact produites sont également très efficaces.
<I>Exemple</I> t: On prépare comme il suit un corps échan geur de bases à l'étain ou au cuivre, conte nant de l'étain ou du cuivre sous une forme non échangeable: On dilue avec -1 à 5 fois leur poids d'eau 40 à 50 parties de<B>S10\</B> sous la forme d'une solution commerciale de verre soluble. On précipite, avec une solution d'ammoniaque à 20%, 75 parties de nitrate d'aluminium contenant 9 molécules d'eau et on transforme l'hydrate d'aluminium résul tant en aluminate de sodium correspondant au moyen d'une solution d'hydrate de sodium d'une force double de la normale.
On incor pore dans la solution de verre soluble 50 par ties de poudre de pierre ponce, puis on ajoute l'aluminate. On prépare une solution à 20;; de SnCl2 contenant, 2 molécules d'eau et on l'ajoute au mélange aluminate-verre soluble jusqu'à ce que la réaction soit légèrement al caline à l'égard de la phénolphtaléine. Ii se forme une gelée que l'on filtre et qu'on lave. On peut remplacer la solution de SnCl\ par une quantité correspondante d'une solution de nitrate de cuivre à 20 Jo .
Le produit. obtenu est ce qu'on appelle une zéolithe à trois constituants qui contient, sous une forme non échangeable, de l'alumi nium et de l'étain, ou de l'aluminium et du cuivre, et constitue une excellente masse de contact pour la réduction catalytique de com posés aromatiques nitrés en amines corres pondantes.
On peut améliorer encore l'effi cacité de la masse de contact par aspiration et lavage jusqu'à ce que l'eau de lavage ne donne rien à l'essai au chlore, puis en incor- horant dedans le corps échangeur de bases non siliceux suivant comme diluant: On fait dissoudre 10,2 parties de A120', sous la forme d'hydrate d'aluminium fraî chement précipité, dans une solution con tenant 40 parties de KOH à 100% dans 200 parties d'eau.
On incorpore à cette solution le corps zéolithique décrit ci-dessus, puis on ajoute au mélange d'aluminates, en ,agitant vigoureusement, une solution aqueuse à 10 contenant 44,4 parties de sulfate d'aluminium avec 18 molécules d'eau. On peut remplacer, si on le désire, le sulfate d'aluminium par une quantité correspondante de sulfate de titane, de nitrate de zirconium, de nitrate de zinc, de nitrate de thorium, de nitrate de nickel ou d'un mélange de ceux-ci.
Le pro duit de réaction obtenu est un corps échan geur de bases d'aluminium non siliceux qui n'est pas un catalyseur spécifique pour 1a réaction de réduction, mais est dilué avec une zéolithe à trois constituants, catalytique- ment active, et forme une masse de contact bien dosée pour la réduction catalytique de composés aromatiques nitrés, comme celles de izitrobenzine en aniline, de chloronitrobenzine en chloraniline, cl'a-nitronaphtaline en naph- tylamine, etc.
On sépare par aspiration le produit de réaction, on le presse et on le lave bien com plètement à l'eau; on le sèche, puis on le casse en morceaux qu'on peut traiter avec une solution à 2-6% de nitrate de .cuivre pour remplacer en partie l'alcali dans la partie échangeable du corps échangeur de bases. Le nitrate de cobalt, le nitrate de fer, le nitrath de nickel, seuls ou en mélange, peuvent rem placer en partie ou complètement le nitrate de cuivre.
Les produits peuvent également être traités avec. des sels des acides .oxymé- talliques des cinquième et sixième groupes du système périodique, comme les acides de va nadium, de tungstène, de molybdène, de tan tale, de chrome ou d'uranium. On peut, par exemple, faire usage d'une solution de vana- date d'ammonium à 1 o et, dans tous les cas, après que les constituants solubles ont été en- levés par lavage, ce qu'on appelle un corps ressemblant .à un sel est formé.
Dans les masses de contact décrites dans cet exemple, le corps échangeur de bases, non siliceux, à l'aluminium peut être considéré . comme un régulateur complexe pour le cata lyseur. L'action du régulateur peut être en core dosée davantage par l'addition de favo- risateurs de régularisation, tels que les sili cates des métaux lourds comme le cuivre, !c titane, le manganèse, le zirconium, le cérium, le thorium, et des métaux légers comme le béryllium, le calcium, le magnésium et le baryum. Un ou plusieurs des silicates sus mentionnés peuvent être ajoutés et ils peu vent être avantageusement formés sur place.
On peut aussi substituer à une partie ou à la totalité du constituant sel métallique du corps échangeur de bases des quantités cor respondantes d'une solution<B>à</B> 5-1011o de ni trate de béryllium, de nitrate de zirconium, de nitrate de thorium ou de nitrate d'alumi nium. On peut également augmenter l'effi cacité catalytique de la masse par l'introduc tion d'éléments catalytiquement efficaces. par échange de bases, en faisant usage, par exemple, de solution à à-10% de nitrate de cuivre, nitrate d'argent, chlorure d'étain, ni trate de nickel, nitrate de fer, etc., isolément ou en mélange.
Au lieu d'incruster le corps échangeur de bases cataiytiquement actif dans un corps échangeur de bases, non siliceux, catalytique- ment inactif, on peut l'incruster dans des po- lysilicates échangeurs de bases, dilués ou non dilués, bien connus, ou dans des polysilicates neutres naturels ou des polysilicates neutres artificiels. Des polysilicates, ou zéolithes, échangeurs de bases à.
deux ou à trois consti tuants, à l'aluminium, au cadmium, au ti tane, au zirconium, à l'argent, au cuivre et au nickel conviennent bien pour cet usage. Dans le cas de produits contenant de l'argent, du cuivre ou du nickel, on peut les considé rer comme des constituants catalytiquement efficaces supplémentaires.
Si l'on fait usage de grandes quantités de nickel, de cobalt ou de fer, ou d'un mélange (le ceux-ci, comme constituants pour la pré paration de telles masses de contact, les com posés aromatiques nitrés non seulement sont réduits en composés amino correspondants, mais, dans bien des cas, sont en outre hydro génés.
Ainsi la nitrobenzine non seulement est réduite en aniline, mais subit-une autre réduction en cyclohexylamine, dicyclohexyl- amine et cyclohexylaniline. Les proportions de ces produits de réactions obtenus dépen dront de la température- de réaction et de la quantité d'hydrogène dont il est fait usage. A de basses températures, l80-200 C par exemple, le produit principal est de l'aniline, tandis qu'à des températures plus élevées, tel les que<B>220-270</B><I> C,</I> les composés amino hydrogénés sont les produits de réaction prin cipaux.
On peut faire usage d'un excès con venable de gaz réducteurs, qui peut être de 5 à 15 fois la quantité théorique nécessaire pour-la réduction et l'hydrogénation à effec tuer.
Exemple <I>5:</I> On imprègne de 15 à 20%, en poids, de nitrate de cuivre en solution 60 parties de poudre de pierre ponce que l'on traite en suite avec une quantité dé solution d'hydrate de sodium à<B>10%</B> suffisante pour précipiter le cuivre sous la forme d'hydrate dans un état de fine division dans toute la poudre de pierre ponce. On brasse ensuite ce produit dans 24 à 80 parties d'une solution commer ciale de verre soluble à base -de sodium que l'on a suffisamment diluée avec de l'eau pour que la poudre de pierre ponce puisse y être tenue en suspension.
On rend ensuite cette suspension faiblement ammoniacale, puis on y ajoute- 9 parties de cuivre sous la forme de nitrate de cuprammonium, ou de carbonate de cuprammonium, dilué et une partie d'alumi nium sous la forme d'une--solution saturée d'aluminate de sodium.
On introduit ensuite, en un mince courant, une quantité dé solu tion de nitrate de cuivre à<B>10%</B> suffisante pour précipiter un corps échangeur de bases sodium-aluminium-ouivïe, que l'on dilue avec de<B>là</B> poudre de pierre ponce imprégnée<B>d'hy-</B> drate de cuivre. Le produit de réaction doit être neutre ou alcalin à l'égard de la phénol- phtaléine, ou n'être que faiblement acide à l'é gard de celle-ci, en étant fortement alcalin â. l'égard du tournesol dans tous les cas.
On presse le précipité, on le lave modérément, on le sèche à 80--100 C, puis on le casse en morceaux. On réduit de préférence avec des gaz con tenant de l'hydrogène, à 220-850 C,<B>le</B> produit obtenu qui constitue -alors une masse de contact ferme, non pyrophorique et ne donnant pas de poussière, qui est éminem ment convenable comme catalyseur pour ia réduction de composés nitrés en amines au moyen de gaz contenant de l'hydrogène. Ainsi, par exemple, de la nitrobenzine peut être réduite en aniline à 180-260 C, en particulier dans un procédé circulatoire avec un fort excès d'hydrogène.
Le procédé circu latoire permet une utilisation très complète et effective de tout l'hydrogène et les rende ments atteignent presque les valeurs théo riques.
On doit choisir avec soin les matériaux dont il est fait usage dans la construction du convertisseur. Le convertisseur doit être, de préférence, fait en cuivre ou, tout au moins, celles de ses parties qui viennent en contact avec les gaz de réaction doivent présenter une surface de cuivre. 8i l'on fait usage de fer dans le convertisseur, il est bon de le rendre inerte en le revêtant des masses de contact décrites, ou de constituants de celles-ci. On peut également rendre le fer inerte avec des sels de métaux alcalins des acides de métaux des cinquième et sixième groupes du système périodique.
Dans le procédé circulatoire, l'aniline et l'eau formées par la réduction de la nitrobenzine sont séparées des gaz conte nant l'hydrogène en excès avant la remise de ceux-ci en circulation. On règle ensuite les gaz contenant de l'hydrogène au volume dé siré et on leur fournit la quantité voulue de nitrobenzine: On obtient facilement, dans un tel proéédé, des rendements presque quanti tatifs. .- Exemple <I>6:
</I> On mélange avec 50 parties de déchets de sable monazite, 50 parties de glaucosile (ré sidu, lavé à l'acide, de sable vert) et 50 par ties de minerai de cuivre comme<B>là</B> malachite, 45 à 55 parties de SiO' sous la forme d'une solution de verre soluble à base de sodium suffisamment diluée avec de l'eau, la dilu tion étant suffisante pour que la suspension reste juste facile à remuer.
On y brasse 10 parties de A1z03 sous la forme de solution saturée d'aluminate de sodium et on traite ensuite le mélange avec 15 parties de nitrate cuprique, contenant 3 molécules d'eau, sous la forme d'une solution à 25-30%, et 20 parties d'une solution saturée de nitrate de chrome contenant 9 molécules d'eau. Il se précipite un corps échangeur de bases que l'on sépare et qu'on lave de la manière usuelle.
Après séchage de la. masse à des températures de préférence inférieures à <B>100</B> C, on la soumet à l'action d'une atmos phère humide, puis on la place sur un filtre et on l'hydrate en faisant ruisseler de l'eau dessus. Après que l'hydratation est complète, on remplace l'eau par des acides chlorhydri que ou azotique à 2-3 % afin d'enlever une lra rtio du métal alcalin échangeable présent dans le corps échangeur de bases.
On conti nue le traitement de lessivage jusqu'à ce que 25-30% de l'alcali échangeable soit enlevé, après quoi on lave soigneusement le corps échangeur de bases dilué, partiellement les sivé, afin de le débarrasser de l'acide chlor hydrique. ou azotique, et on, le sèche à nou veau.
La masse de contact obtenue comme décrit ci-dessus est très efficace pour la réduction catalytique de composés aromatiques nitrés et, spécialement, pour la production d'a-naph- tylamine en partant d'a-nitronaphtaline à 240-280 C, en présence d'un fort excès d'hydrogène, de préférence dans un procédé circulatoire. L'a-naphtylamine obtenue est pratiquement pure.
On peut produire, de la même manière, de l'aniline en partant de ni- trobenzine, à 200 C, des toluidines en par tant des nitrotoluènes correspondants, à 220-230 C, de la 1-amino-2. 3-diméthyl- benzine en partant du nitroxylène correspon dant, ou des amino-chlorobenzines en par tant des chloronitrobenzines correspondantes.
à 200-210 C, des diaminophénols en par tant de dinitrophénols, à<B>260</B> C. et de l phénylènedia,mine en partant de dinitroben- zine, à 2G0 C, eu présence d'un excès de gaz contenant de l'hydrogène, comme l'hydrogène et le gaz à l'eau. Tant les rendements que la pureté sont excellents.
La masse de con tact décrite clans cet exemple est. très résis tante à une altération par des impuretés pré sentes dans les gaz de réaction. Néanmoins. il est avantageux de faire usage, comme ma Hères premières, de benzines épurées. en par ticulier de produits exempts de thiophène. car par ce moyen on peut prolonger la lon gévité de la masse de contact. On peut pro duire facilement et économiquement de telle benzines ou leurs homologues par iiu traite ment au chlore en présence, ou en l'absence, de catalyseurs, en particulier de ceux qui fa vorisent la chloruration des impuretés.
Les traces de chlore qui peuvent rester dans ce, benzines ou leurs homologues n'alV@rF#nt pas la masse de contact et les composés nitrés produits au moyen de telles benzines peu vent être utilisés sous la, forme brute, sans distillation préliminaire et sans que cela di ininue l'efficacité de la masse de contact pendant des mois d'usage.
Si on lessive plu, à fond la masse de contact décrite, pour en lever autant que possible de l'alcali échan geable, on peut faire efficacement usage de la masse de contact résultante pour la réduc tion de nitrométhane en rnétlivlamine, à 180 C, en présence d'un fort excès d'bvdro- gène. Les rendements sont excellents et le produit est exempi- de nitrométhane non ré duit.
Des résultats analogues peuvent être ob tenus lorsque le cuivre est remplacé partiel lement ou totalement par des composés d'étain correspondants. On peut également obtenir un effet catalytique supplémentaire désira ble, pour bien des réductions décrites ci dessus, par l'incorporation de petites quanti- tés de composés d'argent, de nickel, de cobalt ou de fer dans les corps échangeurs de bases, au cours de la formation.
Exemple <I>i</I> On peut utiliser efficacement des corps échangeurs de bases, naturels ou artificiels, comme porteurs ou squelettes pour des cons tituants catalytiques pour la réduction de composés organiques nitrogénés. Un exemple d'une telle masse de contact est le suivant:
On mélange 45 à 55 parties de S102 sous la forme d'une solution diluée de verre solu ble à base de sodium avec assez de kieselguhr ou de poudre de pierre ponce pour que le mélange reste juste facile à remuer, puis on combine avec la suspension de kieselguhr dans le verre soluble 10 parties de A120' sous la forme d'un aluminate de sodium à 10 %, pré paré en faisant dissoudre de l'hydrate d'alu minium fraîchement précipité. On ajoute à la suspension aluminate-verre soluble, en agitant vigoureusement, une solution à 10 de chlorure ou de nitrate d'aluminium con tenant 7,5 parties de A120', avec ou sans ad dition de silicates comme les silicates de cal cium ou de magnésium.
Il se précipite une masse gélatineuse que, après séparation con venable et séchage, on. hydrate au moyen d'eau. La masse obtenue n'a pratiquement pas d'efficacitc, catalytique pour la réduction de composés nitrés. On lessive ensuite le pro duit avec une solution d'acide sulfurique, chlorhydrique ou azotique à 2-3 %, afin d'enlever la quantité maximum d'alcali échan- geable. On imprègne le corps échangeur de bases, lessivé, obtenu, de solutions ou suspen sions de composés d'étain ou de cuivre ou d'un mélange .des deux.
Ainsi, par exemple, on peut introduire de cette façon du formiate de cuivre, de l'oxalate de cuivre, du nitrate de cuivre, ou du carbonate de cuivre fraîche ment précipité, avec ou sans la présence de sels d'argent ou de zinc. On réduit ensuite avec des gaz contenant de l'hydrogène, à 250-300 C, la masse obtenue qui convient bien pour la réduction catalytique de com posés aromatiques nitrés en amines correspon- dantes, par exemple: de nitrobenzine en ani line, les conditions de réaction étant les mê mes que celles décrites dans les premier exemples.
Si l'on pousse plus loin le lessivage, (le façon à enlever une partie de l'oxyde. d'alu minium aussi bien que l'alcali échangeable, on obtient un composé complexe d'acide sili cique, dilué avec des silicates, qui est un excellent diluant pour corps échangeurs de bases en raison de son fort pouvoir absorbant et adsorbant. Toute autre zéolithe naturelle ou artificielle, diluée ou non diluée, peut être> traitée de la même façon que la. zéolithe à trois constituants décrite ci-dessus.
Exemple <I>8:</I> On dilue avec 8 à. 7 0 volumes d'eau .10 à 50 parties de i02 <B>Sol,,</B> la forme d'une solu tion commerciale de verre soluble à base de sodium et on ajoute de l'ammoniaque jusqù à ce que la nébulosité qui se forme tout d'abord disparaisse. On brasse dans cette solution du kieselguhr, de la poudre de pierre ponce. du charbon de bois, de la SiO2 colloïdale, ou du minerai de nickel, exempt d'argent, pulvérisé, jusqu'à. ce que le mélange reste juste facile à remuer.
On prépare une solution de nitrate d'aluminium à 10 % et on fait dissoudre 30 parties de nitrate de nickel, contenant 6 molé cules d'eau, dans de l'eau d'ammoniaque di luée pour former une solution complexe d nitrate de nickel ammonium. On brasse cette dernière solution dans la suspension de verre soluble et on ajoute suffisamment de solution de nitrate d'aluminium jusqu'à ce que le mé lange de réaction devienne faiblement alcalin ou neutre à l'égard de la phénolphtaléine. Il se précipite une gelée bleu clair, ferme, qui lorsqu'on l'agite se transforme en agrégat aisément filtrables. Le précipité est un corps échangeur de bases dilué contenant du nickel et de l'aluminium sous une forme non échan- geable,
et du sodium et de l'ammonium sous une forme échangeable. On peut augmenter la résistance mécanique du produit par lavage avec une solution de verre soluble diluée et séchage; il constitue une excellente masse cl, contact pour la réduction catalytique de. com posés organiques azotés.
On peut également pulvériser la masse de contact ainsi préparée et la réduire avec des gaz contenant de l'hydrogène à 250-350 C et on peut en faire usage pour la réduction catalytique de composés organiques nitrogénés en phase liquide, à la température du lieu oü l'on opère ou à des températures élevées, avec ou sans pression. On peut également en rober ou recouvrir de la masse de contact fi nement divisée des matières porteuses d'ori gine naturelle ou artificielle, telles que fra- rrents de pierre ponce, pierres à diatomées, fragments de poterie, granules de métal, etc.
les matières porteuses artificielles compren nent les compositions hieselguhr-verre solu ble. On peut faire usage d'adhésifs organi ques ou inorganiques pour faire adhérer la masse de contact aux fragments porteurs. On peut faire usage de ces masses de contact pour des réductions en phase vapeur ou en phase liquide de composés organiques nitro- génés. Lorsqu'on effectue la réaction dans la phase liquide, on fait de préférence ruis seler les composés organiques nitrogénés, sous la forme (le liquides on solutions, sur les fragments de masse de contact,
dans une tour en présence d'hydrogène ou de gaz en conte nant, qui peuvent avantageusement passer en contre-courant par rapport au liquide.
On peut préparer des corps échangeurs de bases qui forment des catalyseurs de réduc tion ayant de la valeur en remplaçant en par tie ou en totalité le nitrate d'aluminium par des solutions correspondantes de sels de tho rium, de titane, de chrome, de béryllium, de zinc, de zirconium, de vanadium, de cad mium, de plomb, de cuivre, d'argent,- d'or ou d'étain, La force particulière de la solution n'est pas essentielle et peut varier considéra blement.
On peut également obtenir des produits analogue; en substituant aux cations de mé tal alcalin des cations décomposant l'eau comme l'aluminum, le thorium, le titane, le chrome, 1r# béryllium, le zirconium, le vana dium ou le zinc. Dans certains cas, il est également désirable d'introduire du nickel par échange de bases. L'introduction de métaux alcalino-terreux par échange de bases est éga lement parfois avantageuse, car elle augmente la résistance de la masse de contact aux agents nocifs présents dans les gaz ou va peurs réactifs.
On. peut former des corps ressemblant ij des sels 'des corps échangeurs (le bases sus- décrits en les faisant réagir avec des sels des acides de tungstène, chrome. molybdène ou vanadium,, après que l'échange de bases a eu lieu. La présence d'éléments catalytiques, comme l'aluminium, le thorium. le titane, le chrome et le zirconium. est particulièrement avantageuse dans des compositions de masses de contact de ce genre, spécialement lorsqu'on en fait usage pour la réduction de composés nitrés, car ces réactions ont pour résultat la.
formation d'eau comme l'un des produits cl#@ réaction.
Les masses de contact décrites. lorsqu'on en fait; usage aux basses tempérahlres, avc- de forts excès d'hydrogène. agissent pour transformer des composés aromatiques nitrés. comme la nitrobenzine, en amines de grande pureté, en particulier lorsque la température est entre 120 et 200 C.
A des températures plus élevées, de 220 à 300 C. les amines commencent à s'hydrogéner en composés tels que cyclohexylamine, dicyclohexylamine et cyclohexylaniline, dans le cas de nitroben- zine, et à mesure que la température s'élève. ces composés hydrogénés deviennent les pro duits principaux de la réaction. Des composés aliphatiques nitrés. en présence d'un fort excès de gaz contenant de l'hydrogène. don nent des amines à 180--250 C.
Les nitrite alkylés, les oximes, les bases de Schiff et lc- nitriler peuvent également être réduits en composés amino de valeur, par les procédés usuels, en présence de catalyseurs décrits ci dessus.
On peut également réduire des composé hétérocycliques. Ainsi, par exemple, on peut réduire du pyrrol en pyrrolidine. de la pyri- dine en amylamine, avec rupture de la. chaîne fermée, transformer de la quinoline en tétra- hydroquinoline à 200 C, etc.
Des exemples des réductions en phase liquide sont les ré ductions de solutions de bases de Schiff < :r amines secondaires, aux températures des lieux où l'on opère, en faisant usage d'unf: masse de 2ontact pulvérisée, comme décrit, la quantité de masse de contact étant environ 40 à<B>50%</B> de la base de Schiff dont il est fait usage, et en prenant soin d'obtenir un mélange constant et intime de catalyseur avec la base de Schiff pour assurer les meilleurs résultats.
Des exemples de réductions à haute température et à haute pression, en faisant usage des compositions de masses de contact décrites ci-dessus, sont la réduction de nitro- benzine avec 10 à<B>15%</B> de masse de contact finement pulvérisée, à 100-120 C, sous une: pression de 10 à 15 atmosphères d'hydrogène: l'aniline est le produit principal, mais il est possible d'arrêter la réaction à des phases in termédiaires, telles que les phases azoxy, a.zo et hydrazo. en faisant varier la quantité d'hy drogène dont il est fait usage.
<I>Exemple 9:</I> On traite 100 parties d'une zéolithe telle que la "periilutite", qu'on peut obtenir chimi quement pour l'adoucissement d'eau, avec une solution de nitrate de cuivre à 3-5 jusqu'à ce qu'une quantité maximum d'alcali échangeable soit remplacée par de l'oxyde de cuivre. Il est avantageux de faire usage de corps échangeurs de bases ayant un fort pou voir échangeur (le bases et, de préférence, on fera usage de zéolithes du type alumino- silicate. D'autres zéolithes du même type, dans lesquelles l'aluminium est remplacé en partie ou en totalité par d'autres oxydes mé talliques amphotères, ont également un fort pouvoir échangeur de bases.
La zéolithc au cuivre, préparée comme dé crit ci-dessus, peut être appliquée pour la réduction catalytique de composés aromati ques nitrés, tels que nitrobenzine, nitrotoluène on nitranisol, en amines correspondantes en présence de 10 à 15 fois la quantité théori que d'hydrogène. clans un procédé circula toire. On peut également, au lieu de gaz con- tenant de l'hydrogène, faire usage d'oxyde au carbone et (le vapeur d'eau; lorsque, par exemple, on mélange des vapeurs de nitroben- zine avec de l'oxyde de carbone et de la va peur d'eau et qu'on les fait passer sur 1a.
masse de contact à 200-220 C, il en résulte une aniline d'excellente pureté.
Au lieu d'introduire du cuivre, on peut introduire de la. même façon d'autres radicaux ca.talytiquement actifs en faisant usage, par exemple, d'une solution de nitrate de nickel à 5-10 ic# que l'on fait ruisseler d'une façon répétée. sur la zéolithe à 40-50 C, pour introduire un maximum de nickel. On peut faire usage de telles masses de contact pour la. réduction de nitrobenzine en aniline en va porisant la nitrobenzine et de la vapeur à 1l0-130 C, en mélangeant avec du gaz hydrogène et en faisant passer sur la masse de contact, sous les charges appropriées.
On obtient par ce moyen une aniline de qualité supérieure, exempte de nitrobenzine. On peut, d'une façon similaire, réduire l'orthonitrani- sol en orthoaminanisol.
On peut encore doser les masses de con tact décrites, pour augmenter leur efficacité, en les soumettant à (les réactions avec des sels d'acides de métaux des cinquième el; sixème groupes du système périodique, tels que vanadium, chrome et molybdène, afin de former ce qu'on appelle des corps ressemblant, à des sels. Cela peut se faire avantageuse ment en faisant ruisseler une solution à<B>1%.</B> par exemple une solution de vanadate d'am monium à sur la masse de contact, puis en lavant le corps, ressemblant à un sel, ob tenu.
Les masses de contact résultantes, con tenant du nickel ou du cuivre sous une forme échaneable, conviennent bien pour la réduc tion catalytique de py ridine en pipéridine avec un fort excès de gaz contenant de l'hv- rlrogène, à 200 C.
Les corps échangeurs de bases décrits. contenant du cuivre sous une forme échan- meable, peuvent également être soigneusement lessivés avec un acide dilué afin d'enlever de l'alcali qui n'a pas été remplacé par du cui vre. Les masses de contact ainsi produites conviennent bien pour la réduction de 3-nitro- pyridine en 3-aminopyridine de grande pureté, en faisant usage d'un excès d'hydrogène à 200-250 C.
On peut également faire usage des mêmes masses de contact pour la réduc tion de nitrométhane en méthylamine de qua lité supérieure, à. 200 C'.- Exemple <I>10:</I> On fait dissoudre dans 15 parties d'eau JO parties de nitrate de zinc contenant 6 mo lécules d'eau et on ajoute suffisamment d'hy drate de sodium concentré pour transformer le zinc en zincate correspondant.
On prépare ensuite 16 parties d'oxyde de chrome en le précipitant, par de l'ammoniaque, d'une solu tion de nitrate de chrome à<B>10%.</B> L'oxyde de chrome se précipite à l'état de fine divi sion et, après l'avoir complètement lavé, on le brasse dans 150 parties d'eau pour former une bouillie. On prépare une troisième solu tion de 48 parties de nitrate de cuivre, con tenant 3 molécules d'eau, dissoutes dans 280 parties d'eau, ou une quantité correspondante de SnCl-. 3 H20, et on y brasse la suspen sion d'oxyde de chrome.
On verse ensuite le mélange dans la solution de zincate, en agi tant vigoureusement, en prenant soin que le mélange en réaction reste toujours alcalin. Il se forme une gelée qu'on sépare par aspira tion et qu'on sèche à 80 C, et qui forme des fragments vitreux durs d'un corps échangeur de bases non siliceux contenant du zinc et du cuivre, ou de l'étain, et dilué avec de l'oxyde de chrome finement divisé. Les produits sont des masses de contact de valeur pour la ré duction de composés organiques azotés.
On peut substituer à l'oxyde de chrome des sels d'acide chromique, spécialement du chromate de cuivre, du chromate de cadmium ou du chromate d'aluminium; ou bien on peut faire usage de sels, spécialement des sels de cuivre, d'acide vanadique, d'acide tungstique ou d'a cide uranique, isolément ou en mélange.
On peut également employer comme diluant un oxyde de plomb; ou bien une partie du zinc peut être remplacée par une quantité corres pondante de plombite. Lorsque du plomb est présent, ou est le constituant principal, les masses de contact réduisent des composés aro matiques nitrés en composés azoxy et azo correspondants à 200 C, en présence d'un excès d'hydrogène.
Lorsque le plomb est ab sent, on peut faire usage des masses de con tact pour la réduction de composés aromati ques nitrés, par exemple @de nitrophénols en aminophénals, à 250 C avec un excès d'hy drogène, les conditions de réaction étant les mêmes que celles décrites dans les exemples précédents.
<I>Exemple 11:</I> On prépare les solutions suivantes: 1o On fait dissoudre dans '200 parties d'eau 30 parties de nitrate de nickel contenant 6 molécules d'eau et on ajoute suffisamment d'eau d'ammoniaque à 25%, jusqu'à ce qu'on obtienne une solution claire de nitrate de nickel et d'ammonium.
20 On fait une bouillie de 4 parties d'hy drate d'aluminium, fraîchement précipité, avec 50 parties d'eau. puis on traite avec suf fisamment de solution d'hydrate de sodium d'une force décuple de la normale pour for mer une solution claire d'aluminate de so dium.
3c On fait dissoudre dans 150 parties d'eau 1.0 parties de nitrate de chrome avec 9- molécules d'eau, puis on traite avec suf fisamment d'une solution d'hydrate de so dium,, d'une force décuple de la normale. pour former du chromite de sodium.
4o On fait dissoudre dans 50 parties d'eau 8 parties de nitrate de zinc et on traite avec une quantité de solution d'hydrate de sodium, d'une force décuple de la normale, suffisante pour former du zincate de sodium.
51' On fait dissoudre dans 200 parties d'eau 40 parties de nitrate de nickel avec 6 molécules d'eau.
60 On fait dissoudre dans 150 parties d'eau 11 parties de nitrate de zirconium avec 5 molécules d'eau.
70 On fait dissoudre 16 parties de nitrate de titane dans 160 parties d'eau. On mélange ensemble les solutions 1, \?, 3 et 4 et on y brasse 300 parties de kiesel- g-uhr, de poudre de pierre ponce ou de char- bon activé, ou d'un mélange de ceux-ci. On peut également remplacer ces diluants, en partie ou en totalité, par du minerai de nickel exempt d'argent. On mélange ensuite euseu:- ble les solutions 5, 6 et 7 et on les ajoute à la suspension en agitant vigoureusement.
Il se forme un produit de réaction gélatineux que, s'il est fortement alcalin à l'égard de la phénolphtaléine, on peut neutraliser par de l'acide azotique à 5/001 jusqu'à ce qu'il soit juste neutre, ce qui a pour résultat un ren dement accru en corps échangeur de bases. Le produit de réaction peut également être sali fié par une solution saturée de carbonate d'ammonium.
Une fois séché à des températures de pré férence inférieures à 100 C, le produit cons titue tin corps échangeur de bases contenant du sodium, de. l'ammonium, du nickel, de l'aluminium, du chrome, du zinc, du zirco nium et du titane. Lorsqu'on l'a cassée en fragments, on peut utiliser la masse de con tact pour la réduction catalytique de compo sés aromatiques nitrés en amines hydrogénées, par exemple: de nitrobenzine en cyclohexyl- amine à 240-260 C.
On peut également lessiver la masse de contact avec de l'acide chlorhydrique dilué pour enlever dans la mesure maximum l'alcali échangeable. Le corps échangeur de bases lessivé, en particulier sous la forme d'une poudre fine, peut être utilisé pour la réduc tion de composés nitrés dans la phase liquide. Lorsqu'on fait usage de cuivre au lieu de nickel, les masses de contact lessivées con viennent bien pour des réductions catalyti ques très sensibles de composés organiques nitrés, par exemple: pour la réduction de 3-nitropyridine en 3-aminopyridine en pré sence d'un excès d'hydrogène à 180-200 C.
Process for the catalytic reduction of nitrogenous organic compounds. The present invention relates to a process for the catalytic reduction of nitrogenous organic compounds by treating these bodies with hydrogen or substances which deliver hydrogen, especially in the liquid phase or the vapor phase, with or without pressure, to the temperature of the place where one operates or at different temperatures.
Next; the invention, this reduction is carried out in the presence of a contact mass containing at least one body of a microporous structure which results from the formation of a base exchange body, and containing cata.ly constituents tically active.
Such a body can be either a base exchange body, or a derivative of such a body, obtained for example by leaching the latter with an acid.
The expression "base exchange body" encompasses all bodies, natural or artificial, which have the property of exchanging their bases for other bases in saline solutions. The hash exchange products which are used in the formation of catalyst compositions which are employed in the process according to the present invention.
or as a starting material for derivatives to be used thus, may have a high base exchange power or, in many cases, may have a lower base exchange capacity, since the catalytic value of the final compositions is not primarily dependent. I) alement of the degree of base exchange power present.
In general, the base exchange bodies can be grouped as follows: zeolites with two or multiple constituents, that is to say base exchange bodies containing chemically combined silicon in their nucleus. and non-siliceous base exchange bodies in which all of the silicon is replaced by other suitable acidic or amphoteric metal oxides.
Two-component zeolites are the reaction products of two types of initial components, i.e. metallates and silicates (using the term metallate in a broad sense which will be defined later in this specification), or metal salts and silicates. It frequently happens that more than one of the members of one type can react, i.e. a silicate can react with more than one metallate or more than one metal salt.
Multi-component zeolites are the reaction products of at least three types of components, i.e., at least one silicate, at least one metallate and at least one metal salt. (By metallate is meant any salt the anion of which contains a metal; under a metal salt is meant a salt in which the anion does not contain any metal.) Base exchange bodies, both zeolites and exchange bodies not so licious bases, can be associated with diluents ,. preferably in the form of a physically homogeneous structure, as will be described below.
Either diluted or undiluted base exchange bodies may be present in the contact masses used in the present invention, or their derivatives may be present: but it goes without saying that wherever it is present. question here of base exchange bodies, this expression includes both diluted and undiluted products.
As already stated, waste exchangers, both zeolites and non-siliceous base exchangers, can also be converted into derivatives which can be used for the formation of the catalytic mass and which have many chemical characteristics and most of the physical characteristics. sics of the base exchange bodies from which they derive. These derivatives can be salt-like bodies, i.e. the reaction products of base exchange bodies with compounds containing anions capable of reacting with the base exchange bodies to form products which have many properties of salts.
Another class of derivative cases is that of acid-leached base exchange bodies. When subjecting a base exchange body to leaching by acids, in particular dilute mineral acids, the exchangeable bases are first gradually removed. The resulting products contain both the more basic and the more acidic components of the non-exchangeable core of the base exchange body, with or without a portion of the exchangeable bases.
As the leaching is carried out further, more and more of the relatively positive constituents of the non-exchangeable core are removed and, if the leaching is carried to completion, the leached product contains only the constituents- relatively acidic non-exchangeable nucleus. In the case of zeolites, the end product of long-lasting leaching is a complex silicic acid which has many of the physical properties of the original base exchange body.
In the remainder of the present description, we will designate. to simplify, base exchange bodies and their derivatives both by acid scavenging and by formation of salt-like bodies under the general term of "permutogenetic" products.
Catalytically active constituents can be found in the catalyst mass employed in four main forms: They can have been physically mixed with or impregnated with the permutogenetics.
They may have been incorporated physically, in a homogeneous manner, into the permutogenetilated products, before the latter have been fully formed, in the form of catalytically active diluents or in the form of diluents which have been impregnated. of catalytically active substances. <B> 30 </B> They can be chemically combined in permutogenetic products in a non-exchangeable form,
that is, they can form part of the non-exchangeable core of the base exchange body present in the final contact mass, or which is transformed into the derivatives: or they can be chemically combined with the bodies exchangers (the bases in the form of catalytically active anions which form with the base exchange body salt-like bodies. 40 They can be combined chemically in an exchangeable form either during the formation of the body. exchange of bases, or by exchange of bases after training.
Of course, the same or different catalytically active constituents can be present in more than one of the above-described forms and an advantage of the invention is that catalytically active substances can be introduced in a wide variety of ways. forms, which.
offers a wide choice for catalyst chemists. offers a wide choice to the catarlyst chemist. genetics can vary widely in their chemical characteristics, they all have a similar physical structure which is characterized by greater or lesser microporosity, and high resistance to high temperatures, and
"in the case of base exchange bodies containing catalytic constituents and which have not been leached with acids to the point of removing catalytically active constituents, these are distributed throughout the carcass of the products in atomic or molecular dispersion , as will be described in more detail below, and this chemical homogeneity is one of the most important advantages of some of the contact masses used in the process of the invention.
Although the combination of catalytically active substances can be effected with undiluted permutogenetics as well as with diluted permutogenetics, it has been found that contact forms formed from permutogenetic products diluted in a similar fashion. homogeneous are advantageous,
especially when the diluents are of a physical nature such that they exert a desired influence on the catalytic activity of the contact masses, as when, for example, the diluents are rich in silica, which has been found to be have an aefivant power, when the .diluents, due to a high porosity, a high capillarity or a high surface energy, can be considered as physical catalysts or activators.
Base exchange cores behave as if they were extremely high molecular weight products, since catalytically active constituents can be introduced either into the non-exchangeable nucleus or in the form (the exchangeable bases in virtually any desired proportion and the ordinary law of chemical combination proportions.
which in compounds of low molecular weight restricts the proportions in which constituents can be incorporated chemically, appears to be without force, which makes it reasonable to assume that the molecular weight is so high that it completely obscures \ effect of law. It is. of course, possible that the base exchange bodies. or some of them, may be solid solutions of several compounds of lower molecular weight, related to each other. It was not possible until. present, to decide definitively.
this question, because base exchangers are not easy to analyze chemically as to their structure. The invention is, of course, not limited to any theory: but, whatever the fundamental reasons, the fact that catalytically active constituents can be chemically introduced in any desired proportions is of enormous importance to the invention. catalytic chemist and allows it to produce an almost unlimited number of catalysts or masses (finely and gradually contact;
dosed for the reaction envisaged and in all cases the contact masses produced are highly effective, due to the physical structure of the permutogenetic products contained therein and the wide limits of homogeneous dilution of catalytically active molecules or atoms. with resulting smoothness and smoothness of action.
In addition to the important characteristics dor7t permutogenetic products endow the contact masses used in the process according to the invention, it has been found that it is frequently desirable to regulate the action of these contact masses and this can be done by combining permutogenetic products, or by incorporating or forming therein compounds of alkali metals, alkaline earth metals and strongly basic earth metals.
These compounds appear to slow or soften the catalytic reaction and will be referred to throughout this specification under the name of regulators. The regulators can be non-alkaline, weakly alkaline, or strongly alkaline, depending on the nature of the catalytically active constituents used.
A great advantage is that in the normal formation of base exchange bodies, oxides of alkali forming metals are present as exchangeable bases and, when used without acid treatment or acid treatment, they form. regulators which are combined in, or associated with, the resulting permutogenes in an extremely fine-divided state in which these regulators are particularly active. Thus, base exchange bodies containing alkali metals can be regarded as complex regulators.
In addition to the use of regulators, it has been found that it is possible, in many cases, to increase the action of these and the total efficiency of the contact masses by associating with them, or by chemically combining therein, elements or radicals or groups which are caialytically active, but do not possess any specific catalytic activity for the reaction envisaged. Such catalysts, or catalytic constituents which are not specific catalysts for the reaction in which they are used, under the reaction conditions with which one is dealing,
will be referred to throughout this specification as auxiliary catalyst bodies, or regulation promoters, as they appear to enhance the dosing effect which regulators can perform. Such auxiliary catalysts can be present there. where there are no regulators.
The enormous range of chemical groups which can be combined in, or with, or incorporated into permutogenetics allows a wide choice of auxiliary catalyst bodies as well as specific catalysts and allows their association with the masses of. contact in an extremely homogeneous and catalytically effective form.
Thus, many base exchange bodies or their derivatives can constitute at the same time catalysts, regulators and complex auxiliary catalysts, because all the elements playing these different roles can be present in the same chemical compound and participate in the advantages. arising from its physical structure and desirable chemical properties.
Of course, both regulatory bodies and auxiliary catalyst bodies can be mixed partially or completely with permutogenetics and a single regulatory body or a single auxiliary catalyst can be present in part in physical mixture and in part in chemical combination, as will be understood. clearly the informed base exchange chemist.
The base exchange bodies which form the important constituents in 1 <r. contemplated contact mass can be prepared in any of the well known ways. Thus, for example, two-component zeolites can be prepared by wet processes in which the metal constituents or the metal salt constituents, including:
some or all may be catalytically active, are reacted with soluble silicates to form zeolites of the alumino silicates, or double aluminum silicates;
or the constituents can be melted, preferably in the presence of fluxes. It goes without saying that the expression metallate contains not only the alkaline solutions of oxy or amphoteric metal hydroxides, but also salts, of metallic acids, of alkali metals, such as the oxacids of metals of the fifth and sixth groups. which, in at least one of the oxidation stages, are not strictly speaking amphoteric;
but which are products capable of reacting with silicates to form zeo lithes, or with other constituents to form non-siliceous base exchange bodies. Throughout this specification, we will adhere strictly to this somewhat more general definition of metallates. In the formation of two-component zeolites by the wet process, the final reaction product should be alkaline with respect to sunflower and, for products with a high base exchange power,
it must be neutral or alkaline with respect to phenolphthalein. In order to produce base exchange bodies to be used in the preparation of contact masses for carrying out the process according to the present invention, it is sometimes unnecessary to provide a high base exchange power and, for many reasons. Uses, zeolites formed under conditions where a final reaction results which is acidic with respect to phenolphthalein, but alkaline with respect to sunflower have an advantage.
It is not clear whether the products obtained under such conditions are homogeneous chemical compounds, although in many ways they behave as if they were. There is, however, reason to believe that, in at least some cases, mixtures of base-exchange polysilicates and non-base-exchange polysilicates can be produced. For the purposes of the present description, a product will be considered as a base exchange product if it has a base exchange power, however low it may be.
It is desirable, for many needs and in particular when two-component zeolites, with a high base exchange capacity, are necessary, to add the relatively acid components, for example the metal salts in the case of silicates of the silicate type. aluminum double, with relatively more alkaline constituents such as soluble silicates, for example. By these means, continuous alkalinity is ensured and this procedure can be considered preferable in most cases.
Multi-component zeolites can be prepared by any of the foregoing processes using at least three types of components, i.e. at least one metallate, at least one metal salt and at least one metal salt. minus a soluble silicate. In the case of multi-component zeolites. as in the case of two-component zeolites, the conditions of alkalinity must be observed and for many uses it is advantageous to add the relatively acidic components to the relatively alkaline components in order to ensure a reaction. alkaline continues. The multi-component zeolites produced vary in nature depending on the proportion of the different reactive components.
Thus, where metallates and silicates predominate over metal salts, the resulting products resemble two-component zeolites of the aluminum silicate type. If the metal salts and silicates predominate over the metallates, the product resembles the two-component zeolites of the double aluminum silicate type and, ultimately, if the metallates and metal salts predominate over the silicates, the resulting product looks like more or less to non-siliceous base exchange bodies.
It is clear that there is no clear line of demarcation between the three types of multiple component zeolites and that one merges into the other as the proportions of the different components vary. An advantage of multicomponent zeolites over bicomponent zeolites is that the choice of catalytically active constituents is wider, since some catalytically active elements or groups can only be incorporated in the form of metallates and others only as metallates. the form of metal salts.
In a multi-component zeolite, each catalytically active group can be incorporated in the form in which it is best usable.
Non-silicate base exchange bodies can be produced by the general methods described above; but, instead of producing reactions between silicates and other metal oxide constituents, two or more oxymetallic compounds can be reacted of which, in general, at least one will be a metallate and at least one. a metal salt; or, in some cases, it is possible to produce a reaction between two different metallates in which one of the negative radicals is more acidic than the other.
It is possible to produce non-siliceous base exchange bodies, in which several metal oxides are present. It is also possible to produce non-siliceous base exchange bodies in which only one metal is present. Thus, for example, certain metals may be of a sufficiently amphoteric nature to form both metallates and metal salts which are capable of reacting with each other to produce base exchange bodies.
A special process for the production of non-siliceous base exchange bodies is to gradually neutralize strongly alkaline salts of the oxacids of metal elements of the fifth and sixth groups in oxidation stages in which they are sufficiently amphoteric. Neutralization of other strongly alkaline metallates can also effect formation of non-siliceous base exchange bodies. The reverse process, whereby non-alkaline salts of suitable metals are gradually treated with alkali until the reaction is sufficiently alkaline to allow the formation of base exchange bodies, can also be applied.
Many metals are only able to enter the formation of the base exchanger at certain stages of oxidation and it is sometimes necessary to introduce these metals in a stage of oxidation different from that desired in the final base exchange body, the change in oxidation stage preferably being effected during the formation of the base exchange body: Certain other elements can be incorporated in the form of complex compounds of the most varied types, such as example that ammoniacal groups, etc.
In addition to the artificial base exchange bodies briefly described above, use may be made of natural base exchange bodies such as nepheline, leucite, feldspar, etc.
The most advantageous contact mass for many reactions contains base exchange bodies in which diluents are homogeneously incorporated into the base exchange bodies before the formation of the latter or, at least, before the exchange body. of bases was taken after training. Many diluents, both inert and regulating, activating, or catalytically active, can be used.
Some thinners may be mentioned briefly: hieselbuhrs of all kinds, in particular natural or treated cellite earth, siliceous powders of various types, natural or artificial powder of rocks, stones, tuffs, trass, lava and similar volcanic products. which are frequently very porous, green sand, glauconite or its derivative washed with acid, glaueosil, pulverized slag wool, cements, sand, gel (silica, pulverized pottery, fuller's earth, talc, glass powder, pumice stone powder, asbestos, graphite, activated carbon, quartz powder,
powdered mineral worms rich in quartz, metal powders and powders of metal alloys, salts of oxymetallic acids such as tungstates, vanadates, chromates, uranates, manganates, cerates, molybdates, etc. in particular copper salts thereof, silicates such as copper silicate, iron silicate, nickel silicate, cobalt silicate, aluminum silicate, titanium silicate, minerals or ores, especially those loaves of copper, etc.
Finely divided diluents have a great advantage, especially when the average particle size is less than FO microns, in which case the diluents have a high surface energy which increases the adsorption and absorption capacity of the contact mass. , the diffusion speed and the. porosity.
These finely divided diluents can be regarded as physical catalysts or activators. <B> Oïl </B> can also finely divide dilute permutogenes and use them as part or all of the diluents of other base exchange bodies. .
The following nine methods are the most efficient for introducing diluents; but any other suitable method can be used: The diluents can be mixed with one or more liquid constituents of the base exchange bodies to be formed, when the latter are prepared by the wet route.
Components, either catalytically active or otherwise, can be precipitated or impregnated in diluents, which are then incorporated into the base exchange bodies by any suitable incorporation methods.
3 () The diluents can be mixed with base exchange bodies, when the latter are still in the form of jellies, by kneading or stirring, in which case the base exchange jelly behaves like an adhesive. The homogeneity and uniformity of the distribution of the diluents is, of course, not quite as great by this method as by method 1; but, for many catalytic reductions involving nitrogenous organic compounds, extreme uniformity is not essential.
Diluents can be formed during the formation of base exchange bodies by mixing suitable compounds with the constituents of the base exchange bodies so that the diluent particles are precipitated during formation. Protective colloids can be added to prevent coagulation of the diluent particles before the base exchange bodies have set sufficiently.
<B> 50 </B> Compounds which react with some of the constituents of the base exchange bodies can be added to produce diluents; for example, salts of the acids of metals of the fifth and sixth groups may be added in sufficient excess to react with constituents of the base exchange body to form insoluble diluents, for example with heavy metal oxides .
Preformed base exchange bodies, diluted or undiluted, artificial or natural, can be impregnated with true or colloidal solutions of catalytically effective constituents and then dried.
A preformed, diluted or undiluted base exchange body can be impregnated with several solutions which react therein to precipitate any desired diluents.
Soluble diluent compounds can be added to the constituents forming a base exchange body which, after formation, hold the compounds in solution and which are dried without washing, or which are treated to precipitate the compounds.
<B> 90 </B> Base exchangers, natural or artificial, diluted or undiluted, or their derivatives, can be impregnated with solutions of the desired compounds which are subsequently precipitated by means of reactive gases.
The nucleus, or non-exchangeable portion, of the molecules of base exchange bodies is ordinarily considered to consist of two types of oxides, namely: relatively basic metal oxides, usually amphoteric, and relatively acidic oxides such as SiO2, certain amphoteric metal oxides and certain metal oxides which have a distinctly acidic character.
The no @, = au behaves like a simple anion: it is of key advantage to consider the two portions of the nucleus as the basic and acidic portions, naturally bearing in mind that the nucleus behaves like a single group. The metallic compounds which are capable of forming the basic portion of the nucleus are those of the following metals: copper, silver, gold, bis muth, beryllium, zinc, cadmium, boron, aluminum, certain rare earths, titanium, zirconium , tin, lead, thorium, niobium, anti monk, tantalum, chromium, molybdenum, tungs tene, uranium, vanadium, manganese, iron, nickel, cobalt, platinum, palladium.
Compounds of these elements can be introduced, individually or as a mixture, in any desired proportions and these compounds can be in the form of single or complex ions. It goes without saying that some of the elements, at certain oxidation stages, can be introduced either as metallates or as metal salts. Others can only be introduced in one of the forms and still others can be introduced in an oxidation stage other than that desired in the final base exchange body, or in the form of compounds. com plexes. Among the complex ionogens are ammonia, hydrocyanic acid, oxalic acid, formic acid, tartaric acid, citric acid, glycerin, etc.
Many metals are specific catalysts; others are regulators and still others are favorers for the effect of the latter. Of course, the condition of an element as a catalyst or regulation promoter will vary with the particular reduction reaction for which the final contact mass is to be used.
and the choice of catalysts and regulating promoters as well as the proportions will be determined by the particular catalytic reduction of the particular nitrous organic compound to which the contact mass is to be applied.
Examples of constituents forming the relatively acidic portion of the exchanging nucleus are alkali metal silicates, which are soluble in alkali, and alkali metal salts of acids such than those of boron, phosphorus, nitrogen, tin, titanium, vanadium, tungsten, chromium, niobium, tantalum, uranium, antimony, manganese, etc.
The exchangeable bases of the base exchange bodies can be substituted by exchange of bases e1; the elements which can be introduced singly or as a mixture, by exchange of bases, are the following: copper, silver, gold, ammonia, beryllium, calcium, manganese, cesium, potassium, sodium, zinc, strontium, cadmium, barium, lead, aluminum, scandium, titanium, zirconium. tin, antimony, thorium, vanadium, lithium, rubidium, thallium, bismuth, chromium, uranium, manganese, iron, cobalt, nickel, ruthenium, palladium, platinum and cerium.
Depending on the case, the exchangeable bases introduced can be specific catalysts; they can be regulators, or they can be promoters for them. They can be introduced as simple ions or as complex ions and they can increase the catalytic activity of the final contact mass, improve its physical structure or produce both effects.
As described above, base exchange bodies can be reacted with compounds containing acidic radials capable of forming salt-like bodies with them. The radicals can be present in the form of simple acidic radicals, polyacid radicals, or complex acidic radicals and include radicals containing the following elements: chromium, vanadium, tungsten, uranium, molybdenum, manganese, tantalum, nio bium, antimony, selenium, tellurium, phosphorus, bismuth, tin, chlorine, platinum, boron. Among the complex radicals are ferro- and ferricyanogens, some ammoniacal groups, etc.
The amount of acid radicals caused to unite with the base exchange bodies can be varied to form salt-like bodies so that the end products may have the character of acidic, neutral or basic salts.
Diluted or undiluted base exchange bodies can be treated with acids such as mineral acids, for example: 2-10% sulfuric, hydrochloric or nitrogen acids, to remove some or all of the exchangeable bases, or also part or all of the basic portion of the core.
In the case of zeolites, partial acid leaching, which leaves part or all of the basic portion of the nucleus, or even part of the exchangeable bases, does not affect the function of the zeolites as catalysts when they contain catalytically active elements in the basic portion of the nucleus, or in some cases even exchangeable bases.
Non-silicate base exchange bodies, whether partially or completely leached, can contain analytically active constituents, and many important catalysts for the hydrogenation of nitrogenous organic compounds are thus obtained. This is particularly the case for. reactions where a relatively alkali-free contact mass is required for best results and where the alkaline content of a contact mass containing a base exchange body may be too high for excellent results.
Diluted or undiluted base exchange bodies can also be applied, in the form of films, to massive carrier granules, or else these granules can be impregnated with them. These massive carriers can be inert, activating or themselves be catalysts. For example, certain metal alloys, certain minerals and especially copper-bearing minerals, fall within this class.
Aluminum or copper alloy granules play a further advantageous role in that their relatively high thermal conductivity tends to prevent local overheating in strongly exothermic reductions of organic nitrogen compounds, which has a positive effect. considerable importance for obtaining good yields.
The contemplated contact mass can be used for all types of reduction, liquid phase and vapor phase, of nitrogenous organic compounds. They are particularly suitable for the reduction of aromatic nitro compounds.
Among the specific reactions, there may be mentioned as a few examples: the reduction of aromatic nitro compounds in the azoxy-azohydrazo- and amino compounds, as well as the hydrogenation of the amine compounds produced. Thus, for example, it is possible, under suitable reaction conditions, to reduce nitrobenzine from 1 = i to azoxvbenzine,
rizobenzine, hydrazobenzine or aniline and hydrogenated amines such as, cyclohexylarniale. dievclohexvlamine and cyclohexvlaniline. -De- substituted nitro aromatics can be similarly reduced. Examples of such products are. nitrotoluols, nitroxylols. substituted nitrobenzol, etc.
Other important nitro flavor compounds are α-nitronaphthalin which can easily be reduced, by means of the present invention, to α-naphthylamine.
Nitro aliphatic compounds can also be reduced to the corresponding amine. Thus, for example, alkyl nitrites can be reduced to corresponding amines and nitromethane can be reduced to methvlamin.
It is also possible, for example, to carry out the key hydrogenation of pyridine to pipPridine, of pyrrol to pyrrolidine, of quinolinc to tetrahydroquinoline. Certain nitrogen compounds may contain both nitro groups and nitrogen in a different form and may be suitably reduced or hydrogenated by the contact masses of the present invention. So, for example, the:
3-nitropyridine can be reduced to 3-aminopyridine, etc.
The reactions, especially in the vapor phase, can be carried out with reducing gases such as hydrogen, gases containing hydrogen. such as water gas, carbon monoxide with oii without vapor, ete. In the case of gas z water and carbon monoxide, <B> CO </B> is partially oxidized to CO2. It is desirable to maintain the oxidized in vapor phase reactions sufficiently high so that the nitrogen compounds do not condense and the wide choice of finely dosed catalysts afforded by the invention is of great importance to the.
reduction of organic nitrogen compounds which, because of their high vaporization temperature, must be reduced under relatively uniform reaction conditions because it is well known that high temperatures tend to upset the reaction equilibrium . The reaction can take place at atmospheric pressure or at. a pressure higher or lower than this. Preferably, use is made at pressures greater than. atmospheric pressure in the presence of vapor.
The vapor phase reduction of nitro compounds to the corresponding amines is preferably carried out at temperatures between <B> 180 </B> and 250 ° C; but by the choice of a suitable catalyst and. when a large excess of hydrogen is used, the reactions can also be carried out at much higher temperatures, for example 300--350 C.
In many cases, with the contemplated contact masses, yields of 98% of theoretical yield can be obtained, and even better still, and the purity of the reaction products is extremely high in most cases. Some contact masses very effectively withstand high temperature and possess high resistance to recrystallization and deterioration and the longevity of the contact masses is very long, which is an important feature in reduction processes.
In some cases, especially with highly diluted contact masses, the mechanical strength may be somewhat lacking and in such cases it may be advisable to wash the contact mass after drying with a soluble silicate. to perform superficial silicification.
Many reactions can be carried out by a single pass on the contact mass; but other reactions preferably take place in a circulatory process in which the gases are continuously recirculated. with suitable means for removing the reaction products. In such circulatory processes, very large excess of hydrogen can be used and these are beneficial. The excess of hydrogen may in many cases be ten times or more the theoretical amount required.
Although an enormous variety of contact masses can be prepared containing most of the various catalysts, the most effective contact masses for many reactions, especially the reduction of nitrated aromatics to the corresponding amines, are those which contain one or more of the elements copper, tin, silver, nickel, iron, cobalt, or zinc. These contact masses are especially effective when they contain regulatory enhancers such as dehydrogenation catalysts, water-decomposing catalysts or oxidation catalysts.
180-250 C is a suitable temperature for the reduction of aromatic nitro compounds without hydrogenation of the aromatic nucleus, especially when very effective contact masses which contain silver, copper or tin are used. as the main catalytic reduction constituents. In some cases, use can be made at higher temperatures, up to about 3s0 C, especially when a large excess of reducing gases is used.
In this way, an excellent yield of very pure aniline can be obtained from nitrobenzine, the products containing only traces of azobenzine which can easily be separated from the aniline by distillation. Under similar conditions, nitrotolu.ols can also be converted to toluidine, #. with good yields, at 250-350 C, the product being of excellent purity.
Halogenated substituted nitro compounds can also be easily reduced with the same type of contact masses, as well as polynitro compounds such as di-nitrobenzines, dinitrotoluols, dinitrophenols, etc. When the contact masses contain iron, nickel, or cobalt as the main effective reducing catalytic constituents, the reductions must be carried out at a somewhat lower temperature to prevent the formation of a large amount of by-products.
Advantageously, the envisaged contact masses are subjected to a preliminary treatment with reducing gases in order to increase their reactivity for the reduction of nitrogenous organic compounds. This pretreatment and the catalytic reductions themselves produce secondary chemical changes in the composition of the contact masses, particularly on the surface, although usually the beneficial physical structure appears to remain unaffected. For this reason,
it will be a question of the contact masses as of the moment when they are freshly prepared, as it is the habit in the. Lytic cat chemical nomenclature. An advantage of the contact masses of the invention is that, in many cases, it is possible to have a much higher load per volume of contact mass than in the case of contact masses which have been used up to the present time. here.
The normal load is about 50 to 80 parts by weight per 1000 part., Corresponding by volume, per day; however, with many contact material compositions of the present invention, including some described in the specific examples which follow, an overload of up to <B> 50% </B> can be used. and moreover without affecting the purity of the above products; without seriously reducing the longevity of the contact masses.
These large increases in efficiency can be achieved with particular ease in converters which do not allow heat buildup, to any appreciable degree, in the contact layers. Examples of such converters are those of the automatic heat exchange type.
When converters with effective temperature control are used, concurrently with recirculation, the reducing gas flow can be kept at a very moderate level. So, for example, in many cases a circulation of 1 to 3 times the contact mass per hour is quite sufficient. However, when the loads are increased, the flow must be properly regulated to prevent heat build-up which could reverse the action of the catalysts.
When the envisaged contact masses finally show a deterioration due to an alteration due to the presence of harmful products in the nitrogenous organic compounds or in the reducing gases employed. they can be regenerated directly in the converters by treating them with gases containing oxygen by first gradually increasing the latter, the temperature being maintained at 250-450 C. After uniform oxidation of the contact mass , it can be reduced with reducing gases at 220-320 ° C.
The reduction of many nitrogenous organic compounds, and in particular the reduction of nitro aromatic compounds, may result in products contaminated with certain by-products which decrease their value. The production of by-products can be avoided to a large extent by making use of a very high ratio of reducing gas to reduced compound. Thus, this ratio can be about 10: 1, although, of course, higher or lower ratios are disadvantageous. For all sensitive reactions, especially when the contact mass of which.
use is very active, ratios of up to 1 part compound to 30 to 50 parts reducing gas may be desirable, particularly in circulatory processes.
Although many face contact masses are of particular importance for vapor phase hydrogenations of nitrogenous organic compounds with or without pressure, many of these masses are strongly active in liquid phase reduction, with or without pressure, or in liquid phase reduction. reductions which take place in suspension. The following examples serve to illustrate the process according to the invention and at the same time give advantageous methods for the manufacture of a number of typical contact masses.
Example <I> 1: </I> 910 to 340 parts of SiO2 are diluted with 4 to 6 volumes of water in the form of a commercial solution of sodium-based water glass and carefully added. am moniac until the cloudiness which forms first disappears. 996 to 300 parts of copper nitrate are dissolved with 6 molecules of water in enough water to produce a <B> 10% </B> solution and enough concentrated ammonia is added so that the precipitate which forms first re-dissolves in. giving a dark blue solution.
The blue solution is then poured into the water glass solution, stirred and heated to 60-80 ° C. The reaction mixture soon solidifies into a jelly which, if continued to stir, turns to ag. granular aggregates. The precipitate, which is light blue, is pressed, dried and broken into fragments of greenish blue color and having a conchoidal break.
When treated with hot water, the framnients break up into small granules which have base exchange properties and constitute a sodium and copper zeolite, or a sodium, ammonium and sodium zeolite. copper in which copper is present in an unchangeable form and cannot be easily dissolved by ammonia.
The granules are treated, preferably at 250-320 ° C., with gases containing hydrogen, and the reduced catalyst thus obtained gives excellent results in the reduction of nitro aromatic compounds. Thus, for example, nitrobenzine is easily reduced to aniline, using hydrogen, or purified water gas, at temperatures between 180 and 240 C. The process is preferably practiced. as a circulatory process and heavier loads than the normal load can be used, since the catalyst is very concentrated.
The normal charge is around 50 to. 80 parts by weight of ni-trobenzine per 1000 contact mass volumes per day; but one can overload the key catalyst 40 to 6017o without significantly affecting the purity of the product and without seriously curtailing. the effective longevity of the contact mass.
When overloading the contact mass, the percentage of reducing gases will preferably be higher than normal, 20 to 40 times the. Theoretically necessary quantity of hydrogen, or corresponding quantities of other reducing gases are very favorable and the velocity of the, -, -,). z must be such that the contact volume is increased from 6 to 8 faith.
Î), the time in order to avoid an accumulation (heat in any part of the contact plate. The best results are obtained by making use of particular types of converters, for example those provided with heat exchanger devices. automatic flooded in the contact strength, which do not allow heat accumulation.
Diluents can be introduced into the contact mass during training without any reduction in its effectiveness or its capacity. Examples of such diluents are hieselguhr, pumice powder, charcoal powder. , finely divided pyroliisite, powders of natural or artificial zeolites, diluted or undissolved, powders of rocks, tuffs, trass of volcanic origin, green sand, glaucosil, which is the residue washed with water. green sand acid, silica gel, powdered pottery and the like.
These diluents can be stirred in the water glass solution or the cuprammonium nitrate solution; or, if desired, they can be incorporated into the melanin solutions (.yeas. or during the formation of the base er.ha.nger body. Another mode of introduction is to knead the diluents in the exchange jelly. bases after the latter has been formed.
The key contact mass can be adjusted or metered, as described above, by introducing compounds of aluminum, thorium and titanium. These compounds can be introduced by exchange of bases, replacing part of the sodium, - and they can be introduced individually or as a mixture. Thus, for example, copper zeolite, diluted or undiluted, can be treated with a 5 to 10 <B> (</B> solution of thorium nitrate which is allowed to trickle over the zeolite while the latter is on a filter.
Copper zeolites, dosed with regulators as described above, when used under the above reaction conditions, give very pure aniline, between 98 and <B> 99% </B>. purity, and containing only traces of azoben-2ine as an impurity. The latter can easily be removed by a single distillation. When we. uses a circulatory process, the pc-yields can in fact be considered theoretical.
Example <I> 2: </I> The following four solutions are prepared: 1o 75 to 80 parts of SiO2 are mixed, in the form of an ammoniacal solution of water glass of a strength double the normal, with sufficient of pumice stone pulverized to form a thin paste.
15 parts of Al 2 Og, as a hydroxide containing 3 molecules of water, are obtained by precipitating a corresponding amount from a solution of aluminum nitrate with ammonia and dissolving hydrate in sodium hydroxide solution of twice the normal strength to form sodium aluminate.
3o 60 parts of copper nitrate containing 6 molecules of water, or a corresponding amount of solutions of other copper compounds, are dissolved in a <B> 10% </B> ammonia solution to form a aqueous solution of the cuprammonium compound. 3 to 4 parts of VZO are precipitated;
freshly Z) repaired by reducing, using gas containing SO -, a corresponding quantity of V20 'suspended in acidulated water, at the boiling temperature, washing and dissolving in a KOH solution of ten times the normal strength to form the corresponding potassium vanadite. An equivalent amount of potassium cliromite can be substituted for the vanadite; or one can use a mixture of the two.
'Solutions 2 and 4 are poured into the suspension 1, and the mixture is heated to 60-70 ° C., with vigorous stirring, after which it is introduced in a running stream. solution 3. The reaction product soon turns into a green-blue jelly and the yield can be increased by the careful addition of? to 3 c 'of hydrochloric acid. The gelatinous precipitate is poured in. it is dried below 100 ° C., then it is hydrated by running water over it.
The body obtained possesses good exchange powers. bases and can be used for the catalytic reduction of organic compounds. Thus, it is possible to pass the vapors containing 3-nitropyridine, mixed with a hydrogen gas, over the contact mass previously treated with gai containing hydrogen fi 220-230 C. The reaction temperature should be about 200-250 C and good yields of high purity 3-aminopyridine (,. The product is crystalline and has a melting point of about 63 C.
<I> Example 3: </I> 1o 22 parts of freshly precipitated Cn0 are impregnated with 60 to 80 parts of broken cellite bricks. The impregnation can be carried out advantageously by impregnating the debris of cellite bricks with a 10% solution of copper nitrate, then by precipitating the oxide with a solution of sodium hydroxide of a strength double of 1. <r normal, shaking vigorously. We filter everything and wash it until it is free of alkali.
<B> 90 </B> 7.75 parts of WO 'dang. "A solution of sodium hydroxide of twice the normal strength are dissolved to form sodium tungstate.
<B> 30 </B> 3.4 parts of A1 = 0 '\, in the form of freshly precipitated aluminum hydrate, are dissolved in normal sodium hydrate solution to form aluminum sodium nate. The aluminate and tungstate solutions are then poured together, with vigorous stirring, then the diluent impregnated with copper oxide is added.
After thorough mixing, the dilute base exchange body is precipitated which is formed by the addition, a normal solution of nitrogen acid which is added gradually, taking care that the final reaction product is alkaline or neutral to with respect to phenolphthalein. The reaction mixture is stripped from the mother liquor by suction, washed with about 200 parts of water and then dried at temperatures preferably below 100 ° C.
The precipitate, dried, is broken up into small fragments suitable for filling a converter with automatic heat exchanger elements, as discussed in Example 1., then carefully reduced in a stream of constant gas. nant hydrogen, at 250-300 C. The contact mass thus obtained is well suited for the catalytic reduction of nitro aromatic compounds.
Thus, for example, vapors of nitrotoluols or nitroxylols, when they are passed over the contact mass with a strong excess of reducing gases, such as hydrogen, in a circulating process, at 200-250 C, are reduced in the corresponding toluidines and xylidines. Preferably, the amount of hydrogen should be about ten times the theoretical amount needed to effect the reduction (the nitro group.
The catalytically effective component is introduced in the form of the diluent and the combination results in a well-dosed contact mass; for these particular uses. The encrusted copper oxide can be substituted with tin oxide or silver oxide, or a mixture of two or three of these constituents can be used. In some cases, small amounts of cobalt and nickel oxides can be added as diluents.
The non-siliceous base exchange body may contain other components such as V20 ", V20 ', Mo03, and the alumipium-containing component may be substituted, in part or in whole, by other amphoteric metal oxides such as the oxides. of cadmium and zinc The contact masses produced are also very effective.
<I> Example </I> t: A tin or copper base exchanger containing tin or copper in a non-exchangeable form is prepared as follows: Diluted with -1 to 5 times their weight in water 40 to 50 parts of <B> S10 \ </B> in the form of a commercial water glass solution. 75 parts of aluminum nitrate containing 9 molecules of water are precipitated with a 20% ammonia solution and the resulting aluminum hydrate is converted into the corresponding sodium aluminate by means of a solution of sodium hydrate of double the normal strength.
50 parts of pumice powder are incorporated into the water glass solution, then the aluminate is added. A 20% solution is prepared; of SnCl2 containing 2 molecules of water and added to the aluminate-soluble glass mixture until the reaction is slightly al caline with respect to phenolphthalein. A jelly forms which is filtered and washed. The SnCl \ solution can be replaced by a corresponding amount of a 20% copper nitrate solution.
The product. obtained is a so-called three-component zeolite which contains, in non-exchangeable form, aluminum and tin, or aluminum and copper, and constitutes an excellent contact mass for the catalytic reduction of aromatic compounds nitrated to corresponding amines.
The efficiency of the contact mass can be further improved by vacuuming and washing until the washing water gives nothing in the chlorine test, then incorporating therein the non-siliceous base exchange body. as diluent: 10.2 parts of Al20 ', in the form of freshly precipitated aluminum hydrate, are dissolved in a solution containing 40 parts of 100% KOH in 200 parts of water.
The zeolite body described above is incorporated into this solution, then to the aluminate mixture is added, with vigorous stirring, a 10-fold aqueous solution containing 44.4 parts of aluminum sulphate with 18 molecules of water. The aluminum sulphate can be replaced, if desired, by a corresponding quantity of titanium sulphate, zirconium nitrate, zinc nitrate, thorium nitrate, nickel nitrate or a mixture of these. this.
The obtained reaction product is a non-siliceous aluminum base exchanger which is not a specific catalyst for the reduction reaction, but is diluted with a three-component, catalytically active zeolite and forms a catalyst. well-dosed contact mass for the catalytic reduction of aromatic nitro compounds, such as those from izitrobenzine to aniline, from chloronitrobenzine to chloraniline, α-nitronaphthaline to naphthylamine, etc.
The reaction product is removed by suction, pressed and washed thoroughly with water; it is dried and then broken into pieces which can be treated with a 2-6% solution of copper nitrate to partially replace the alkali in the exchangeable part of the base exchange body. Cobalt nitrate, iron nitrate, nickel nitrath, alone or in mixture, can partially or completely replace copper nitrate.
The products can also be treated with. salts of the oxymmetallic acids of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as the acids of vanadium, tungsten, molybdenum, tan tal, chromium or uranium. One can, for example, make use of a solution of van- date of ammonium at 1 ° and, in any case, after the soluble constituents have been washed away, what is called a body resembling .a salt is formed.
In the contact masses described in this example, the base exchange body, non-siliceous, with aluminum can be considered. as a complex regulator for the catalytic converter. The action of the regulator can be further dosed by the addition of regulating favors, such as silicates of heavy metals such as copper, titanium, manganese, zirconium, cerium, thorium, and light metals such as beryllium, calcium, magnesium and barium. One or more of the above-mentioned silicates can be added and they can advantageously be formed on site.
It is also possible to substitute for part or all of the metal salt component of the base exchange body corresponding quantities of a <B> to </B> 5-1011o solution of beryllium nitrate, zirconium nitrate, thorium nitrate or aluminum nitrate. The catalytic efficiency of the mass can also be increased by the introduction of catalytically effective elements. by exchange of bases, making use, for example, of a 10% solution of copper nitrate, silver nitrate, tin chloride, nickel trate, iron nitrate, etc., singly or in mixture .
Instead of encrusting the catalytically active base exchange body in a non-siliceous, catalytically inactive base exchange body, it can be encrusted in well known dilute or undiluted base exchange polysilicates or in natural neutral polysilicates or artificial neutral polysilicates. Polysilicates, or zeolites, base exchangers.
two or three components, aluminum, cadmium, titanium, zirconium, silver, copper and nickel are well suited for this use. In the case of products containing silver, copper or nickel, they can be considered as additional catalytically effective components.
If large quantities of nickel, cobalt or iron are used, or a mixture thereof, as constituents for the preparation of such contact masses, the aromatic nitro compounds are not only reduced. into the corresponding amino compounds, but in many cases are additionally hydrogenated.
Thus the nitrobenzine not only is reduced to aniline, but undergoes further reduction to cyclohexylamine, dicyclohexylamine and cyclohexylaniline. The proportions of these reaction products obtained will depend on the reaction temperature and the amount of hydrogen used. At low temperatures, such as 180-200 C, the main product is aniline, while at higher temperatures, such as <B> 220-270 </B> <I> C, </ The main reaction products are hydrogenated amino compounds.
A suitable excess of reducing gases can be used, which may be 5 to 15 times the theoretical amount necessary for the reduction and hydrogenation to be effected.
Example <I> 5: </I> 15 to 20%, by weight, of copper nitrate in solution are impregnated with 60 parts of pumice stone powder which is subsequently treated with a quantity of hydrate solution of <B> 10% </B> sodium sufficient to precipitate copper as a hydrate in a finely divided state throughout the pumice powder. This product is then stirred in 24 to 80 parts of a commercial sodium-based water glass solution which has been sufficiently diluted with water so that the pumice powder can be held in suspension therein.
This suspension is then made weakly ammoniacal, and then 9 parts of copper in the form of cuprammonium nitrate, or cuprammonium carbonate, diluted, and one part of aluminum in the form of a saturated solution of sodium aluminate.
A sufficient quantity of <B> 10% </B> copper nitrate solution is then introduced in a thin stream to precipitate a sodium-aluminum-vented base exchange body, which is diluted with < B> there </B> pumice stone powder impregnated with <B> hydrate </B> copper. The reaction product should be neutral or alkaline with respect to phenolphthalein, or be only weakly acidic thereto, being strongly alkaline α. with regard to the sunflower in all cases.
The precipitate is pressed, washed moderately, dried at 80--100 ° C., then broken into pieces. Preferably reduced with gases containing hydrogen, at 220-850 C, <B> the </B> product obtained which then constitutes a firm contact mass, non-pyrophoric and giving no dust, which is eminently suitable as a catalyst for the reduction of nitro compounds to amines by means of gases containing hydrogen. So, for example, nitrobenzine can be reduced to aniline at 180-260 C, especially in a circulatory process with a large excess of hydrogen.
The circu latory process allows a very complete and efficient use of all the hydrogen and the yields reach almost theoretical values.
Care should be taken in choosing the materials used in the construction of the converter. The converter should preferably be made of copper or, at the very least, those parts thereof which come into contact with the reaction gases should have a copper surface. If iron is used in the converter, it is desirable to render it inert by coating it with the disclosed contact masses, or constituents thereof. Iron can also be made inert with alkali metal salts of acids of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system.
In the circulatory process, the aniline and water formed by the reduction of nitrobenzine are separated from the gases containing excess hydrogen before they are put back into circulation. The gases containing hydrogen are then adjusted to the desired volume and the desired quantity of nitrobenzine is supplied to them. Almost quantitative yields are easily obtained in such a process. .- Example <I> 6:
</I> Mix with 50 parts of monazite sand waste, 50 parts of glaucosil (residue, washed with acid, green sand) and 50 parts of copper ore as <B> there </B> malachite, 45 to 55 parts of SiO 'in the form of a sodium-based water glass solution sufficiently diluted with water, the dilution being sufficient so that the suspension remains just easy to stir.
10 parts of AlzO3 in the form of saturated sodium aluminate solution are stirred therein and the mixture is then treated with 15 parts of cupric nitrate, containing 3 molecules of water, as a 25-30% solution. , and 20 parts of a saturated solution of chromium nitrate containing 9 molecules of water. A base exchange body precipitates which is separated and washed in the usual manner.
After drying the. mass at temperatures preferably below <B> 100 </B> C, it is subjected to the action of a humid atmosphere, then it is placed on a filter and hydrated by running off water on it. After hydration is complete, the water is replaced with 2-3% hydrochloric or nitrogen acids to remove some of the exchangeable alkali metal present in the base exchange body.
The leaching treatment is continued until 25-30% of the exchangeable alkali has been removed, after which the diluted base exchange body, partially sivated, is washed thoroughly in order to free it from hydrochloric acid. . or nitrogen, and we dry it again.
The contact mass obtained as described above is very effective for the catalytic reduction of aromatic nitro compounds and, especially, for the production of a-naphthylamine starting from a-nitronaphthaline at 240-280 C, in the presence a strong excess of hydrogen, preferably in a circulatory process. The obtained α-naphthylamine is practically pure.
In the same way, aniline can be produced starting from ni-trobenzine at 200 ° C., toluidines starting from the corresponding nitrotoluenes, at 220-230 ° C., from 1-amino-2. 3-dimethylbenzine starting from the corresponding nitroxylene, or amino-chlorobenzines starting from the corresponding chloronitrobenzines.
at 200-210 C, diaminophenols as well as dinitrophenols, at <B> 260 </B> C. and phenylenedia, mine starting from dinitrobenzine, at 2G0 C, in the presence of excess gas containing hydrogen, such as hydrogen and water gas. Both the yields and the purity are excellent.
The contact mass described in this example is. very resistant to deterioration by impurities present in the reaction gases. However. it is advantageous to make use, like my earlier ones, of purified benzines. in particular products free of thiophene. because by this means one can prolong the lon gévité of the mass of contact. Such benzines or their homologues can be easily and economically produced by treating with chlorine in the presence, or in the absence, of catalysts, in particular those which favor the chlorination of impurities.
The traces of chlorine which may remain in this, benzines or their counterparts do not affect the contact mass and the nitro compounds produced by means of such benzines can be used in the, crude form, without preliminary distillation and without this diminishing the effectiveness of the contact mass for months of use.
If the described contact mass is washed more thoroughly to remove as much of the exchangeable alkali as possible, the resulting contact mass can be effectively used for the reduction of nitromethane to metlivlamine, at 180 ° C. in the presence of a strong excess of bvdrogen. The yields are excellent and the product is free of unrestrained nitromethane.
Similar results can be obtained when the copper is partially or totally replaced by corresponding tin compounds. A desirable additional catalytic effect can also be obtained, for many of the reductions described above, by the incorporation of small amounts of silver, nickel, cobalt or iron compounds into the base exchange bodies. training course.
Example <I> i </I> Base exchange bodies, natural or artificial, can be effectively used as carriers or skeletons for catalytic constituents for the reduction of nitrogenous organic compounds. An example of such a contact mass is as follows:
45-55 parts of S102 are mixed in the form of a dilute sodium-based soluble glass solution with enough kieselguhr or pumice powder to keep the mixture just easy to stir, then combine with the suspension. of kieselguhr in water glass 10 parts of A120 'in the form of 10% sodium aluminate, prepared by dissolving freshly precipitated aluminum hydrate. To the aluminate-soluble glass suspension is added, with vigorous stirring, a 10-fold solution of aluminum chloride or nitrate containing 7.5 parts of A120 ', with or without the addition of silicates such as calcium silicates or magnesium.
A gelatinous mass precipitates which, after suitable separation and drying, is formed. hydrate with water. The mass obtained has practically no catalytic efficiency for the reduction of nitro compounds. The product is then washed with a 2-3% solution of sulfuric, hydrochloric or nitrogenous acid in order to remove the maximum amount of exchangeable alkali. The resulting leached base exchange body is impregnated with solutions or suspensions of tin or copper compounds or a mixture of the two.
Thus, for example, one can introduce in this way copper formate, copper oxalate, copper nitrate, or freshly precipitated copper carbonate, with or without the presence of silver or zinc salts. . The mass obtained, which is suitable for the catalytic reduction of aromatic compounds nitrated to the corresponding amines, for example: from nitrobenzine to anil, is then reduced with gases containing hydrogen at 250-300 C, the conditions reaction being the same as those described in the first examples.
If we push the leaching further, (the way to remove part of the aluminum oxide as well as the exchangeable alkali, we obtain a complex compound of silicic acid, diluted with silicates, which is an excellent diluent for base exchange bodies due to its high absorbency and adsorbing power. Any other natural or artificial zeolite, diluted or undiluted, can be treated in the same way as the three-component zeolite described above. above.
Example <I> 8: </I> We dilute with 8 to. 70 volumes of water. 10 to 50 parts of i02 <B> Sol ,, </B> form a commercial sodium-based water glass solution and ammonia is added until the cloudiness that forms first disappears. In this solution, kieselguhr, pumice powder is stirred. charcoal, colloidal SiO2, or nickel ore, silver free, powdered, up to. what the mixture remains just easy to stir.
Prepare a 10% aluminum nitrate solution and dissolve 30 parts of nickel nitrate, containing 6 molecules of water, in diluted ammonia water to form a complex solution of nickel nitrate. ammonium. This latter solution is stirred into the water glass suspension and sufficient aluminum nitrate solution is added until the reaction mixture becomes weakly alkaline or neutral to phenolphthalein. A firm, light blue jelly precipitates, which when stirred turns into an easily filterable aggregate. The precipitate is a dilute base exchange body containing nickel and aluminum in non-exchangeable form,
and sodium and ammonium in exchangeable form. The mechanical strength of the product can be increased by washing with dilute water glass solution and drying; it constitutes an excellent mass cl, contact for the catalytic reduction of. organic nitrogen compounds.
The contact mass thus prepared can also be pulverized and reduced with gases containing hydrogen at 250-350 C and can be used for the catalytic reduction of nitrogenous organic compounds in the liquid phase, at room temperature. one operates either at high temperatures, with or without pressure. It is also possible to rob or cover with the finely divided contact mass, carrier materials of natural or artificial origin, such as pumice stones, diatomaceous stones, fragments of pottery, metal granules, etc.
the artificial carrier materials include the hieselguhr-soluble glass compositions. Organic or inorganic adhesives can be used to adhere the contact mass to the carrier fragments. These contact masses can be used for vapor phase or liquid phase reductions of organic nitrogen compounds. When the reaction is carried out in the liquid phase, the nitrogenous organic compounds are preferably salted, in the form (the liquid or solutions, on the contact mass fragments,
in a tower in the presence of hydrogen or gas containing it, which can advantageously pass in countercurrent with respect to the liquid.
Base exchange bodies which form valuable reduction catalysts can be prepared by replacing part or all of the aluminum nitrate with corresponding solutions of thorium, titanium, chromium, beryllium salts. , zinc, zirconium, vanadium, cadmium, lead, copper, silver, - gold or tin. The particular strength of the solution is not essential and may vary considerably.
Similar products can also be obtained; by substituting water-decomposing cations for the alkali metal cations such as aluminum, thorium, titanium, chromium, beryllium, zirconium, vana dium or zinc. In some cases, it is also desirable to introduce nickel by base exchange. The introduction of alkaline earth metals by base exchange is also sometimes advantageous, since it increases the resistance of the contact mass to harmful agents present in the reactive gases or vapors.
We. can form bodies resembling the salts of the exchange bodies (the bases described above by reacting them with salts of the acids of tungsten, chromium, molybdenum or vanadium, after the exchange of bases has taken place. of catalytic elements, such as aluminum, thorium, titanium, chromium and zirconium. is particularly advantageous in compositions of contact masses of this kind, especially when used for the reduction of nitro compounds, because these reactions result in the.
water formation as one of the cl # @ reaction products.
The contact masses described. when we make it; use at low temperatures, avc- strong excess of hydrogen. act to transform nitrated aromatic compounds. like nitrobenzine, in high purity amines, especially when the temperature is between 120 and 200 C.
At higher temperatures, from 220 to 300 ° C. the amines begin to hydrogenate to compounds such as cyclohexylamine, dicyclohexylamine and cyclohexylaniline, in the case of nitrobenzine, and as the temperature rises. these hydrogenated compounds become the main products of the reaction. Nitro aliphatic compounds. in the presence of a large excess of gas containing hydrogen. donate amines at 180--250 C.
Alkyl nitrite, oximes, Schiff's bases and lc-nitriler can also be reduced to valuable amino compounds, by the usual methods, in the presence of catalysts described above.
It is also possible to reduce heterocyclic compounds. Thus, for example, pyrrol can be reduced to pyrrolidine. pyridine to amylamine, with rupture of the. closed chain, convert quinoline to tetrahydroquinoline at 200 C, etc.
Examples of reductions in the liquid phase are the reductions of solutions of Schiff's bases <: r secondary amines, at the temperatures of the places where the operation is carried out, by making use of a: mass of 2ontact sprayed, as described, the quantity of contact mass being about 40 to <B> 50% </B> of the Schiff base which is used, and taking care to obtain a constant and intimate mixture of catalyst with the Schiff base to ensure the best results.
Examples of high temperature and high pressure reductions, making use of the contact mass compositions described above, are the reduction of nitro-benzine with 10 to <B> 15% </B> finely contact mass. sprayed, at 100-120 C, under a pressure of 10 to 15 atmospheres of hydrogen: aniline is the main product, but it is possible to stop the reaction at intermediate phases, such as azoxy phases, a.zo and hydrazo. by varying the amount of hydrogen which is used.
<I> Example 9: </I> 100 parts of a zeolite such as "periilutite", which can be obtained chemically for water softening, are treated with a 3-3 copper nitrate solution. 5 until a maximum amount of exchangeable alkali is replaced by copper oxide. It is advantageous to use base exchange bodies having a strong exchanger capacity (the bases and, preferably, use will be made of aluminosilicate type zeolites. Other zeolites of the same type, in which aluminum is replaced in part or in whole by other amphoteric metal oxides, also have a strong base exchange power.
The copper zeolite, prepared as described above, can be applied for the catalytic reduction of aromatic nitro compounds, such as nitrobenzine, nitrotoluene or nitranisol, to corresponding amines in the presence of 10 to 15 times the theoretical amount of hydrogen. in a circulating process. It is also possible, instead of a gas containing hydrogen, to make use of carbon monoxide and water vapor; when, for example, nitrobenzine vapors are mixed with sodium oxide. carbon and va scared of water and passed over 1a.
contact mass at 200-220 C, the result is an aniline of excellent purity.
Instead of introducing copper, we can introduce. likewise other catalytically active radicals making use of, for example, a 5-10 ic # solution of nickel nitrate which is run off repeatedly. on the zeolite at 40-50 C, to introduce a maximum of nickel. Such contact masses can be used for the. reduction of nitrobenzine to aniline by porizing nitrobenzine and steam at 110-130 C, mixing with hydrogen gas and passing over the contact mass under the appropriate loads.
A high-quality, nitrobenzine-free aniline is thereby obtained. In a similar fashion, orthonitranisol can be reduced to orthoaminanisol.
We can still measure the contact masses described, to increase their efficiency, by subjecting them to (reactions with acid salts of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as vanadium, chromium and molybdenum, in order to to form what are called salt-like bodies. This can be done advantageously by running a <B> 1% solution. </B> for example an ammonium vanadate solution on the contact mass, then washing the body, resembling a salt, obtained.
The resulting contact masses, containing nickel or copper in exchangeable form, are well suited for the catalytic reduction of pyuridine to piperidine with a large excess of hydrogen-containing gas at 200 C.
The base exchange bodies described. containing copper in an exchangeable form, can also be thoroughly leached with dilute acid to remove alkali which has not been replaced by copper. The contact masses thus produced are well suited for the reduction of 3-nitro-pyridine to 3-aminopyridine of high purity, making use of an excess of hydrogen at 200-250 C.
It is also possible to use the same contact masses for the reduction of nitromethane to methylamine of higher quality. 200 C '.- Example <I> 10: </I> Is dissolved in 15 parts of water JO parts of zinc nitrate containing 6 molecules of water and sufficient concentrated sodium hydrate is added to transform zinc as the corresponding zincate.
16 parts of chromium oxide are then prepared by precipitating it with ammonia from a solution of chromium nitrate at <B> 10%. </B> The chromium oxide precipitates in the water. state of fine division and after washing it completely, it is stirred in 150 parts of water to form a slurry. A third solution is prepared of 48 parts of copper nitrate, containing 3 molecules of water, dissolved in 280 parts of water, or a corresponding amount of SnCl-. 3 H20, and the suspension of chromium oxide is stirred therein.
The mixture is then poured into the zincate solution, with vigorous stirring, taking care that the reaction mixture always remains alkaline. A jelly forms which is separated by suction and dried at 80 ° C., and which forms hard glassy fragments of a non-siliceous base exchange body containing zinc and copper, or tin, and diluted with finely divided chromium oxide. The products are valuable contact masses for the reduction of nitrogenous organic compounds.
The chromium oxide can be substituted by salts of chromic acid, especially copper chromate, cadmium chromate or aluminum chromate; or salts, especially copper, vanadic acid, tungstic acid or uranic acid salts, singly or in admixture can be used.
A lead oxide can also be used as diluent; or a part of the zinc may be replaced by a corresponding amount of plumbite. When lead is present, or is the main constituent, the contact masses reduce nitro aromatic compounds to the corresponding azoxy and azo compounds at 200 ° C., in the presence of an excess of hydrogen.
When lead is absent, use can be made of the contact masses for the reduction of aromatic nitro compounds, for example of nitrophenols to aminophenals, at 250 ° C. with an excess of hydrogen, the reaction conditions being the following. same as those described in the previous examples.
<I> Example 11: </I> The following solutions are prepared: 1o Dissolve in 200 parts of water 30 parts of nickel nitrate containing 6 molecules of water and add sufficient ammonia water to 25%, until a clear solution of nickel ammonium nitrate is obtained.
4 parts of freshly precipitated aluminum hydrate are slurried with 50 parts of water. then treated with sufficient sodium hydrate solution of ten times the normal strength to form a clear solution of sodium aluminate.
3c 1.0 parts of chromium nitrate are dissolved in 150 parts of water with 9 molecules of water, then treated with sufficient sodium hydrate solution, of a strength tenfold than normal . to form sodium chromite.
4o Is dissolved in 50 parts of water 8 parts of zinc nitrate and treated with a quantity of sodium hydrate solution, of a strength ten times the normal, sufficient to form sodium zincate.
51 '40 parts of nickel nitrate are dissolved in 200 parts of water with 6 molecules of water.
60 11 parts of zirconium nitrate are dissolved in 150 parts of water with 5 molecules of water.
70 16 parts of titanium nitrate are dissolved in 160 parts of water. Solutions 1, 1, 3 and 4 are mixed together and stirred therein 300 parts of kieselguhr, pumice powder or activated charcoal, or a mixture thereof. These diluents can also be replaced, in part or in whole, with silver-free nickel ore. The solutions 5, 6 and 7 are then mixed together and added to the suspension with vigorous stirring.
A gelatinous reaction product is formed which, if strongly alkaline with respect to phenolphthalein, can be neutralized with 5/001 nitrogen acid until it is just neutral. results in an increased yield of base exchanger body. The reaction product can also be soiled with a saturated solution of ammonium carbonate.
Once dried at temperatures preferably below 100 ° C., the product constitutes a base exchange body containing sodium,. ammonium, nickel, aluminum, chromium, zinc, zirconium and titanium. When broken into fragments, the contact mass can be used for the catalytic reduction of aromatic nitro compounds to hydrogenated amines, for example: from nitrobenzine to cyclohexylamine at 240-260 ° C.
The contact mass can also be leached with dilute hydrochloric acid to remove the exchangeable alkali to the maximum extent. The leached base exchange body, in particular in the form of a fine powder, can be used for the reduction of nitro compounds in the liquid phase. When copper is used instead of nickel, the leached contact masses are well suited for very sensitive catalytic reductions of organic nitro compounds, for example: for the reduction of 3-nitropyridine to 3-aminopyridine in the presence of 'excess hydrogen at 180-200 C.