JP2003038958A - 芳香族アミン製造触媒の製法 - Google Patents

芳香族アミン製造触媒の製法

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JP2003038958A JP2002145801A JP2002145801A JP2003038958A JP 2003038958 A JP2003038958 A JP 2003038958A JP 2002145801 A JP2002145801 A JP 2002145801A JP 2002145801 A JP2002145801 A JP 2002145801A JP 2003038958 A JP2003038958 A JP 2003038958A
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圭徳 金森
Hideji Ebata
秀司 江端
Kengo Tsukahara
建悟 塚原
Yasushi Hiramatsu
靖史 平松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】活性低下後に行う賦活再生操作としての水素化
分解により、急激なメタンの発生、および液体アンモニ
アの蒸発に起因する崩壊がなく、長期間使用が可能な芳
香族アミン製造触媒の製法を提供する。 【解決手段】金属成分としてのNiおよび/またはC
o、および担体としてのシリカ、アルミナ、シリカ−ア
ルミナ、チタニアおよび/またはジルコニアの可溶性塩
の混合水溶液をアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿
物、または金属成分と担体のそれぞれの可溶性塩水溶液
を別々にアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿物の混
合物を濾過し、得られた含水率30〜90重量%の沈殿
物を乾燥させずにそのまま成形することを特徴とする芳
香族アミン製造触媒の製法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は芳香族ニトリルを水
素化することにより芳香族アミンを製造する際に用いら
れる触媒の製法に関する。芳香族アミンは、硬化剤、合
成樹脂、イソシアネート等の製造原料として有用であ
る。
【0002】
【従来の技術】芳香族ニトリルの水素化には、種々の金
属を用いた触媒系が提案されている。例えば、特開昭5
1−101930号公報には、ベンゾニトリルからベン
ジルアミンおよびジベンジルアミンを製造する方法が記
載されている。このとき触媒には、ラネーニッケルペレ
ット、珪藻土錠剤上に担持させたジルコニウム助触媒還
元ニッケルおよびアルミナ錠剤上に担持させた白金が用
いられる。特開昭62−129257号公報には、アン
モニア共存下においてラネーニッケルもしくはラネーコ
バルトを用いてベンゾニトリルを水素化するベンジルア
ミンの製法が記載されている。また、特開平5−977
76号公報では、実施例に、コバルト−アルミナ触媒を
用いてベンゾニトリルを水素化してベンジルアミンを得
る方法が記載されている。特開平9−40630号公報
および特開平10−204048号公報には、ニッケル
および/またはコバルトを含有するラネー触媒を用いて
芳香族ジニトリルの2つのニトリル基の一方のみを水素
化し、芳香族シアノメチルアミンを製造する方法が記載
されている。
【0003】これらの方法は、芳香族アミンの収率が高
いという利点があるが、何れの触媒も反応中に生成した
高沸点副生物が触媒に付着し、目的アミン収率は低下す
る。また、活性低下後に行う賦活再生操作としての水素
化分解により、急激なメタンの発生、および液体アンモ
ニアの蒸発に起因する触媒の崩壊が発生し、そのため反
応差圧が上昇し、触媒の寿命は非常に短い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、活性
低下後に行う賦活再生操作としての水素化分解により、
急激なメタンの発生、および液体アンモニアの蒸発に起
因する崩壊がなく、長期間使用が可能な芳香族アミン製
造触媒の製法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を鋭意検討した結果、金属成分および担体の可溶性塩
の水溶液をアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿物を
濾過後、乾燥させずにそのまま成形して調製された触媒
が、活性低下後に行う賦活再生操作としての水素化分解
による急激なメタンの発生、および液体アンモニアの蒸
発に起因する崩壊がない触媒であることを見出し、本発
明に到達した。すなわち本発明は、金属成分としてのN
iおよび/またはCo、および担体としてのシリカ、ア
ルミナ、シリカ−アルミナ、チタニアおよび/またはジ
ルコニアの可溶性塩の混合水溶液をアルカリ水溶液に添
加して得られた沈殿物、または金属成分と担体のそれぞ
れの可溶性塩水溶液を別々にアルカリ水溶液に添加して
得られた沈殿物の混合物を濾過し、得られた含水率30
〜90重量%の沈殿物を乾燥させずにそのまま成形する
ことを特徴とする芳香族アミン製造触媒の製法に関する
ものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の触媒の金属成分としては、Niおよび/ま
たはCoが用いられる。更に追加の活性成分として、L
i、Na、K、Rb、Cs、Be、Ca、Ba、Ti、
Cu、Cr、Zn、Mn、Mg、Fe、Ga、Ge、N
b、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Bi、Al、S
i、In、Sr、CeおよびMoよりなる群から選ばれ
た少なくとも一種以上の金属成分を用いることができ
る。
【0007】本発明の金属成分の可溶性塩としては、酸
性塩が好適に用いられる。例えば、硝酸塩、硫酸塩、塩
酸塩、酢酸塩およびギ酸塩等が用いられるが、好ましく
は硝酸塩が用いられる。
【0008】本発明の担体としては、容易にゲルを形成
する担体、例えばシリカ、アルミナ、シリカ−アルミ
ナ、チタニア、ジルコニアおよびそれらを組み合わせた
ものが用いられ、これらは可溶性塩の形で触媒調製に供
される。
【0009】本発明のアルカリ水溶液には、アルカリ金
属、アルカリ土類金属およびアンモニウムの水酸化アル
カリ、炭酸アルカリおよび炭酸水素アルカリが用いられ
る。
【0010】本発明の触媒は、金属成分および担体の可
溶性塩の混合水溶液をアルカリ水溶液に添加して得られ
た沈殿物、または金属成分と担体のそれぞれの可溶性塩
水溶液を別々にアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿
物の混合物を濾過し、得られた含水率30〜90重量%
の沈殿物を乾燥させずにそのまま成形することで製造さ
れる。含水率がこれより大きいと、成形の際に触媒形状
を保てず、これより少ないと担体の結合力を保持するこ
とができず、十分強固な触媒を得ることができないた
め、活性低下後に行う賦活再生操作としての水素化分解
による急激なメタンの発生、および液体アンモニアの蒸
発に起因する触媒崩壊が発生する。乾燥させずに成形す
ることにより、担体の結合力が保たれ、強固な触媒を得
ることができる。乾燥後、バインダーもしくは水を添加
して成形した場合、担体の結合力が保持されず、十分強
固な触媒を得ることができないため、活性低下後に行う
賦活再生操作としての水素化分解による急激なメタンの
発生、および液体アンモニアの蒸発に起因する触媒崩壊
が発生する。
【0011】本発明において触媒中の担体の割合は20
〜80重量%の範囲にある。担体の割合がこの範囲より
少ないと、活性低下後に行う賦活再生操作としての水素
化分解による急激なメタンの発生、および液体アンモニ
アの蒸発に起因する触媒の崩壊が発生し、多いと活性成
分の量の減少により、十分なアミン収率が得られなくな
る。
【0012】本発明において触媒は共沈法もしくは各成
分の沈殿の混練法により製造される。例えば、Niをジ
ルコニア担体に担持させた触媒を調製する場合には、硝
酸ニッケルおよび硫酸ニッケルなどのニッケル塩水溶液
を炭酸水素アンモニウム水溶液に注下して炭酸ニッケル
スラリーを得て、そのスラリーに硝酸ジルコニウムおよ
び硫酸ジルコニウムなどのジルコニウム塩水溶液と炭酸
水素アンモニウム水溶液を同時に注下して炭酸ジルコニ
ウムを沈着することにより、沈殿スラリーを得る。この
沈殿スラリーを濾過して沈殿物を得る。
【0013】本発明の触媒は、工業的に実用化されてい
る湿式での造粒法で成形できる。例えば、ケミカルエン
ジニヤリング臨時増刊 工場操作シリーズ(造粒編)
(化学工業社昭和43年発行)の18〜32項に記載の
方法での押し出し成型品や押し出し成型品を解砕整粒機
または球形整粒機で整粒した成形品などが用いられる。
沈殿物を濾過後、含水率30〜90重量%の沈殿物をそ
のまま成形し、30〜150℃で乾燥後、焼成する。触
媒の洗浄は、沈殿スラリーの濾過後もしくは乾燥後の何
れでも行うことができる。
【0014】焼成は成形した乾燥品を200〜500
℃、好ましくは250〜450℃で空気雰囲気下、数時
間以上実施する。上記方法で得られた成形体を水素還元
する。還元は200〜600℃、好ましくは200〜5
00℃、SV=100〜1000Hr−1の1〜80
%、好ましくは1〜60%水素ガス(残りは窒素ガス等
不活性ガス)気流中で数時間行う。
【0015】本発明の触媒は芳香族ニトリル化合物を水
素化して芳香族アミンを製造する際に好適に使用でき
る。芳香族ニトリル化合物は、芳香環上にシアノ基を一
個あるいは複数個有するベンゾニトリル、フタロニトリ
ル、イソフタロニトリル、テレフタロニトリルなどのよ
うな芳香族ニトリルである。原料の芳香族ニトリル化合
物には反応に関与しない置換基を含んでいてもよい。反
応に関与しない置換基としては、例えば、アルキル基、
アルコキシ基、ハロゲン基、アミノ基、アミド基、ヒド
ロキシル基などがある。芳香族ニトリルの水素化反応に
おいては、芳香環上の置換基によって反応性が大きく変
化するが、本発明の触媒を用いると、これらの置換基を
有するものにおいても、効率よく反応が進行する。反応
は、回分式および流通式の何れの方法を用いることもで
きる。反応温度は、20〜200℃であり、好ましくは
40〜180℃の範囲である。該範囲より反応温度が低
いと原料ニトリル類の転化率が低く、一方、該範囲より
高いと目的アミン類の高沸物の生成が増加するので、目
的生成物の収率は低下する。反応液と触媒との接触時間
は、原料の種類、原料、溶媒および水素の仕込み組成、
反応温度および反応圧力によって異なるが、通常0.1
〜5.0時間の範囲である。本発明において、反応生成
物は、公知の方法を用いて溶媒と分離、回収される。例
えば、反応系から気体成分と液成分を分離後、液成分を
回収しそれを蒸留して回収される。
【0016】
【実施例】次に実施例及び比較例により、本発明を更に
具体的に説明する。但し本発明はこれらの実施例により
制限されるものではない。
【0017】実施例1 (触媒調製)炭酸水素アンモニウムNHHCO
51.6gを純水1.8kgに溶解し、よく撹拌しなが
ら、40℃に昇温し保持した。硝酸ニッケル6水和物N
i(NO・6HO 255.1g、硝酸銅3水
和物Cu(NO・3HO 15.0g、硝酸ク
ロム9水和物Cr(NO・9HO30.3gお
よびZrOとして25wt%含有する硝酸ジルコニウ
ム水溶液189.3gを1.5kgの40℃の純水に溶
解し、混合金属水溶液を調合した。この40℃に保持さ
れた混合金属水溶液を炭酸水素アンモニウム水溶液によ
く撹拌しながら加えて、沈殿スラリーを調合した。この
スラリーを80℃まで昇温し、30分同温度で保持し
た。この沈殿スラリーを濾過洗浄し、含水率70重量%
の沈殿物を得た。この沈殿物を3.0mmφで押し出し
成形後110℃で1晩乾燥し、380℃18時間空気雰
囲気下で焼成した。この成形品を水素気流中400℃で
還元した。
【0018】(触媒の崩壊試験)100mlのオートク
レーブに上記触媒50個および液体アンモニア10gを
仕込み、120℃に加熱して18時間放置した。その後
触媒を抜き出したところ触媒の亀裂および割れは認めら
れなかった。
【0019】(触媒の活性試験)100mlのオートク
レーブにイソフタロニトリル3.2g、メシチレン1
0.4g、液体アンモニア10.0gおよび上記触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、イソフタロニトリル転化率は、99.3m
ol%、メタキシリレンジアミン収率は78.6mol
%であった。
【0020】実施例2 (触媒の活性試験)100mlのオートクレーブにテレ
フタロニトリル3.2g、メシチレン10.4g、液体
アンモニア10.0gおよび実施例3で調製した触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、テレフタロニトリル転化率は、99.4m
ol%、パラキシリレンジアミン収率は81.2mol
%であった。
【0021】実施例3 (触媒調製)炭酸ナトリウムNaCO 168.7
gを純水1.4kgに溶解し、よく撹拌しながら、40
℃に昇温し保持した。硝酸ニッケル6水和物Ni(NO
・6HO 255.1g、硝酸銅3水和物Cu
(NO・3HO 15.0g、硝酸クロム9水
和物Cr(NO・9HO 30.3gおよびZ
rOとして25wt%含有する硝酸ジルコニウム水溶
液189.3gを1.5kgの40℃の純水に溶解し、
混合金属水溶液を調合した。この40℃に保持された混
合金属水溶液を炭酸ナトリウム水溶液によく撹拌しなが
ら加えて、沈殿スラリーを調合した。このスラリーを8
0℃まで昇温し、30分同温度で保持した。この沈殿ス
ラリーを濾過洗浄し、含水率74重量%の沈殿物を得
た。この沈殿物を3.0mmφで押し出し成形後110
℃で1晩乾燥し、380℃18時間空気雰囲気下で焼成
した。この成形品を水素気流中400℃で還元した。
【0022】(触媒の崩壊試験)100mlのオートク
レーブに上記触媒50個および液体アンモニア10gを
仕込み、120℃に加熱して18時間放置した。その後
触媒を抜き出したところ触媒の亀裂および割れは認めら
れなかった。
【0023】(触媒の活性試験)100mlのオートク
レーブにイソフタロニトリル3.2g、メシチレン1
0.4g、液体アンモニア10.0gおよび上記触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、イソフタロニトリル転化率は、99.0m
ol%、メタキシリレンジアミン収率は77.3mol
%であった。
【0024】実施例4 (触媒の活性試験)100mlのオートクレーブにテレ
フタロニトリル3.2g、メシチレン10.4g、液体
アンモニア10.0gおよび実施例3で調製した触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、テレフタロニトリル転化率は、99.7m
ol%、パラキシリレンジアミン収率は80.6mol
%であった。
【0025】実施例5 (触媒調製)炭酸水素アンモニウムNHHCO
7.84gを純水1.0kgに溶解し、よく撹拌しなが
ら、40℃に昇温し保持した。硝酸ニッケル6水和物N
i(NO・6HO 160.0gを1.0kg
の40℃の純水に溶解し、金属水溶液を調合した。この
40℃に保持された金属水溶液を炭酸水素アンモニウム
水溶液によく撹拌しながら加えて、炭酸ニッケルの沈殿
スラリーを調合し40℃で保持した。また、SiO
して56.0wt%およびNaOとして20.0wt
%含有するケイ酸ナトリウム57.68gを40℃の純
水608gに溶解しケイ酸ナトリウム水溶液を調合し
た。さらに、61.0wt%硝酸HNO38.21g
を40℃の純水344gに溶解し硝酸水溶液を調合し
た。このケイ酸ナトリウム水溶液および硝酸水溶液を炭
酸ニッケルの沈殿スラリーに同時に注下し、シリカを沈
着させた。このスラリーを80℃まで昇温し、30分同
温度で保持した。この沈殿スラリーを濾過洗浄し、含水
率87重量%の沈殿物を得た。この沈殿物を3.0mm
φで押し出し成形後110℃で1晩乾燥し、380℃1
8時間空気雰囲気下で焼成した。この成形品を水素気流
中400℃で還元した。
【0026】(触媒の崩壊試験)100mlのオートク
レーブに上記触媒50個および液体アンモニア10gを
仕込み、120℃に加熱して18時間放置した。その後
触媒を抜き出したところ触媒の亀裂および割れは認めら
れなかった。
【0027】(触媒の活性試験)100mlのオートク
レーブにイソフタロニトリル3.2g、メシチレン1
0.4g、液体アンモニア10.0gおよび上記触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、イソフタロニトリル転化率は、98.7m
ol%、メタキシリレンジアミン収率は79.6mol
%であった。
【0028】実施例6 (触媒の活性試験)100mlのオートクレーブにテレ
フタロニトリル3.2g、メシチレン10.4g、液体
アンモニア10.0gおよび実施例3で調製した触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、テレフタロニトリル転化率は、99.9m
ol%、パラキシリレンジアミン収率は81.2mol
%であった。
【0029】比較例1 (触媒調製)実施例1で調合した沈殿スラリーを濾過洗
浄後、含水率20重量%となるように吸引濾過を行っ
た。この沈殿物を3.0mmφで押し出し成形後110
℃で1晩乾燥し、380℃18時間空気雰囲気下で焼成
した。この成形品を水素気流中400℃で還元した。
【0030】(触媒の崩壊試験)100mlのオートク
レーブに上記触媒50個および液体アンモニア10gを
仕込み、120℃に加熱して18時間放置した。その後
触媒を抜き出したところ35個の触媒に亀裂および割れ
がみられた。
【0031】(触媒の活性試験)100mlのオートク
レーブにイソフタロニトリル3.2g、メシチレン1
0.4g、液体アンモニア10.0gおよび上記触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、イソフタロニトリル反応率は、99.3m
ol%、メタキシリレンジアミン収率は78.3mol
%であった。
【0032】比較例2 (触媒の活性試験)100mlのオートクレーブにテレ
フタロニトリル3.2g、メシチレン10.4g、液体
アンモニア10.0gおよび比較例1で調製した触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、テレフタロニトリル転化率は、99.8m
ol%、パラキシリレンジアミン収率は82.3mol
%であった。
【0033】比較例3 (触媒調製)実施例1で調合した沈殿スラリーを濾過洗
浄後、含水率10重量%となるまで乾燥した。この乾燥
品に水を添加し、含水率70重量%とした。この沈殿物
を3.0mmφで押し出し成形後110℃で1晩乾燥
し、380℃18時間空気雰囲気下で焼成した。この成
形品を水素気流中400℃で還元した。
【0034】(触媒の崩壊試験)100mlのオートク
レーブに上記触媒50個および液体アンモニア10gを
仕込み、120℃に加熱して18時間放置した。その後
触媒を抜き出したところ20個の触媒に亀裂および割れ
がみられた。
【0035】(触媒の活性試験)100mlのオートク
レーブにイソフタロニトリル3.2g、メシチレン1
0.4g、液体アンモニア10.0gおよび上記触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、イソフタロニトリル反応率は、99.0m
ol%、メタキシリレンジアミン収率は79.2mol
%であった。
【0036】比較例4 (触媒の活性試験)100mlのオートクレーブにテレ
フタロニトリル3.2g、メシチレン10.4g、液体
アンモニア10.0gおよび比較例1で調製した触媒
2.0gを仕込み、水素で10.8MPa(ゲージ)に
加圧した。このオートクレーブを120℃で圧力の変化
が認められなくなるまで振とうした。この生成液を分析
したところ、テレフタロニトリル転化率は、99.9m
ol%、パラキシリレンジアミン収率は81.1mol
%であった。
【0037】
【発明の効果】芳香族アミンの製造を行う際に、本発明
の触媒を用いることにより、賦活再生操作としての水素
化分解に起因する触媒崩壊が抑制され、触媒を長期間用
いることができる。従って、本発明の触媒を用いること
により、極めて経済的に芳香族ニトリルから芳香族アミ
ンを製造でき、本発明の工業的意義は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C07B 61/00 300 B01J 23/74 321Z (72)発明者 塚原 建悟 新潟県新潟市太夫浜字新割182番地 三菱 瓦斯化学株式会社新潟研究所内 (72)発明者 平松 靖史 新潟県新潟市太夫浜字新割182番地 三菱 瓦斯化学株式会社新潟研究所内 Fターム(参考) 4G069 AA03 AA08 BA01A BA02A BA02B BA03A BA04A BA05A BA05B BB02A BB02B BC02A BC02B BC03A BC04A BC05A BC06A BC09A BC10A BC11A BC12A BC13A BC16A BC17A BC18A BC23A BC25A BC31A BC31B BC35A BC43A BC50A BC55A BC58A BC58B BC59A BC62A BC66A BC67A BC68A BC68B BC70A BC71A BC72A BC74A BC75A BD05A CB02 CB77 EA02Y EB18Y FA01 FB08 FB09 FB66 FB67 4H006 AA05 AC52 BA02 BA03 BA04 BA05 BA06 BA07 BA08 BA11 BA12 BA16 BA18 BA19 BA20 BA21 BA22 BA23 BA24 BA25 BA26 BA55 BA81 4H039 CA71 CB30

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属成分としてのNiおよび/またはC
    o、および担体としてのシリカ、アルミナ、シリカ−ア
    ルミナ、チタニアおよび/またはジルコニアの可溶性塩
    の混合水溶液をアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿
    物、または金属成分と担体のそれぞれの可溶性塩水溶液
    を別々にアルカリ水溶液に添加して得られた沈殿物の混
    合物を濾過し、得られた含水率30〜90重量%の沈殿
    物を乾燥させずにそのまま成形することを特徴とする芳
    香族アミン製造触媒の製法。
  2. 【請求項2】金属成分が(1)Niおよび/またはC
    o、および(2)Li、Na、K、Rb、Cs、Be、
    Ca、Ba、Ti、Cu、Cr、Zn、Mn、Mg、F
    e、Ga、Ge、Nb、Ru、Rh、Pd、Ir、P
    t、Bi、Al、Si、In、Sr、CeおよびMoよ
    りなる群から選ばれた少なくとも一種以上である請求項
    1に記載の芳香族アミン製造触媒の製法。
  3. 【請求項3】金属成分の可溶性塩が酸性塩である請求項
    1または2に記載の芳香族アミン製造触媒の製法。
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