DE102005052376A1 - Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen durch Umsetzung von Ethylendiamin (EDA) in Gegenwart eines Übergangsmetall-Heterogenkatalysators, in dem die katalytisch aktive Masse des Katalysators vor der Behandlung mit Wasserstoff sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, Kupfers, Nickels und Kobalts enthält und der Katalysatorformkörper bei Kugelform oder Strangform jeweils einen Durchmesser von < 3 mm, bei Tablettenform eine Höhe von < 3 mm und bei allen anderen Geometrien jeweils einen Äquivalentdurchmesser L = 1/a' von < 0,70 mm aufweist, wobei a' die externe Oberfläche per Volumeneinheit (mm¶s¶·2·/mm¶p¶·3·) ist, mit:a' = A¶p¶/V¶p¶ DOLLAR A wobei A¶p¶ die externe Oberfläche des Katalysatorpartikels (mm¶s¶·2·) und V¶p¶ das Volumen des Katalysatorpartikels (mm¶p¶·3·) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen durch Umsetzung von Ethylendiamin (EDA) in Gegenwart eines Übergangsmetall-Heterogenkatalysators.
  • Ethylenamine finden u.a. Verwendung als Lösungsmittel, Stabilisatoren, zur Synthese von Chelat-Bildnern, Kunstharzen, Arzneimitteln, Inhibitoren und grenzflächenaktiven Substanzen.
  • Insbesondere Diethylentriamin (Bis(2-aminoethyl)amin; DETA) findet Verwendung als Lösungsmittel für Farbstoffe und ist Ausgangsmaterial zur Herstellung von Ionenaustauschern, Schädlingsbekämpfungsmitteln, Antioxidantien, Korrosionsschutzmitteln, Komplexbildnern, Textilhilfsmitteln und Absorptionsmitteln für (saure) Gase.
  • Zur Herstellung von Ethylenaminen, darunter insbesondere DETA, sind in der Literatur zahlreiche Verfahren beschrieben.
  • Gemäß PEP Report No. 138, „Alkyl Amines", SRI International, 03/1981, insbesondere Seiten 7, 8, 13-16, 43-107, 113, 117, liefert die Umsetzung von Dichlorethan mit Ammoniak bei Molverhältnissen von 1 : 15 Diethylentriamin (DETA) mit einem Anteil an den gebildeten Ethylenaminen von größer 20 Gew.-%. Neben 40 Gew.-% Ethylendiamin (EDA) fallen jedoch 40 Gew.-% höhere Ethylenamine an.
  • Durch Aminierung von Monoethanolamin (MEOA) mit Ammoniak (vgl. z.B. den o.g. PEP Report, US 4,014,933 (BASF AG)) kann die Bildung dieser höheren Ethylenamine (d.h. Ethylenaminen mit einem Siedepunkt über dem von Triethylentetramin (TETA)) zugunsten von Ethylendiamin weitgehend zurückgedrängt werden. Als Nebenprodukte fallen jedoch bei dieser Umsetzung Aminoethylethanolamin (AEEA) und Piperazin (PIP) an.
  • Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1981, 20, Seiten 399-407, (C.M. Barnes et al.) beschreibt die Ammonolyse von MEOA zu EDA an Nickel-Katalysatoren auf einem SiO2-Al2O3-Mischträger. Zusatz von Wasser und der gepulverte Katalysator waren angeblich vorteilhaft bei der Erhöhung der Ausbeute an EDA.
  • Die Umsetzung von EDA zu DETA an Übergangsmetallkatalysatoren ist z.B. aus GB-A-1,508,460 (BASF AG) und US 4,568,746 (UCC)) bekannt.
  • Gemäß US 4,568,746 werden an Ni/Re-Katalysatoren folgende DETA/Piperazin-Verhältnisse erzielt: DETA/PIP = 5,4-8,9 bei 33-23 %igem Umsatz, bei Temperaturen größer 170°C.
  • Gemäß GB 1,508,460 werden an Ni/Co/Cu-Katalysatoren im Festbett folgende Verhältnisse erzielt: DETA/PIP = 17-26 bei 23 %igem Umsatz, bei Temperaturen kleiner 150°C und bevorzugten Drucken von 25-45 bar. Zu den Dimensionen der Katalysatoren werden keine Angaben gemacht.
  • US 5,410,086 (Burgess) betrifft die Steuerung des DETA/Piperazin-Verhältnisses durch Einstellung der Wasserstoffkonzentration in der flüssigen Phase.
  • WO-A1-03/010125 (Akzo Nobel) beschreibt die Herstellung von Ethylenaminen aus EDA durch Transaminierung bei 135-180 °C, 5-40 MPa, in Gegenwart von H2 und eines spezifischen Katalysators, der große Mengen Nickel, z.B. 26-65 Gew.-% Ni, auf einem oxidischen porösen Träger enthält und z.B. Partikelgrößen von 0,1-10 mm aufweist, im Fest- oder Fließbett.
  • Nachteile dieser Technologien ergeben sich bei der Suspensionskatalyse u.a. aus der notwendigen Katalysator/Produkt Abtrennung. Darüber hinaus sind die Selektivitäten, z.B. für die Bildung von DETA, verbesserungswürdig.
  • WO-A-05/061430 (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute (RZA) in einem Verfahren zur Herstellung eines symmetrischen sekundären Amins (z.B. DETA) durch Umsetzung eines primären Amins (z.B. EDA) in Gegenwart von Wasserstoff und eines Katalysators bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250°C und einem Absolutdruck im Bereich von 5 bis 350 bar, indem man unter Beibehaltung der Temperatur den Absolutdruck erniedrigt.
  • WO-A-05/012223 (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen (z.B. DETA) durch kontinuierliche Umsetzung von Ethylendiamin (EDA) in Gegenwart eines Heterogenkatalysators, wobei man die Umsetzung in einer Reaktionskolonne durchführt.
  • WO-A-05/014523 (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen (z.B. DETA) durch Umsetzung von Monoethanolamin (MEOA) mit Ammoniak in Gegenwart eines Katalysators in einem Reaktor (1) und Auftrennung des resultierenden Reaktionsaustrags, wobei bei der Auftrennung erhaltenes Ethylendiamin (EDA) in einem separaten Reaktor (2) in Gegenwart eines Katalysators zu Diethylentriamin (DETA) umgesetzt und der resultierende Reaktionsaustrag der Auftrennung des aus Reaktor 1 resultierenden Reaktionsaustrags zugeführt wird.
  • Die ältere deutsche Patentanmeldung Nr. 102005019373.0 vom 26.04.05 (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen, in dem man in einer ersten Reaktionsstufe Ethylenoxid mit Ammoniak unter wasserfreien Bedingungen an einem anorganischen Ionenaustauscher kontinuierlich umsetzt, wobei das resultierende Umsetzungsprodukt Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin in einem bestimmten Gewichtsverhältnis enthält, und das Umsetzungsprodukt anschließend kontinuierlich in einer zweiten Reaktionsstufe mit Ammoniak in Gegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierkatalysator umsetzt.
  • Eine parallele deutsche Patentanmeldung mit den gleichen Anmeldetag (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen durch Umsetzung von Monoethanolamin (MEOA) mit Ammoniak in Gegenwart spezifischer Heterogenkatalysator-Formkörper.
  • Eine parallele deutsche Patentanmeldung mit den gleichen Anmeldetag (BASF AG) betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aminodiglykol (ADG) und Morpholin durch Umsetzung von Diethylenglykol (DEG) mit Ammoniak in Gegenwart spezifischer Heterogenkatalysator-Formkörper.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den Nachteilen des Stands der Technik abzuhelfen und ein verbessertes wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen, wobei es sich bei den Ethylenaminen insbesondere um Diethylentriamin (DETA), Piperazin (PIP), Triethylentetramin (TETA) und/oder höhere lineare Polyethylenamine handelt, aufzufinden.
  • Das Verfahren soll insbesondere DETA in hohen Ausbeuten, Raum-Zeit-Ausbeuten und Selektivitäten liefern.
  • Z.B. soll der Anteil an Diethylentriamin an den gebildeten Ethylenaminen im Produktmix gegenüber dem Stand der Technik erhöht sein und der Anteil an Piperazin (PIP) an den gebildeten Ethylenaminen je nach Bedarf, z.B. auf unter 15 Gew.-%, begrenzt werden können, bei einer Gesamtausbeute bezüglich DETA und Piperazin von insbesondere größer 90 %.
  • [Raum-Zeit-Ausbeuten werden angegeben in, Produktmenge/(Katalysatorvolumen·Zeit)'(kg/(IKat.·h)) und/oder, Produktmenge/(Reaktorvolumen·Zeit)'(kg/(IReaktor·h)].
  • Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen durch Umsetzung von Ethylendiamin (EDA) in Gegenwart eines Übergangsmetall-Heterogenkatalysators gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die katalytisch aktive Masse des Katalysators vor der Behandlung mit Wasserstoff sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, Kupfers, Nickels und Kobalts enthält und der Katalysatorformkörper bei Kugelform oder Strangform jeweils einen Durchmesser von < 3 mm, bei Tablettenform eine Höhe von < 3 mm und bei allen anderen Geometrien jeweils einen Äquivalent durchmesser L = 1/a' von < 0,70 mm aufweist, wobei a' die externe Oberfläche per Volumeneinheit (mms 2/mmp 3) ist, mit:
    Figure 00040001
    wobei Ap die externe Oberfläche des Katalysatorpartikels (mms 2) und Vp das Volumen des Katalysatorpartikels (mmp 3) ist.
  • Die Oberfläche und das Volumen des Katalysatorpartikels (des Katalysatorformkörpers) ergeben sich aus den geometrischen Abmessungen des Partikels (Formkörpers) gemäß den bekannten mathematischen Formeln.
  • Das Volumen kann auch nach folgender Methode berechnet werden, bei der man:
    • 1. Die innere Porosität des Formkörpers bestimmt (z. B. über Messung der Wasseraufnahme in [ml/g Kat] bei Raumtemperatur und 1 bar Gesamtdruck),
    • 2. die Verdrängung des Formkörpers beim Eintauchen in eine Flüssigkeit (z.B. durch Gasverdrängung mittels Helium-Pyknometer) bestimmt und
    • 3. die Summe beider Volumina bildet.
  • Die Oberfläche kann auch nach folgender Methode theoretisch berechnet werden, bei der man eine Umhüllende des Formkörpers definiert, deren Kurvenradien max. 5 um beträgt (um nicht die innere Porenoberfläche durch „Eindringen" der Umhüllenden in die Poren mitzunehmen) und die den Formkörper möglichst innig berührt (keine Schnittfläche mit dem Träger). Anschaulich würde das einer sehr dünnen Folie entsprechen, die man um den Formkörper legt und dann von innen ein Vakuum anlegt, so dass sich die Folie möglichst eng um den Formkörper legt.
  • Die Umsetzung von EDA zu den Ethylenaminen wie DETA unter Ammoniakabspaltung wird auch Transaminierung oder Konvertierung genannt.
  • Die Umsetzung verläuft z.B. nach den folgenden Gleichungen: 2 EDA → DETA + NH3 2 EDA → PIP + 2 NH3 3 EDA → TETA + 2 NH3 DETA + EDA → TETA + NH3
  • Das als Edukt benötigte Ethylendiamin (H2N-CH2-CH2-NH2; EDA) kann nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Umsetzung von Monoethanolamin (MEOA) mit Ammoniak hergestellt werden.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl reines EDA, z.B. in einer Reinheit > 98 Gew.-%, insbesondere > 99 Gew.-%, als auch EDA, welches Piperazin (PIP), z.B. > 0 bis 25 Gew.-% PIP, und/oder andere Ethylenamine enthält, eingesetzt werden.
  • Es kann auch das nach teilweiser oder vollständiger Abtrennung von Ammoniak und Wasser erhaltene EDA-Rohprodukt aus einer Umsetzung von MEOA mit Ammoniak eingesetzt werden.
  • Die Umsetzung von EDA zu DETA in einem Reaktor, der natürlich auch in zwei oder mehr seriell oder parallel geschaltete Reaktoren aufgeteilt sein kann, kann in Anlehnung an dem Fachmann bekannten Verfahren (siehe z.B. US 5,410,086 (Burgess) und GB-A-1,508,460 (BASF AG) und WO-A1-03/010125 (Akzo Nobel)) durchgeführt werden.
  • Die erfindungsgemäße Umsetzung erfolgt im allgemeinen bei einem Absolutdruck im Bereich von 10-200 bar, bevorzugt 15-150 bar, insbesondere bei 20-90 bar, und im allgemeinen bei erhöhter Temperatur, z.B. im Temperaturbereich von 100-300°C, insbesondere 120-250°C, bevorzugt bei 130-200°C, besonders bevorzugt bei 140 bis < 190°C, ganz besonders bevorzugt bei 145 bis < 170°C.
  • Im allgemeinen werden im erfindungsgemäßen Verfahren die Katalysatoren bevorzugt in Form von Katalysatoren eingesetzt, die entweder nur aus katalytisch aktiver Masse und gegebenenfalls einem Verformungshilfsmittel (wie z. B. Graphit oder Stearinsäure), oder den katalytisch aktiven Komponenten auf einem weitgehend inaktiven Trägermaterial bestehen.
  • Die katalytisch aktive Masse kann nach Mahlung als Pulver oder als Splitt in das Reaktionsgefäß eingebracht oder bevorzugt, nach Mahlung, Vermischung mit Formhilfsmitteln, Formung und Temperung, als Katalysatorformkörper – beispielsweise als Tabletten, Kugeln, Ringe, Extrudate (z. B. Stränge, Röhren) – in den Reaktor eingebracht werden.
  • Die Konzentrationsangaben (in Gew.-%) der Komponenten des Katalysators beziehen sich jeweils – falls nicht anders angegeben – auf die katalytisch aktive Masse des hergestellten Katalysators vor der Behandlung mit Wasserstoff.
  • Die katalytisch aktive Masse des Katalysators ist als die Summe der Massen der katalytisch aktiven Bestandteile definiert und enthält, vor der Behandlung mit Wasserstoff, bevorzugt im Wesentlichen die katalytisch aktiven Bestandteile sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, Kupfers, Nickels und Kobalts.
  • Die Summe der o.g. katalytisch aktiven Bestandteile, berechnet als Al2O3, CuO, NiO und CoO, in der katalytisch aktive Masse vor der Behandlung mit Wasserstoff beträgt zum Beispiel 70 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 80 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 90 bis 100 Gew.-%, insbesondere 95 bis 100 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt > 99 bis 100 Gew.-%.
  • Die sauerstoffhaltigen Verbindungen des Nickels, Kobalts und Kupfers, jeweils berechnet als NiO, CoO und CuO, sind bevorzugt insgesamt in Mengen von 10 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, in der katalytisch aktiven Masse (vor der Behandlung mit Wasserstoff) enthalten, wobei besonders bevorzugt das Molverhältnis von Nickel zu Kupfer größer 1 ist.
  • Die bevorzugten Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren enthalten in ihrer katalytisch aktiven Masse vor der Behandlung mit Wasserstoff
    20 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 80 Gew.-%, sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, berechnet als Al2O3,
    1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 20 Gew.-%, sauerstoffhaltige Verbindungen des Kupfers, berechnet als CuO,
    1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, sauerstoffhaltige Verbindungen des Nickels, berechnet als NiO, wobei besonders bevorzugt das Molverhältnis von Nickel zu Kupfer größer 1, bevorzugt größer 1,2, besonders bevorzugt 1,8 bis 8,5, ist, und
    1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, sauerstoffhaltige Verbindungen des Kobalts, berechnet als CoO.
  • Zur Herstellung der Katalysatoren mit der genannten Zusammensetzung sind verschiedene Verfahrensweisen möglich. Sie sind zum Beispiel durch dem Fachmann bekannte Fällungsverfahren und bevorzugt Tränkungsverfahren erhältlich.
  • Besonders bevorzugte Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren sind die in DE-A-19 53 263 (BASF AG) offenbarten Katalysatoren enthaltend Kobalt, Nickel und Kupfer und Aluminiumoxid und optional Siliciumdioxid mit einem Metallgehalt von 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Katalysator, wobei die Katalysatoren, berechnet auf den Metallgehalt, 70 bis 95 Gew.-% einer Mischung aus Kobalt und Nickel und 5 bis 30 Gew.-% Kupfer enthalten und wobei das Gewichtsverhältnis von Kobalt zu Nickel 4 : 1 bis 1 : 4, insbesondere 2 : 1 bis 1 : 2, beträgt, beispielsweise der in den dortigen Beispielen verwendete Katalysator mit der Zusammensetzung 10 Gew.-% CoO, 10 Gew.-% NiO und 4 Gew.-% CuO auf Al2O3.
  • Besonders bevorzugte Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren enthalten kein Rhenium (Re).
  • Der eingesetzte Katalysator weist bevorzugt eine Schüttdichte im Bereich von 0,6 bis 1,2 kg/l auf.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass besonders hohe DETA-Selektivitäten erhalten werden, wenn der Katalysator in Form kleiner Formkörper eingesetzt wird. Mit kleinem Formkörper sind solche gemeint, deren Durchmesser bei Kugelform jeweils unterhalb von 3 mm, insbesondere unterhalb von 2,5 mm, z.B. im Bereich von 1 bis 2 mm, liegt.
  • Entsprechend sind mit kleinem Formkörper auch solche gemeint, deren Durchmesser bei Strangform (Stranglänge >> Strangdurchmesser) oder deren Höhe bei Tablettenform (Tablettendurchmesser >> Tablettenhöhe) jeweils unterhalb von 3 mm, insbesondere unterhalb von 2,5 mm, z.B. im Bereich von 1 bis 2 mm, liegt.
  • Bei allen anderen Geometrien weist der Katalysatorformkörper im erfindungsgemäßen Verfahren jeweils einen Äquivalentdurchmesser L = 1/a' von < 0,70 mm, insbesondere von < 0,65 mm, z.B. im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm, auf, wobei a' die externe Oberfläche per Volumeneinheit (mms 2/mmp 3) ist, mit:
    Figure 00070001
    wobei Ap die externe Oberfläche des Katalysatorpartikels (mms 2) und Vp das Volumen des Katalysatorpartikels (mmp 3) ist.
  • (L = Spezifische Dimension eines Katalysatorformköpers).
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren sind durch die kleine spezifische Dimension der Katalysatorpartikel die Diffusionswege der Reaktanden und auch der Produkte geringer. Die mittlere Verweilzeit der Moleküle in den Poren und die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Folgereaktion werden hierdurch herabgesetzt. Als Folge der definierten Verweilzeit kann damit eine erhöhte Selektivität, insbesondere in Richtung des erwünschten DETAs, erreicht werden.
  • Bevorzugt liegt der Katalysator als Festbett in einem Reaktor vor. Bei dem Reaktor handelt es sich bevorzugt um einen Rohrreaktor oder Rohrbündelreaktor. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung von EDA im Reaktor im geraden Durchgang.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt im rohen Verfahrensprodukt der Anteil an DETA, bezogen auf die gebildeten Ethylenamine DETA, PIP und TETA (also ohne Wasser und NH3), größer 50 Gew.-%, besonders größer 60 Gew.-%, ganz besonders größer 70 Gew.-%, z.B. im Bereich von 70 bis 90 Gew.-%.
  • Zur Aufrechterhaltung der Katalysatoraktivität werden bevorzugt 0,005-5,0, besonders 0,01-0,30, Gew.-% Wasserstoff (jeweils bezogen auf den Reaktorfeed EDA + H2) in den Reaktor gefahren.
  • Im bevorzugt kontinuierlichen Betrieb werden bei einer WHSV (weight hourly space velocity) im Bereich von 0,1-5,0, bevorzugt 0,5 bis 2,5, weiter bevorzugt 0,6 bis 2,0, kg/kg·h (kg EDA pro kg Kat. pro Stunde) im Umsatzbereich von 15-30 % Selektivitäten (S) bezüglich DETA von bevorzugt ≥ 75-90 %, z.B. 80-85 %, erreicht.
  • Typischerweise liegt bei einem EDA-Umsatz (U) von 30 % die Selektivität S(DETA) bei 75-80 % oder bei einem EDA-Umsatz von 15 % die Selektivität S(DETA) bei 85-90 %.
  • Als Nebenprodukte fallen im erfindungsgemäßen Verfahren geringe Mengen an Piperazin (SPIP im allgemeinen 5-15 %) und Triethylentetramin (STETA im allgemeinen 5-12 %) an.
  • Bei der Umsetzung von EDA zu DETA fallen diese beiden Amine im Reaktionsprodukt im Allgemeinen im Gewichtsverhältnis EDA : DETA = 50-90 : 20, z.B. 70 : 20, an. Hier wird z.B. bei einem EDA-Umsatz von 30 % eine DETA-Selektivität von ca. 75-80 % erzielt.
  • Im Allgemeinen enthalten die Reaktionsrohprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens nur geringe Mengen an tertiären Aminen als Reaktionsnebenprodukte (in der Regel in Mengen < 10 Gew.-%, insbesondere < 5 Gew.-%, ganz besonders 0 bis 3 Gew.-%).
  • Die Aufarbeitung der im erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Produktströme, die vor allem das besonders gewünschte DETA, aber auch Triethylentriamin (TETA), PIP und unumgesetztes EDA enthalten, kann nach dem Fachmann bekannten Destillationsverfahren erfolgen. (Vergl. z.B. PEP Report No. 138, „Alkyl Amines", SRI International, 03/1981, Seiten 81-99, 117, und DE-A-10349059 (BASF-AG)).
  • Die zur destillativen Reingewinnung der einzelnen Produkte, vor allem des besonders gewünschten DETAs, benötigten Destillationskolonnen können durch den Fachmann mit ihm geläufigen Methoden ausgelegt werden (z.B. Zahl der Trennstufen, Rücklaufverhältnis, etc.).
  • Die Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags erfolgt insbesondere durch mehrstufige Destillation.
  • Zum Beispiel erfolgt die Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags in zwei Trennsequenzen durch mehrstufige Destillation, wobei in der ersten Trennsequenz zunächst Ammoniak und gegebenenfalls vorhandener Wasserstoff abgetrennt werden und in der zweiten Trennsequenz eine Auftrennung in unumgesetztes EDA sowie PIP, DETA, AEP (N-(2-Aminoethyl)-piperazin), TETA und höhere Ethylenamine erfolgt.
  • Bei der Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags anfallender Ammoniak und/oder anfallendes EDA werden bevorzugt in die Umsetzung zurückgeführt.
  • Beispiele
  • Folgende Katalysatoren wurden zur Konvertierung von EDA zu DETA eingesetzt: Alle Katalysatoren waren Cu/Co/Ni/gamma-Al2O3 – Katalysatoren wie z.B. in DE-A-19 53 263 (BASF AG) offenbart und durch Tränkung hergestellt.
  • Die Katalysatoren 1 und 2 wiesen folgende Zusammensetzung vor ihrer Behandlung (Aktivierung) mit Wasserstoff auf:
    10 Gew.-% CoO, 10 Gew.-% NiO und 4 Gew.-% CuO auf gamma-Al2O3.
  • Katalysator 1 wurde durch Tränken von gamma-Al2O3-Strängen mit 1,5 mm Durchmesser erhalten.
  • Katalysator 2, ebenfalls durch Tränkung hergestellt, lag in Form von Strängen (Durchmesser: 4 mm) vor.
  • Figure 00090001
    • 1) mittlerer Strangdurchmesser
    • 2) mittlere Stranglänge
  • Die Umsetzung von EDA zu den gewünschten Ethylenaminen an den Katalysatoren 1 und 2 (Vergleichsbeispiel mit 4 mm Durchmesser-Strängen) erfolgte in einem 100 ml Rohrreaktor in Gegenwart von Wasserstoff (0,1 Gew.-%) zur Erhaltung der katalytischen Aktivität.
  • Bedingungen und Ergebnisse siehe die folgende Tabelle.
  • Figure 00100001
    •

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen durch Umsetzung von Ethylendiamin (EDA) in Gegenwart eines Übergangsmetall-Heterogenkatalysators, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Masse des Katalysators vor der Behandlung mit Wasserstoff sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, Kupfers, Nickels und Kobalts enthält und der Katalysatorformkörper bei Kugelform oder Strangform jeweils einen Durchmesser von < 3 mm, bei Tablettenform eine Höhe von < 3 mm und bei allen anderen Geometrien jeweils einen Äquivalentdurchmesser L = 1/a' von < 0,70 mm aufweist, wobei a' die externe Oberfläche per Volumeneinheit (mms 2/mmp 3) ist, mit:
    Figure 00110001
    wobei Ap die externe Oberfläche des Katalysatorpartikels (mms 2) und Vp das Volumen des Katalysatorpartikels (mmp 3) ist.
  2. Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Ethylenaminen um Diethylentriamin (DETA), Piperazin (PIP) und/oder Triethylentetramin (TETA) handelt.
  3. Verfahren zur Herstellung von Ethylenaminen nach Anspruch 2, wobei der Anteil an DETA bezogen auf die gebildeten Ethylenamine größer 50 Gew.-% beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorformkörper bei Kugelform oder Strangform jeweils einen Durchmesser von < 2,5 mm, bei Tablettenform eine Höhe von < 2,5 mm und bei allen anderen Geometrien jeweils einen Äquivalentdurchmesser L = 1/a' von < 0,65 mm aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von EDA in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von EDA bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 300°C durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von EDA bei einem Absolutdruck im Bereich von 10 bis 200 bar durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von EDA in der Gasphase und/oder Flüssigphase durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Masse des Katalysators vor der Behandlung mit Wasserstoff 20 bis 90 Gew.-% sauerstoffhaltige Verbindungen des Aluminiums, berechnet als Al2O3, 1 bis 30 Gew.-% sauerstoffhaltige Verbindungen des Kupfers, berechnet als CuO, 1 bis 40 Gew.-% sauerstoffhaltige Verbindungen des Nickels, berechnet als NiO und 1 bis 40 Gew.-% sauerstoffhaltige Verbindungen des Kobalts, berechnet als CoO, enthält.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine Schüttdichte im Bereich von 0,6 bis 1,2 kg/l aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als Festbett in einem Reaktor vorliegt.
  12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Reaktor um einen Rohrreaktor oder Rohrbündelreaktor handelt.
  13. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von EDA im Reaktor im geraden Durchgang erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags durch mehrstufige Destillation erfolgt.
  15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags in zwei Trennsequenzen durch mehrstufige Destillation erfolgt, wobei in der ersten Trennsequenz zunächst Ammoniak und gegebenenfalls vorhandener Wasserstoff abgetrennt werden und in der zweiten Trennsequenz eine Auftrennung in unumgesetztes EDA, PIP, DETA, N-(2-Aminoethyl)-piperazin (AEP), TETA und höhere Ethylenamine erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auftrennung des aus der Umsetzung resultierenden Reaktionsaustrags anfallender Ammoniak und/oder anfallendes EDA in die Umsetzung zurückgeführt wird.
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