DD298636A5 - PROCESS FOR PREPARING OVER DIETHANOLAMINE CONTAINING REACTION MIXES FROM THE IMPLEMENTATION OF ETHENOXIDE AND AMMONIA - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diethanolamin durch Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid in der Gasphase an einem heterogenen Katalysator. Als Katalysator wird ein kristallines Silikat vom Pentasiltyp verwendet. Die Umsetzung wird bei Normaldruck im Temperaturbereich zwischen 100 und 250C durchgefuehrt.{Diethanolamin; Ethenoxid; Ammoniak; Gasphase; Normaldruck; heterogener Katalysator; Silikat vom Pentasiltyp}The invention relates to a process for the preparation of diethanolamine by reacting ammonia and ethene oxide in the gas phase over a heterogeneous catalyst. The catalyst used is a crystalline silicate of the pentasil type. The reaction is carried out at normal pressure in the temperature range between 100 and 250 ° C. {diethanolamine; ethene oxide; Ammonia; Gas phase; Normal pressure; heterogeneous catalyst; Silicate pentasil type}
Description
Es ist bekannt, daß bei der Reaktion zwischen Ammoniak und Ethenoxid in Gegenwart von Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel ein Gemisch aus Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin entsteht. In welchem Verhältnis zueinander die einzelnen Ethanolamine gebildet werden, hängt fast ausschließlich vom Verhältnis der Au "ngsstoffe Ammoniak und Ethenoxid ab und kann damit in relativ weiten Grenzen variiert werden. Es ist jedoch auf ü^e Weise nicht möglich, Diethanolamin als Hauptprodukt zu gewinnen. Der höchste so erreichbare Gehalt an Diethanolamin im Reaktionsgemisch der Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid beträgt ca. 35%, bezogen auf Masse, wobei bereits ca. 30%, bezogen auf Masse Triethanolamin, gebildet werden und noch ca. 35%, bezogen auf Masse Monoethanolamin vorn-indan sind, (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage)It is known that in the reaction between ammonia and ethene oxide in the presence of water or another polar solvent, a mixture of monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine is formed. The ratio of the individual ethanolamines to each other depends almost exclusively on the ratio of ammonia and ethene oxide and can thus be varied within relatively wide limits, but it is not possible in the usual way to obtain diethanolamine as the main product. The highest achievable content of diethanolamine in the reaction mixture of the reaction of ammonia and ethene oxide is about 35%, based on mass, already about 30%, based on the weight of triethanolamine, are formed and still about 35%, based on the weight of monoethanolamine front-indan are, (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition)
Die Gewinnung des reinen Diethanolamine aus diesem Reaktionsgemisch erfolgt durch Destillation und erfordert einen hohen energetischen Aufwand, insbesondere wegen der Abtrennung des überschüssigen Ammoniaks und des zur Beschleunigung der Reaktion unbedingt erforderlichen Wassers.The recovery of the pure diethanolamine from this reaction mixture is carried out by distillation and requires a high energy expenditure, in particular because of the separation of the excess ammonia and the water necessary to accelerate the reaction.
Es ist weiterhin bekannt, Diethanolamin durch ' Jmsetzung von Monoethanolamin mit Ethenoxid herzustellen. Die bekannten technischen Verfahren arbeiten dabei in flüssiger Phase bei erhöhtem Druck (> 2,0MPa) und einem drei- bis siebenfachen Überschuß an Monoethanolamin. Der technische Aufwand für die Druckreaktion, der Einsatz von teurem Monoethanolamin als Ausgangsstoff und der weiterhin erforderliche Überschuß an Monoethanolamin belasten in wirtschaftlich untragbarer Weise die Gewinnung von reinem Diethanolamin. (US-PS 2373199)It is also known to produce diethanolamine by the reaction of monoethanolamine with ethene oxide. The known technical processes operate in the liquid phase at elevated pressure (> 2.0 MPa) and a three to seven-fold excess of monoethanolamine. The technical effort for the pressure reaction, the use of expensive monoethanolamine as starting material and the still required excess of monoethanolamine burden in an economically intolerable manner the recovery of pure diethanolamine. (US-PS 2373199)
Es wurde weiterhin ein Verfahren beschrieben, bei dem durch Umsetzung von reinem Monoethanolamin mit Ethenoxid in der Dampfphase bei etwa der Siedetemperatur des Monoethanolamins Diethanolamin in guter Ausbeute hergestellt werden kann. Das gebildete Diethanolamin wird unmittelbar nach seiner Entstehung aus der Reaktionszone entfernt, um seine Umsetzung mit weiterem Ethenoxid zu Triethanolamin weitgehend zu vermeiden. (DE-OS 1119296) Der Hauptnachteil dieser beiden beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Diethanolamin ist der Einsatz von reinem Monoethanolamin als Ausgangsstoff. Monoethanolamin muß in einer vorgelagerten Reaktion aus wäßriger Ammoniaklösung und Ethenoxid hergestellt werden, wobei hohe Drücke und ein großer Überschuß an Ammoniak im Reaktionsgemisch erforderlich sind, um Monoethanolamin als Hauptprodukt zu erhalten. Die Gewinnung von reinem Monoethanolamin aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch erfordert dessen destillative Aufarbeitung, die wegen der Abtrennung des Wassers eine sehr energieintensive Verfahrensstufe darstellt.A process has furthermore been described in which diethanolamine can be prepared in good yield by reacting pure monoethanolamine with ethenoxide in the vapor phase at about the boiling point of the monoethanolamine. The diethanolamine formed is removed immediately after its formation from the reaction zone in order to largely avoid its reaction with further ethene oxide to triethanolamine. (DE-OS 1119296) The main disadvantage of these two methods described for the production of diethanolamine is the use of pure monoethanolamine as starting material. Monoethanolamine must be prepared in an upstream reaction of aqueous ammonia solution and ethene oxide, with high pressures and a large excess of ammonia in the reaction mixture are required to obtain monoethanolamine as the main product. The recovery of pure monoethanolamine from the resulting reaction mixture requires its work-up by distillation, which is a very energy-intensive process step because of the separation of the water.
Ziel der Erfindung ist, Diethanolamin durch Umsetzung von billigen Ausgangsstoffen mit einem verminderten technologischen Aufwand und mit einem verminderten energetischen Aufwand bei der destillativen Aufarbeitung des erhaltenen Reaktionsgemisches herzustellen.The aim of the invention is to produce diethanolamine by reaction of cheap starting materials with a reduced technological complexity and with a reduced energy expenditure in the distillative workup of the resulting reaction mixture.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Umsetzung von Ethenoxid mit Ammoniak in einem Reaktionsschritt die Ausbeute an Diethanolamin auf mindestens 50% zu erhöhen.The object of the invention is to increase the yield of diethanolamine to at least 50% in the reaction of ethene oxide with ammonia in a reaction step.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid in der Gasphase ohne Zusatz von Wasser oder eines anderen polaren Lösungsmittels an einem heterogenen Katalysator die Bildung von Diethanolamin als Hauptprodukt in einem einzigen Reaktionsschritt erfolgt. Als heterogener Katalysator wird ein kristallines Silikat vom Pentasiltyp mit der chemischen Zusammensetzung 0,9-1,2Na2O ♦ AI2O3 · 25-70SiO2 eingesetzt. Dabei erweist es sich als besonders günstig, daß das kristalline Silikat in der Form, in der es bei der hydrothermalen Synthese anfällt, eingesetzt werden kann. Die Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid wird bei Normaldruck im Temperaturbereich zwischen 100 und 250°C, vorzugsweise zwischen 150 und 2000C durchgeführt. Das molare Verhältnis Ammoniak zu Ethenoxid kann zwischen 2:1 und 12:1 variiert werden. Die Umsetzung erfolgt in einem Reaktor, der so gestaltet ist, daß die Reaktionsprodukte schnell die durch den Katalysator gebildete Reaktionszone verlassen können. Nicht umgesetztes Ammoniak und Ethenoxid werden gasförmig abgezogen und erneut umgesetzt. Das Reaktionsgemisch, das aus dem Hauptprodukt Diethanolamin sowie Monoethanolamin, Triethanolamin und geringen Mengen an Glykolen als Nebenprodukten besteht, verläßt flüssig den Reaktor und wird direkt einer destillativen Aufarbeitung zugeführt.According to the invention the object is achieved in that takes place in the reaction of ammonia and ethene oxide in the gas phase without the addition of water or another polar solvent on a heterogeneous catalyst, the formation of diethanolamine as the main product in a single reaction step. As a heterogeneous catalyst a crystalline silicate of the pentasil type with the chemical composition 0,9-1,2Na 2 O ♦ Al 2 O 3 · 25-70SiO 2 is inserted. It proves to be particularly advantageous that the crystalline silicate in the form in which it is obtained in the hydrothermal synthesis, can be used. The reaction of ammonia and ethene oxide is carried out at atmospheric pressure in the temperature range between 100 and 250 ° C, preferably between 150 and 200 0 C. The molar ratio of ammonia to ethene oxide can be varied between 2: 1 and 12: 1. The reaction takes place in a reactor designed so that the reaction products can quickly leave the reaction zone formed by the catalyst. Unreacted ammonia and ethene oxide are removed in gaseous form and reacted again. The reaction mixture, which consists of the main product diethanolamine and monoethanolamine, triethanolamine and small amounts of glycols as by-products, leaves the reactor in liquid form and is fed directly to a distillative workup.
In einem röhrenförmigen Reaktor befinden sich 5crr3 eines kristallinen Silikats vom Pentaslltyp mit der chemischen Zusammensetzung 0,9-1 Na2O * AI2O3 * 25-70SiO2 als Katalysator. Durch den Reaktor wird bei M ormaldruck ein aus Ammoniak und Ethenoxid bestehendes Gasgemisch geleitet. Dabei beträgt das molare Verhältnis von Ammoniak zu Ethenoxid 6:1. Die Belastung des Katalysators mit gasförmigem Ethenoxid beträgt 400h"1, Mit Hilfe eines Wärmeträgerkreislaufes wird der Reaktor auf 160°C temperiert. Unter diesen Reaktionsbedingungen setzen sich bei einem einmaligen Durchgang durch den Reaktor 30% des Ethenoxids um. Nach der Abtrennung der Gase wird ein flüssiges Reaktionsprodukt erhalten, das 9%, bezogen auf Masse Monoethanolamln, 55%, bezogen auf Masse Diethanolamin und 23%, bezogen auf Masse Triethanolamin sowie geringe Mengen an Ethylenglykol und Diethylenglykol enthält.In a tubular reactor are 5crr 3 of a crystalline silicate Pentaslltyp with the chemical composition 0.9-1 Na 2 O * Al 2 O 3 * 25-70SiO 2 as a catalyst. A gas mixture consisting of ammonia and ethene oxide is passed through the reactor at about atmospheric pressure. The molar ratio of ammonia to ethene oxide is 6: 1. The charge of the catalyst with gaseous ethene oxide is 400 h -1 , With the aid of a heat transfer circuit, the reactor is heated to 160 ° C. Under these reaction conditions, 30% of the ethene oxide is converted in a single pass through the reactor obtained liquid reaction product containing 9%, based on the weight of monoethanolamine, 55%, based on the weight of diethanolamine and 23%, based on the weight of triethanolamine and small amounts of ethylene glycol and diethylene glycol.
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