CN101111469A - 制备双[(3-二甲基氨基)丙基]胺(双dmapa)的方法 - Google Patents
制备双[(3-二甲基氨基)丙基]胺(双dmapa)的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种通过在非均相催化剂存在下使3－(N，N－二甲基氨基)丙胺(DMAPA)连续反应而制备双[(3－二甲基氨基)丙基]胺(双DMAPA)的方法。本发明方法的特征在于在反应塔中进行所述反应。
Description
本发明涉及一种通过在非均相催化剂存在下使3-(N，N-二甲基氨基)丙胺(DMAPA)连续反应而制备双[(3-二甲基氨基)丙基]胺(双DMAPA)的方法。
将具有如下结构式的双DMAPA用作中间体或用于合成洗衣去垢添加剂、PU催化剂和缓蚀剂。
原料所需的3-(N，N-二甲基氨基)丙胺[(CH3)2N-CH2-CH2-CH2-NH2；DMAPA]可通过已知方法如通过使丙烯腈与二甲胺(DMA)反应以形成N，N-二甲基氨基丙腈(DMAPN)并随后氢化而制备。
对称的仲胺可通过借助相应伯胺使合适的醇、醛或酮催化氨基化并释放一摩尔当量的水而制备。
根据2R-NH2+H2→R-NH-R+NH3通过使伯胺在H2存在下二聚并形成NH3而由伯胺制备对称仲胺的方法也是已知的。
伯胺在过渡金属催化剂上二聚以形成相应的对称仲胺，产生多重次级产物和次级反应。该反应可在升高的温度和超计大气压力下在金属氨基化催化剂(例如Ni、Co、Cu)上进行。
EP-A1-1 431 273(BASF AG)涉及一种通过在氢气和催化剂存在下使伯胺反应而制备对称仲胺的方法，在催化剂制备中已将催化活性组分沉淀至单斜、四方或立方二氧化锆上。
EP-A1-1 270 543(BASF AG)描述了一种在氢气和催化剂存在下由伯胺制备特定仲胺的方法，其中所述催化剂包含周期表的VIII和IB族的至少一种元素或元素的化合物。然后DMAPA二聚形成双DMAPA在含Ni催化剂上发生。
由于在DMAPA转化为双DMAPA(2DMAPA→双DMAPA+NH3)中形成氨，在较高转化率下双DMAPA与氨形成DMAPA的逆反应变得日益显著。
2004年12月17日的WO申请PCT/EP/04/014394(BASF AG)涉及在氢气和催化剂存在下使伯胺反应而制备对称仲胺的方法中通过降低绝对压力并保持温度而增加时空产率(STY)的方法。
在文献中已知在反应塔中进行的将醇加成至烯烃以形成相应醚[例如MTBE(甲基叔丁基醚)和TAME(叔戊基甲基醚)]的方法。还称作反应性蒸馏的方法例如在由K.Sundmacher和A.Kienle编辑，Wiley-VCH出版(2003)的教科书“反应性蒸馏”中详细描述。
反应性蒸馏还用于如下领域中：酯化、皂化和酯交换，乙缩醛的制备和皂化，醇盐的制备，醇醛缩合，烷基化，环氧化物的水解、烯烃的水合，异构和氢化。
2003年8月1日的德国专利申请No.10336003.4和2004年6月24日的No.102004030645.1(均为BASF AG)涉及通过在非均相催化剂存在下使乙二胺(EDA)连续反应而制备亚乙基胺的方法，其中所述反应在反应塔中进行。制备的亚乙基胺尤其为二亚乙基三胺(DETA)、哌嗪(PIP)和/或三亚乙基四胺(TEYA)。
本发明的目的为找到一种以高产率和时空产率(STY)而选择性制备双DMAPA的改进的经济的方法。
[时空产率以“产物量/(催化剂体积·时间)”(kg/(l催化剂·h))和/或“产物量/(反应器体积·时间)”(kg/(l反应器·h))报道]。
因此我们已发现一种通过在非均相催化剂存在下使3-(N，N-二甲基氨基)丙胺(DMAPA)连续反应而制备双[(3-二甲基氨基)丙基]胺(双DMAPA)的方法，其中所述反应在反应塔中进行。
本发明方法中的反应根据如下方程进行：
2DMAPA→双DMAPA+NH3
根据本发明，已认识到当双DMAPA的合成通过在反应塔中使DMAPA连续反应(反应性蒸馏)而进行时，避免了现有技术方法的缺点。由于将双DMAPA在低于反应区的位置(底部以上和/或任选侧取出口以上)从塔中连续取出，可很大地抑制次级反应且因此使得DMAPA高转化，甚至完全转化的操作成为可能。
由于从塔中连续除去氨(优选在塔顶，包括其与具有低于双DMAPA沸点的组分的混合物)，很大地抑制了双DMAPA形成DMAPA的逆反应且因此加速了双DMAPA的形成。因此反应可在不同于，有利的是低于使用标准固定床反应器(具有固定床催化剂的管式反应器)时最佳的压力范围的压力下进行。
反应塔优选具有其中DMAPA转化为双DMAPA的区域(反应区)，反应区上的富集区段和反应区下的汽提区段。
塔中的绝对压力优选为＞0至20巴，例如1-20巴，尤其是5-10巴。
塔的其中DMAPA转化为双DMAPA的区域(反应区)的温度优选为100-200℃，尤其是140-160℃。
塔中理论塔板的总数优选为5-100个，特别优选10-20个。
反应区中理论塔板数优选为1-30个，尤其是1-20个，特别优选1-10个，例如5-10个。
反应区上的富集区段中的理论塔板数优选为0-30个，特别优选1-30个，更特别优选1-10个，尤其是1-5个。
反应区下的汽提区段中的理论塔板数优选为0-40个，特别优选5-30个，尤其是10-20个。
可将DMAPA以液体或气体形式从反应区下方引入塔中。
还可将DMAPA以液体形式从反应区上方引入塔中。
在本发明方法中，优选将纯净DMAPA如纯度＞98重量％，尤其＞99重量％的DMAPA供入塔中。
还可使用从N，N-二甲基氨基丙腈(DMAPN)的氢化产物中部分或完全除去氨和氢气后所获得的粗DMAPA产物。
反应优选在氢气存在下，尤其在0.0001-1重量％，优选0.001-0.01重量％氢气存在下进行，其中所述量在每种情况下都基于供入的DMAPA的量。
优选将氢气由反应区下方引入塔中。
优选将氨、具有低于双DMAPA沸点的其它组分(在相同压力下)(低沸点物质)和可能的氢气的混合物在塔顶取出。
在塔顶取出的混合物可进一步包含部分量的未反应DMAPA。
还可将在顶部取出的混合物部分冷凝，可将氨和任何氢气主要以气体形式取出(分离出)且可将液体馏分作为回流物返回塔中。
引入塔中的回流物的量与引入塔中的进料量的重量比优选为0.1-30，特别优选0.5-10，尤其是0.5-2。
优选在塔底取出双DMAPA和具有高于双DMAPA沸点的其它组分(在相同压力下)(高沸点物质)例如三DMAPA[((CH3)2NCH2CH2CH2)3N]的混合物。在塔底取出的混合物可进一步包含部分量的未反应DMAPA或全部量的未反应DMAPA。
在本方法的一个具体实施方案中，借助反应区下的侧取出口分开所述塔。
优选经由所述侧取出口取出未反应DMAPA。
经由所述侧取出口取出的产物可进一步包含双DMAPA。
将经由所述侧取出口获得的产物以液体形式或气体形式取出。
反应区中所用的催化剂优选为包含Ni、Co、Cu、Ru、Re、Rh、Pd和/或Pt的催化剂或择形沸石催化剂或磷酸盐催化剂。
优选已经将过渡金属催化剂的金属，优选Ru、Re、Rh、Pd和/或Pt施加至氧化载体(例如Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2)或作为载体的沸石或活性炭上。
在优选实施方案中，反应区中所用的催化剂为包含Pd和作为载体的二氧化锆的催化剂。
负载型过渡金属催化剂的总的金属含量优选为＞0至80重量％，特别优选0.1-70重量％，更特别优选5-60重量％，更特别优选10-50重量％，其中所述量在每种情况下均基于载体的重量。
在优选的负载型贵金属催化剂的情况下，总的贵金属含量尤其为＞0至20重量％，特别优选0.1-10重量％，非常特别优选0.2-5重量％，更特别优选0.3-2重量％，其中所述量在每种情况下均基于载体的重量。
非均相催化剂可以固定床催化剂的形式容纳在塔中或置于塔外的单独容器中。还可将所述催化剂用作床如作为蒸馏填料中的床，将其成型以生产填充元件或成型体如受压形成腊希环，引入过滤布并成型产生卷(已知为包(bale))或柱填料，将其施加至蒸馏填料上(涂层)或用作塔中的悬浮物，优选作为塔板上的悬浮物。
在使用非均相催化反应性蒸馏的方法中，有利的是可使用由CDTech开发的“包”技术。
其它技术为具有填充或悬浮催化剂的特定的塔板结构体。
多通道填料或交叉通道填料(例如参考WO-A-03/047747)允许简单引入和排出以颗粒形式(例如球、挤出物、粒料)存在的催化剂且其对催化剂的机械应力小。
反应性蒸馏中重要的一点为提供反应发生所需的停留时间。相对于非反应性蒸馏，必须有意增加液体在塔中的停留时间。利用具有塔内件的特定结构体，如具有填充水平大为增加的泡罩塔盘的板式塔，其中在板式塔的流出轴和/或分开的外部停留容器中的停留时间长。与包含无规或有序填料的塔相比，备用填料(backup packing)提供了将液体停留时间增加约3倍的机会。
反应塔的设计(如在塔区段，即富集区段、汽提区段和反应区中的理论塔板数目，回流比等)可由本领域技术人员使用他们熟悉的方法进行。
反应塔例如描述在如下文献中：
“Reactive distillation of nonideal multicomponent mixtures”，U.Hoffmann，K.Sundmacher，1994年3月，Trondheim/挪威，
“Prozesse der Reaktivdestillation”，J.Stichlmair，T.Frey，Chem.Ing.Tech.70(1998)12，第1507-1516页，
“Thermodynamische Grundlagen der Reaktivdestillation”，T.Frey，J.Stichlmair，Chem.Ing.Tech.70(1998)11，第1373-1381页，
1997年5月9日的WO-A-97/16243，
1973年10月5日的DD专利100701，
1981年5月12日的US4,267,396，
“Reaktionen in Destillationskolonnen”，G.Kaibel，H.-H.Mayer，B.Seid，Chem.Ing.Tech.50(1978)8，第586-592页，以及其中所引的文献，
1984年8月16日的DE-C2-27 14 590，
1983年5月25日的EP-B-40724，
1983年7月6日的EP-B-40723，
1988年4月14日的DE-C1-37 01 268，
1985年9月12日的DE-C1-34 13 212，
“Production of potassium tert-butoxide by azeotropic reactiondestillation”，Wang Huachun，Petrochem.Eng.26(1997)11，
“Design aspects for reactive distillation”，J.Fair，Chem.Eng.10(1998)，第158-162页，
1995年8月9日的EP-B1-461 855，
“Consider reactive distillation”，J.DeGarmo，V.Parulekar，V.Pinjala，Chem.Eng.Prog.3(1992)，
1995年6月28日的EP-B1-402 019，
“La distillation reactive”，P.Mikitenko，Pétrole et Techniques 329(1986)，第34-38页，
“Geometry and efficiency of reactive distillation bale packing”，H.Subawalla，J.González，A.Seibert，J.Fair，Ind.Eng.Chem.Res.36(1997)，第3821-3832页，
“La distillation reactive”，D.Cieutat，Pétrole et Techniques 350(1989)，“Preparation of tert-amyl alcohol in a reactive distillation column”，J.González，H.Subawalla，J.Fair，Ind.Eng.Chem.Res.36(1997)，第3845-3853页，
“More uses for catalytic distillation”，G.Podrebarac，G.Rempel，Chem.Tech.5(1997)，第37-45页，
“Advances in process technology through catalytic distillation”，G.Gildert，K.Rock，T.McGuirk，CDTech，第103-113页，
2003年6月12日的WO-A1-03/047747(BASF AG)，和WO-A1-97/35834。
在优选实施方案中，本发明方法如WO-A1-03/047747所述在进行反应性蒸馏的塔中在非均相颗粒催化剂存在下进行，其中在塔的内部具有形成中间空间的填料或填充元件，其中塔具有交替排列的第一和第二子区且所述子区的填料或填充元件的比表面积不同，这使得通过填料或填充元件的气体料流的液力直径(hydraulic diameter)与催化剂颗粒的等效直径的比例为2-20，优选5-10，其中在第一个子区中，在重力作用下将催化剂颗粒引入、分布和松散排出中间空间，在第二个子区中通过填料或填充元件的气体料流的液力直径与催化剂颗粒的等效直径的比例小于1且在第二子区中不引入催化剂颗粒。塔优选根据其气体和/或液体通过量操作，以使通过量不超过溢流条件(flooded condition)下操作时通过量的50-95％，优选70-80％，参见上述引用文献中的权利要求9和10。
在本发明方法中所获得的产物料流的后处理可通过本领域熟练技术人员已知的蒸馏方法进行，所述料流不仅包含绝大部分所需的双DMAPA，还可能包含三DMAPA和可能的未反应DMAPA(例如参考PEP ReportNo.138，“Alkyl Amines”，SRI International，03/1981，第81-99，117页)。
通过蒸馏提纯所需产物双DMAPA所要求的蒸馏塔可由本领域熟练技术人员使用他们熟悉的方法设计(例如理论塔板数、回流比等)。
在反应塔的反应区下的汽提区段中具有侧取出口的操作模式在进一步后处理以获得纯净形式双DMAPA中提供了特殊优点。
主要包含未反应DMAPA的侧取出口料流仅包含少量的双DMAPA和高沸点物质。
还可将部分量或全部量的侧取出口料流再循环至反应塔自身中。尤其有利的是侧取出口料流主要包含DMAPA和少量或不含双DMAPA。
在该操作模式中，在反应塔底部取出的料流包含较少量的低沸点物质(DMAPA)，这使得用于从双DMAPA和高沸点物质中分离出低沸点组分的塔必须应对较低的负载。
如果在低压如1-3巴下进行反应性蒸馏，则在约200-240℃的底部温度下还可获得不含DMAPA的底部出口料流。可将底部出口料流直接送去蒸馏以生产纯净的双DMAPA。
在DMAPA转化率＞30％，尤其＞40％，非常特别优选＞50％时，本发明方法使得可以＞85％，尤其＞90％，非常特别优选＞95％的选择性制备双DMAPA，其中每种情况下均基于反应的DMAPA。
实施例
实施例A
附录1中的图1显示本发明方法的实施方案，其中在低于催化填料的位置将纯净DMAPA与氢气一起连续供入反应塔中，且在底部获得包含双DMAPA，未反应DMAPA和高沸点物质(HB，即具有高于双DMAPA沸点的组分，例如三DMAPA)的混合物。在顶部分离出氨、氢气和低沸点物质(LB，即具有低于双DMAPA沸点的组分)。
实施例B
附录2中的图2显示本发明方法的实施方案，其中在低于催化填料的位置将纯净DMAPA与氢气一起连续供入反应塔中，且在底部获得包含双DMAPA和高沸点物质(HB，即具有高于双DMAPA沸点的组分，例如三DMAPA)的混合物。在顶部分离出氨、氢气和低沸点物质(LB，即具有低于双DMAPA沸点的组分)。
在反应塔的反应区下的汽提区段中的侧取出口分离出DMAPA。
Claims (34)
1.一种通过在非均相催化剂存在下使3-(N，N-二甲基氨基)丙胺(DMAPA)连续反应而制备双[(3-二甲基氨基)丙基]胺(双DMAPA)的方法，其中所述反应在反应塔中进行。
2.根据权利要求1的方法，其中所述反应塔具有多个理论塔板。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述反应塔具有其中DMAPA转化为双DMAPA的区域(反应区)，反应区上的富集区段和反应区下的汽提区段。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述塔中的绝对压力为＞0至20巴。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应区中的温度为100-200℃。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述塔中理论塔板的总数为5-100个。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应区中理论塔板数为1-30个。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应区上的所述富集区段中的理论塔板数为0-30个。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应区上的所述汽提区段中的理论塔板数为0-40个。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述反应区中所用的催化剂为包含Ni、Co、Cu、Ru、Re、Rh、Pd和/或Pt的催化剂或择形沸石催化剂或磷酸盐催化剂。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述反应区中所用的催化剂为包含Pd和作为载体的二氧化锆的催化剂。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述催化剂以床安装在反应塔中。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将所述催化剂以床安装在蒸馏填料中。
14.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述催化剂作为蒸馏填料上的涂层存在。
15.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中所述催化剂存在于位于所述塔外的停留容器中。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将DMAPA以液体形式从反应区下方引入所述塔中。
17.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中将DMAPA以气体形式从反应区下方引入所述塔中。
18.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中将DMAPA以液体形式从反应区上方引入所述塔中。
19.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将DMAPA以＞98重量％的纯度供入所述塔中。
20.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应在氢气存在下进行。
21.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述反应在基于供入的DMAPA的量为0.0001-1重量％的氢气存在下进行。
22.根据权利要求20或21的方法，其中将氢气由所述反应区下方引入所述塔中。
23.根据前述权利要求中任一项的方法，其中将氨、具有低于双DMAPA沸点的其它组分(低沸点物质)和可能的氢气的混合物在所述塔顶取出。
24.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述塔顶取出的混合物进一步包含部分量的未反应DMAPA。
25.根据权利要求23或24的方法，其中将在顶部取出的混合物部分冷凝，将氨和任何氢气主要以气体形式取出且将液体馏分作为回流物返回所述塔中。
26.根据前述权利要求中任一项的方法，其中引入所述塔中的回流物的量与引入所述塔中的进料量的重量比为0.1-30。
27.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述塔的底部取出双DMAPA和具有高于双DMAPA沸点的其它组分(高沸点物质)的混合物
28.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述塔底取出的混合物进一步包含部分量的未反应DMAPA或全部量的未反应DMAPA。
29.根据前述权利要求中任一项的方法，其中借助所述反应区下的侧取出口分开所述塔。
30.根据前述权利要求中任一项的方法，其中经由所述侧取出口取出未反应DMAPA。
31.根据权利要求29或30的方法，其中经由所述侧取出口取出的产物包含双DMAPA。
32.根据权利要求29-31中任一项的方法，其中将经由所述侧取出口获得的产物以液体形式取出。
33.根据权利要求29-31中任一项的方法，其中将经由所述侧取出口获得的产物以气体形式取出。
34.根据前述权利要求中任一项的方法，用于在DMAPA转化率＞50％时，以基于DMAPA为＞90％的选择性而制备双DMAPA。
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