JP2005506187A - 触媒として適当な組成物 - Google Patents
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Abstract
下記の成分ａ）：
ａ）鉄または鉄含有混合物および鉄を基礎とする化合物、
を含む触媒として適当な組成物であって、
Ｘ線回折によって測定される、鉄の平均微結晶サイズの平均値が１〜３５ｎｍの範囲であることを特徴とする組成物。
ａ）鉄または鉄含有混合物および鉄を基礎とする化合物、
を含む触媒として適当な組成物であって、
Ｘ線回折によって測定される、鉄の平均微結晶サイズの平均値が１〜３５ｎｍの範囲であることを特徴とする組成物。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下記の成分ａ）：
ａ）鉄または鉄含有混合物および鉄を基礎とする化合物、
を含む触媒として適当な組成物であって、Ｘ線回折によって測定される、鉄の平均微結晶サイズの平均値が１〜３５ｎｍの範囲であることを特徴とする組成物に関する。
【０００２】
更に本発明は、このような組成物の製造方法、および触媒としてのこのような組成物の存在下にニトリル基含有化合物のニトリル基を水素化してアミノ基を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
鉄を主として含む触媒の存在下にアジポニトリルを水素化して、６−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンとの混合物またはヘキサメチレンジアミンのみを形成可能であることは、例えばWeissermel/Arpe, Industrielle Organische Chemie, Verlag Chemie, 第3版, 1988, 266頁またはＷＯ−Ａ９６／２０１６６により一般に知られている。
【０００４】
６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンは、ナイロン６またはナイロン６，６等の工業的に重要なポリマーの製造のための重要な中間体である。
【０００５】
触媒は、高い機械強度および長い作用寿命を有し、そしてこの触媒により所望の生成物の６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンまたはヘキサメチレンジアミンのみに対する高い空自収量を得ることが望ましい。特に、この水素化中に、触媒によって望まない副生成物のレベルを極めて低いものとする。
【０００６】
このような望まない副生成物は、所望の生成物からかろうじて分離することができるだけである。
【０００７】
したがって、例えば、アジポニトリルを６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンに水素化することにより、種々の量の、特にテトラヒドロアゼピン（ＴＨＡ）、１−アミノ−２−シアノシクロペンテン（ＩＣＣＰ）、２−アミノメチルシクロペンチルアミン（ＡＭＣＰＡ）、１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）およびビスヘキサメチレントリアミン（ＢＨＭＴＡ）を形成する。ＡＭＣＰＡおよびＤＣＨをヘキサメチレンジアミンから非常な困難性をもってのみ分離可能であることは、ＵＳ−Ａ３６９６１５３により知られている。更に、多量の、特にＡＭＣＰＡ、ＤＣＨおよびＴＨＡにより、相当な資本およびエネルギーコストをもたらす複雑な蒸留が必要となる。
【０００８】
ＷＯ９８／１１０５９には、α，ω−アミノニトリルを、対応のニトリルを鉄含有触媒上で水素化することにより製造する方法を開示し、その方法により、高い触媒作用寿命および選択性を示し、更に低い副生成物濃度を可能にする。したがって、実施例２において、ＨＭＤに対して、ＤＣＨ含有量３７００ｐｐｍ、ＡＭＣＰＡ含有量４３０ｍｍおよびＩＣＣＰ含有量８０ｐｐｍの条件でヘキサメチレンジアミンおよび６−アミノカプロニトリルの合計選択率９８．９％を８０℃で達成する。開示された方法の不都合は、８０℃で僅かに４７．３％であるアジポニトリルの低い転化率である。したがって、この方法による空自収量は満足できるものではない。
【０００９】
【特許文献１】
ＷＯ９８／１１０５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、触媒として適当である鉄含有組成物であって、その組成物の存在下に、簡易な方法でニトリルをアミンに水素化することができ、上述の不都合を回避する組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記目的が、冒頭に定義された組成物、この組成物の製造方法、および触媒としてのこのような組成物の存在下にニトリル基含有化合物のニトリル基を水素化してアミノ基を形成する方法によって達成されることを見出した。
【００１２】
本発明によれば、組成物中の鉄は、少なくとも１ｎｍ、好ましくは少なくとも５ｎｍ、特に少なくとも１０ｎｍの平均微結晶サイズ（平均クリスタリットサイズ：mean crystallite size）の平均値を有している。
【００１３】
本発明によれば、組成物中の鉄は、３５ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以下の平均微結晶サイズの平均値を有している。
【００１４】
本発明の目的のために、平均微結晶サイズの平均値は、評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定される。
【００１５】
他の好ましい実施の形態において、酸化物組成物は、ａ）に対して、更にｃ）０〜０．５質量％、好ましくは０．０５〜０．４質量％、特に０．１〜０．２質量％の、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物を含んでいても良い。
【００１６】
別の好ましい実施の形態において、更に酸化物組成物は、
ａ）に対して、ｂ）０．０１〜５質量％、好ましくは０．５〜４質量％、特に１〜３質量％の、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタンおよびバナジウムから選択される１、２、３、４または５個の単体を基礎とする促進剤、特にアルミニウム、ケイ素およびチタンから選択される１、２または３個の単体を基礎とする促進剤、および
ａ）に対して、ｃ）０〜０．５質量％、好ましくは０．０５〜０．４質量％、特に０．１〜０．２質量％の、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウムおよびカルシウムから選択されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物、
を含んでいても良い。
【００１７】
別の好ましい実施の形態において、酸化物組成物は、ａ）に対して、更にｄ）０．００１〜１質量％、好ましくは０．００１〜０．３質量％、特に０．０１〜０．２質量％のマンガンを含んでいても良い。
【００１８】
本発明の触媒は、非担持触媒または担持触媒であっても良い。考え得る担体材料は、例えば酸化アルミニウム、酸化ランタン、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛等の酸化物、またはゼオライトもしくは活性炭、またはこれらの混合物である。
【００１９】
本発明の組成物は、鉄、酸素、必要により１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）を含み、且つ２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比が０．５以下である前駆体を、還元剤の存在下に少なくとも前駆体の融点まで加熱し、これにより得られた材料を２５℃に冷却して、２価の鉄の、３価の鉄に対する比が０．５を超え５．５までの範囲、好ましくは０．５７〜２．２の範囲の組成物を得て、その後、組成物を２００〜５００℃で水素含有ガスによって還元することによって有利に得ることができる。
【００２０】
本発明による組成物の前駆体に含まれる２価の鉄および３価の鉄の割合は、本発明の目的のために、存在する結晶層の割合を評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定される。
【００２１】
好ましい実施の形態において、本発明による組成物の前駆体は、２価の鉄および３価の鉄を、Ｆｅ（ＩＩ）Ｆｅ（ＩＩＩ）２Ｏ４のように、理想的な場合に式Ｆｅ３Ｏ４で示され得る磁鉄鉱の形態で含み、そして別の２価の鉄を部分的にまたは完全にウスタイトの形態で含んでいる。特に好ましい実施の形態において、０を超え９０％まで、特に１．２〜７７％の２価の鉄がウスタイトの形態で存在する。本発明の目的のために、ウスタイトは式Ｆｅ１−ｘＯ［但し、０＝ｘ＝０．１６］で表される酸化鉄である。
【００２２】
ウスタイトの含有量を、存在する結晶層の割合を評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定して本発明の目的のために決定する。
【００２３】
本発明による組成物の前駆体は、鉄、酸素、必要により１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）を含み、且つ２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比がａ）で定義された原子比より低い原子比を有する前駆体を、還元剤の存在下に少なくとも前駆体の融点まで加熱することによって有利に得ることができる。
【００２４】
鉄含有前駆体および酸素含有前駆体として、酸化鉄、水酸化鉄または酸化鉄水酸化物、例えば酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ）、水酸化鉄（ＩＩ）、水酸化鉄（ＩＩＩ）またはＦｅＯＯＨ等の酸化鉄水酸化物を含む前駆体を用いることができる。合成または天然の酸化鉄、水酸化鉄または酸化物水酸化物、例えば、理想的な場合にＦｅ３Ｏ４として示され得る磁鉄鉱、理想的な場合にＦｅ２Ｏ３＊Ｈ２Ｏとして示され得る褐鉄鉱、理想的な場合にＦｅ２Ｏ３として示され得る赤鉄鉱を使用することができる。
【００２５】
必要により存在していても良い１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）は、酸化物、水酸化物、無機酸の他の塩、例えば硝酸塩、塩化物、炭酸塩または硫酸塩、または有機酸の塩、例えばギ酸塩または酢酸塩の形態で前駆体に含まれていても良い。
【００２６】
好ましい実施の形態において、天然の磁鉄鉱は、前駆体として使用される。かかる天然の磁鉄鉱の組成は、必要により１成分以上の成分ｃ）、ｄ）およびｅ）を添加することによって変更され得る。
【００２７】
別の好ましい実施の形態において、使用される還元剤は、鉄、ｂ）で規定された単体、ｃ）で規定された単体、マンガン、炭素およびこれらの混合物から選択され、好ましくは鉄、アルミニウム、マグネシウム、炭素およびこれらの混合物から選択され、特に鉄である。
【００２８】
酸化物組成物中の本発明により規定される２価の鉄の、３価の鉄に対する比を設定するのに必要とされる還元剤の量は、数種類の簡易な予備試験によって容易に決定することができる。
【００２９】
鉄を還元剤として使用する場合、前駆体に存在する鉄および酸素の合計量に対して、１〜５０質量％の鉄を添加するのが特に有利であると見出された。
【００３０】
本発明による組成物の前駆体を、担持または非担持触媒、好ましくは非担持触媒に転化することができる。なぜなら、還元雰囲気での処理（“活性化”）、例えば触媒を、２００〜５００℃、好ましくは２５０〜４５０℃で、水素雰囲気または水素と不活性ガス（例えば、窒素）を含む気体混合物に２〜１２０時間に亘って曝すことによって、この触媒を水素化、特にニトリル基をアミン基に水素化するために好ましくは使用して、例えばアジポニトリルを部分的にまたは完全に６−アミノカプロニトリル、または６−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンとの混合物に転化し、或いは部分的にまたは完全にヘキサメチレンジアミンに転化するからである。本実施の形態において、触媒上での空間速度は、１Ｌ（リットル）の触媒、１時間あたりに２０００〜１００００標準Ｌであるのが好ましい。
【００３１】
活性化を、合成反応器中において直接的に有利に行うことができる。なぜなら、この活性化では、その他で必要となる中間工程、すなわち表面を２０〜８０℃、好ましくは２５〜６５℃の条件で酸素／窒素混合物（例えば、空気）によって不動態化する工程を省くのが一般的であるからである。不動態化触媒の活性化は、合成反応器中、水素含有雰囲気で１８０〜５００℃、好ましくは２００〜３５０℃にて行うのが好ましい。
【００３２】
この触媒は、順流型または向流型の固定床触媒として、または懸濁触媒（suspended catalyst）として使用することができる。
【００３３】
水素化の出発材料として、下式：
【００３４】
【化１】
【００３５】
［但し、ｎが１〜１０までの整数、特に２、３、４、５または６を表す。］
で表されるα，ω−脂肪族ジニトリルを有利に使用することができる。特に好ましい化合物は、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリルおよびスベロニトリルであり、アジポニトリルが極めて好ましい。上述のジニトリルを、液体の希釈剤および上述の触媒の何れかの存在下に部分的に水素化して、下式：
【００３６】
【化２】
【００３７】
［但し、ｎが上記と同義である。］
で表されるα，ω−アミノニトリルを形成するのが好ましい。
【００３８】
ｎが２、３、４、５または６、特に４であるアミノニトリル、すなわち４−アミノブタノニトリル、５−アミノペタノニトリル、６−アミノヘキサノニトリル（“６−アミノカプロニトリル”）、７−アミノヘプタノニトリルおよび８−アミノオクタノニトリルが特に好ましく、６−アミノカプロニトリルが極めて好ましい。
【００３９】
反応が懸濁液中で行われる場合、４０〜１５０℃の範囲、好ましくは５０〜１００℃の範囲、特に好ましくは６０〜９０℃の範囲の温度を選択するのが一般的である；圧力は、２〜３０ＭＰａの範囲、好ましくは３〜３０ＭＰａの範囲、特に好ましくは４〜９ＭＰａの範囲となるように選択されるのが一般的である。滞留時間は、所望の収率、選択性および所望の転化率に主として依存し、通常、最大収率が達成されるように、例えば５０〜２７５分の範囲、好ましくは７０〜２００分の範囲で選択される。
【００４０】
懸濁水素化において、液体の希釈剤として、アンモニア、アミン、ジアミンまたはトリアミン（１個のアミン側鎖に１〜６個の炭素原子を有する）、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンまたはトリブチルアミン、またはアルコール、特にメタノールまたはエタノールを使用し、アンモニアを使用するのが特に好ましい。ジニトリルの濃度は、ジニトリルおよび液体の希釈剤の合計に対して、有利には１０〜９０質量％の範囲、好ましくは３０〜８０質量％の範囲、特に好ましくは４０〜７０質量％の範囲である。
【００４１】
使用される触媒の量は、用いられるジニトリルの量に対して、１〜５０質量％の範囲が一般的であり、５〜２０質量％の範囲が好ましい。
【００４２】
懸濁水素化は、バッチまたは好ましくは連続的に、一般に液相中で行うことができる。
【００４３】
また、部分水素化は、順流型または向流型の固定床反応器において、一般に２０〜１５０℃、好ましくは３０〜９０℃の温度および一般に２〜４０ＭＰａの範囲、好ましくは３〜３０ＭＰａの範囲の圧力の条件下でバッチまたは連続的に行うことができる。部分水素化は、液体の希釈剤、好ましくはアンモニア、アミン、ジアミンまたはトリアミン（１個のアミン側鎖に１〜６個の炭素原子を有する）、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンまたはトリブチルアミン、またはアルコール、特にメタノールまたはエタノール、特に好ましくはアンモニアの存在下に行われるのが好ましい。
【００４４】
好ましい実施の形態において、アンモニアの量は、１ｇのジニトリルあたり、１〜１０ｇの範囲、好ましくは２〜６ｇの範囲となるように選択される。触媒上での空間速度は、触媒１Ｌ、１時間あたり、０．１〜２．０ｋｇの範囲、好ましくは０．３〜１．０ｋｇの範囲のジニトリルとなるのが好ましい。ここでもまた、転化率およびこれによる選択率を、残留時間の変更によって調節することができる。
【００４５】
部分水素化により、ジニトリル、α，ω−アミノニトリルおよびα，ω−ジアミンを含む混合物を得る。完全な水素化により、α，ω−ジアミンを含む混合物を得る。
【００４６】
１種以上の所望の生成物をこれらの混合物から、この混合物に用いるそれ自体公知の方法、例えば蒸留または抽出によって分離することができる。このような分離方法（分離処理）は、例えばＷＯ９６／２０１６６、ＷＯ９８／１１０５９、ＷＯ９９／４４９８３およびＷＯ９９／４４９８４に記載されている。
【実施例】
【００４７】
［実施例１］ 本発明による酸化物組成物の製造
９００ｋｇの天然磁鉄鉱と７５ｋｇの鉄粉末との混合物を空気中において１５５０℃で溶融することによって、組成物を製造した。この溶融物を室温に冷却し、固化した後、組成物は、下記の成分：すなわち７２質量％の鉄、０．１７質量％のマンガン、０．０８質量％のアルミニウム、０．０３質量％のカルシウム、０．０５質量％のマグネシウム、０．１２質量％のケイ素、０．０１質量％のチタン、平衡酸素からなっていた。ウスタイト含有量は、全質量に対して４４％であった。２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比は１．７６であった。
【００４８】
［実施例２］ 触媒の製造
実施例１に記載されている組成物をジョークラッシャーにおいて粉砕した。１．５〜３ｍｍの篩分率を予備選択（篩分率で篩い分けし）し、そして水素／窒素の流れで４５０℃にて７２時間に亘って還元した。窒素下での冷却後、窒素中において１％の空気からなる混合物を用いて２４時間に亘って触媒を不動態化し、その際、触媒床の温度は、この発熱反応中に６５℃未満に保持した。
【００４９】
鉄の平均微結晶サイズの平均値は２９．５ｎｍであった。
【００５０】
［実施例３］ 固定床におけるアジポニトリルの水素化
連続して連結した３基の管状反応器（全長＝４．５ｍ、直径＝６ｍｍ）に、１４１ｍｌ（２３９ｇ）の、実施例２に記載のように調製された触媒（１．５〜３ｍｍのサイズ分）を充填し、次いで、大気圧下で水素の流れにおいて還元した（２００Ｌ／時）。この目的のために、温度を２４時間に亘って７０℃から３４０℃に昇温させ、次いで、３４０℃で７２時間保持した。温度を低減後、７５．０ｍｌ／時のＡＤＮ（アジポニトリル）、３７０ｍｌ／時のＮＨ３および２００標準Ｌ／時のＨ２からなる混合物を２５０バールの圧力条件で反応器に供給した。
【００５１】
上述の条件下で、下記の結果を、温度の関数として得られた：
【００５２】
【表１】
【００５３】
［比較実施例１］ 触媒の製造
触媒を、ＷＯ９８／１１０５９の実施例２ａに記載のように調製した。
【００５４】
鉄の平均微結晶サイズの平均値は３７ｎｍであった。
【００５５】
［比較実施例２］ 固定床におけるアジポニトリルの水素化
比較実施例１で調製された触媒を用いて、アジポニトリルを、ＷＯ９８／１１０５９の実施例２ｂに記載のように固定床で水素化した。
【００５６】
下記の結果を得た：
【００５７】
【表２】
【０００１】
本発明は、下記の成分ａ）：
ａ）鉄または鉄含有混合物および鉄を基礎とする化合物、
を含む触媒として適当な組成物であって、Ｘ線回折によって測定される、鉄の平均微結晶サイズの平均値が１〜３５ｎｍの範囲であることを特徴とする組成物に関する。
【０００２】
更に本発明は、このような組成物の製造方法、および触媒としてのこのような組成物の存在下にニトリル基含有化合物のニトリル基を水素化してアミノ基を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
鉄を主として含む触媒の存在下にアジポニトリルを水素化して、６−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンとの混合物またはヘキサメチレンジアミンのみを形成可能であることは、例えばWeissermel/Arpe, Industrielle Organische Chemie, Verlag Chemie, 第3版, 1988, 266頁またはＷＯ−Ａ９６／２０１６６により一般に知られている。
【０００４】
６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンは、ナイロン６またはナイロン６，６等の工業的に重要なポリマーの製造のための重要な中間体である。
【０００５】
触媒は、高い機械強度および長い作用寿命を有し、そしてこの触媒により所望の生成物の６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンまたはヘキサメチレンジアミンのみに対する高い空自収量を得ることが望ましい。特に、この水素化中に、触媒によって望まない副生成物のレベルを極めて低いものとする。
【０００６】
このような望まない副生成物は、所望の生成物からかろうじて分離することができるだけである。
【０００７】
したがって、例えば、アジポニトリルを６−アミノカプロニトリルおよびヘキサメチレンジアミンに水素化することにより、種々の量の、特にテトラヒドロアゼピン（ＴＨＡ）、１−アミノ−２−シアノシクロペンテン（ＩＣＣＰ）、２−アミノメチルシクロペンチルアミン（ＡＭＣＰＡ）、１，２−ジアミノシクロヘキサン（ＤＣＨ）およびビスヘキサメチレントリアミン（ＢＨＭＴＡ）を形成する。ＡＭＣＰＡおよびＤＣＨをヘキサメチレンジアミンから非常な困難性をもってのみ分離可能であることは、ＵＳ−Ａ３６９６１５３により知られている。更に、多量の、特にＡＭＣＰＡ、ＤＣＨおよびＴＨＡにより、相当な資本およびエネルギーコストをもたらす複雑な蒸留が必要となる。
【０００８】
ＷＯ９８／１１０５９には、α，ω−アミノニトリルを、対応のニトリルを鉄含有触媒上で水素化することにより製造する方法を開示し、その方法により、高い触媒作用寿命および選択性を示し、更に低い副生成物濃度を可能にする。したがって、実施例２において、ＨＭＤに対して、ＤＣＨ含有量３７００ｐｐｍ、ＡＭＣＰＡ含有量４３０ｍｍおよびＩＣＣＰ含有量８０ｐｐｍの条件でヘキサメチレンジアミンおよび６−アミノカプロニトリルの合計選択率９８．９％を８０℃で達成する。開示された方法の不都合は、８０℃で僅かに４７．３％であるアジポニトリルの低い転化率である。したがって、この方法による空自収量は満足できるものではない。
【０００９】
【特許文献１】
ＷＯ９８／１１０５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、触媒として適当である鉄含有組成物であって、その組成物の存在下に、簡易な方法でニトリルをアミンに水素化することができ、上述の不都合を回避する組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記目的が、冒頭に定義された組成物、この組成物の製造方法、および触媒としてのこのような組成物の存在下にニトリル基含有化合物のニトリル基を水素化してアミノ基を形成する方法によって達成されることを見出した。
【００１２】
本発明によれば、組成物中の鉄は、少なくとも１ｎｍ、好ましくは少なくとも５ｎｍ、特に少なくとも１０ｎｍの平均微結晶サイズ（平均クリスタリットサイズ：mean crystallite size）の平均値を有している。
【００１３】
本発明によれば、組成物中の鉄は、３５ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以下の平均微結晶サイズの平均値を有している。
【００１４】
本発明の目的のために、平均微結晶サイズの平均値は、評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定される。
【００１５】
他の好ましい実施の形態において、酸化物組成物は、ａ）に対して、更にｃ）０〜０．５質量％、好ましくは０．０５〜０．４質量％、特に０．１〜０．２質量％の、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウムおよびこれらの混合物から選択されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物を含んでいても良い。
【００１６】
別の好ましい実施の形態において、更に酸化物組成物は、
ａ）に対して、ｂ）０．０１〜５質量％、好ましくは０．５〜４質量％、特に１〜３質量％の、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタンおよびバナジウムから選択される１、２、３、４または５個の単体を基礎とする促進剤、特にアルミニウム、ケイ素およびチタンから選択される１、２または３個の単体を基礎とする促進剤、および
ａ）に対して、ｃ）０〜０．５質量％、好ましくは０．０５〜０．４質量％、特に０．１〜０．２質量％の、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウムおよびカルシウムから選択されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物、
を含んでいても良い。
【００１７】
別の好ましい実施の形態において、酸化物組成物は、ａ）に対して、更にｄ）０．００１〜１質量％、好ましくは０．００１〜０．３質量％、特に０．０１〜０．２質量％のマンガンを含んでいても良い。
【００１８】
本発明の触媒は、非担持触媒または担持触媒であっても良い。考え得る担体材料は、例えば酸化アルミニウム、酸化ランタン、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛等の酸化物、またはゼオライトもしくは活性炭、またはこれらの混合物である。
【００１９】
本発明の組成物は、鉄、酸素、必要により１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）を含み、且つ２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比が０．５以下である前駆体を、還元剤の存在下に少なくとも前駆体の融点まで加熱し、これにより得られた材料を２５℃に冷却して、２価の鉄の、３価の鉄に対する比が０．５を超え５．５までの範囲、好ましくは０．５７〜２．２の範囲の組成物を得て、その後、組成物を２００〜５００℃で水素含有ガスによって還元することによって有利に得ることができる。
【００２０】
本発明による組成物の前駆体に含まれる２価の鉄および３価の鉄の割合は、本発明の目的のために、存在する結晶層の割合を評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定される。
【００２１】
好ましい実施の形態において、本発明による組成物の前駆体は、２価の鉄および３価の鉄を、Ｆｅ（ＩＩ）Ｆｅ（ＩＩＩ）２Ｏ４のように、理想的な場合に式Ｆｅ３Ｏ４で示され得る磁鉄鉱の形態で含み、そして別の２価の鉄を部分的にまたは完全にウスタイトの形態で含んでいる。特に好ましい実施の形態において、０を超え９０％まで、特に１．２〜７７％の２価の鉄がウスタイトの形態で存在する。本発明の目的のために、ウスタイトは式Ｆｅ１−ｘＯ［但し、０＝ｘ＝０．１６］で表される酸化鉄である。
【００２２】
ウスタイトの含有量を、存在する結晶層の割合を評価用のＴＯＰＡＳソフトウエアを用いるＤ５０００シータ／シータ回折計（シーメンス社製、ドイツ）でＸ線回折によって測定して本発明の目的のために決定する。
【００２３】
本発明による組成物の前駆体は、鉄、酸素、必要により１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）を含み、且つ２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比がａ）で定義された原子比より低い原子比を有する前駆体を、還元剤の存在下に少なくとも前駆体の融点まで加熱することによって有利に得ることができる。
【００２４】
鉄含有前駆体および酸素含有前駆体として、酸化鉄、水酸化鉄または酸化鉄水酸化物、例えば酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ）、水酸化鉄（ＩＩ）、水酸化鉄（ＩＩＩ）またはＦｅＯＯＨ等の酸化鉄水酸化物を含む前駆体を用いることができる。合成または天然の酸化鉄、水酸化鉄または酸化物水酸化物、例えば、理想的な場合にＦｅ３Ｏ４として示され得る磁鉄鉱、理想的な場合にＦｅ２Ｏ３＊Ｈ２Ｏとして示され得る褐鉄鉱、理想的な場合にＦｅ２Ｏ３として示され得る赤鉄鉱を使用することができる。
【００２５】
必要により存在していても良い１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）は、酸化物、水酸化物、無機酸の他の塩、例えば硝酸塩、塩化物、炭酸塩または硫酸塩、または有機酸の塩、例えばギ酸塩または酢酸塩の形態で前駆体に含まれていても良い。
【００２６】
好ましい実施の形態において、天然の磁鉄鉱は、前駆体として使用される。かかる天然の磁鉄鉱の組成は、必要により１成分以上の成分ｃ）、ｄ）およびｅ）を添加することによって変更され得る。
【００２７】
別の好ましい実施の形態において、使用される還元剤は、鉄、ｂ）で規定された単体、ｃ）で規定された単体、マンガン、炭素およびこれらの混合物から選択され、好ましくは鉄、アルミニウム、マグネシウム、炭素およびこれらの混合物から選択され、特に鉄である。
【００２８】
酸化物組成物中の本発明により規定される２価の鉄の、３価の鉄に対する比を設定するのに必要とされる還元剤の量は、数種類の簡易な予備試験によって容易に決定することができる。
【００２９】
鉄を還元剤として使用する場合、前駆体に存在する鉄および酸素の合計量に対して、１〜５０質量％の鉄を添加するのが特に有利であると見出された。
【００３０】
本発明による組成物の前駆体を、担持または非担持触媒、好ましくは非担持触媒に転化することができる。なぜなら、還元雰囲気での処理（“活性化”）、例えば触媒を、２００〜５００℃、好ましくは２５０〜４５０℃で、水素雰囲気または水素と不活性ガス（例えば、窒素）を含む気体混合物に２〜１２０時間に亘って曝すことによって、この触媒を水素化、特にニトリル基をアミン基に水素化するために好ましくは使用して、例えばアジポニトリルを部分的にまたは完全に６−アミノカプロニトリル、または６−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンとの混合物に転化し、或いは部分的にまたは完全にヘキサメチレンジアミンに転化するからである。本実施の形態において、触媒上での空間速度は、１Ｌ（リットル）の触媒、１時間あたりに２０００〜１００００標準Ｌであるのが好ましい。
【００３１】
活性化を、合成反応器中において直接的に有利に行うことができる。なぜなら、この活性化では、その他で必要となる中間工程、すなわち表面を２０〜８０℃、好ましくは２５〜６５℃の条件で酸素／窒素混合物（例えば、空気）によって不動態化する工程を省くのが一般的であるからである。不動態化触媒の活性化は、合成反応器中、水素含有雰囲気で１８０〜５００℃、好ましくは２００〜３５０℃にて行うのが好ましい。
【００３２】
この触媒は、順流型または向流型の固定床触媒として、または懸濁触媒（suspended catalyst）として使用することができる。
【００３３】
水素化の出発材料として、下式：
【００３４】
【化１】
［但し、ｎが１〜１０までの整数、特に２、３、４、５または６を表す。］
で表されるα，ω−脂肪族ジニトリルを有利に使用することができる。特に好ましい化合物は、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリルおよびスベロニトリルであり、アジポニトリルが極めて好ましい。上述のジニトリルを、液体の希釈剤および上述の触媒の何れかの存在下に部分的に水素化して、下式：
【００３６】
【化２】
［但し、ｎが上記と同義である。］
で表されるα，ω−アミノニトリルを形成するのが好ましい。
【００３８】
ｎが２、３、４、５または６、特に４であるアミノニトリル、すなわち４−アミノブタノニトリル、５−アミノペタノニトリル、６−アミノヘキサノニトリル（“６−アミノカプロニトリル”）、７−アミノヘプタノニトリルおよび８−アミノオクタノニトリルが特に好ましく、６−アミノカプロニトリルが極めて好ましい。
【００３９】
反応が懸濁液中で行われる場合、４０〜１５０℃の範囲、好ましくは５０〜１００℃の範囲、特に好ましくは６０〜９０℃の範囲の温度を選択するのが一般的である；圧力は、２〜３０ＭＰａの範囲、好ましくは３〜３０ＭＰａの範囲、特に好ましくは４〜９ＭＰａの範囲となるように選択されるのが一般的である。滞留時間は、所望の収率、選択性および所望の転化率に主として依存し、通常、最大収率が達成されるように、例えば５０〜２７５分の範囲、好ましくは７０〜２００分の範囲で選択される。
【００４０】
懸濁水素化において、液体の希釈剤として、アンモニア、アミン、ジアミンまたはトリアミン（１個のアミン側鎖に１〜６個の炭素原子を有する）、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンまたはトリブチルアミン、またはアルコール、特にメタノールまたはエタノールを使用し、アンモニアを使用するのが特に好ましい。ジニトリルの濃度は、ジニトリルおよび液体の希釈剤の合計に対して、有利には１０〜９０質量％の範囲、好ましくは３０〜８０質量％の範囲、特に好ましくは４０〜７０質量％の範囲である。
【００４１】
使用される触媒の量は、用いられるジニトリルの量に対して、１〜５０質量％の範囲が一般的であり、５〜２０質量％の範囲が好ましい。
【００４２】
懸濁水素化は、バッチまたは好ましくは連続的に、一般に液相中で行うことができる。
【００４３】
また、部分水素化は、順流型または向流型の固定床反応器において、一般に２０〜１５０℃、好ましくは３０〜９０℃の温度および一般に２〜４０ＭＰａの範囲、好ましくは３〜３０ＭＰａの範囲の圧力の条件下でバッチまたは連続的に行うことができる。部分水素化は、液体の希釈剤、好ましくはアンモニア、アミン、ジアミンまたはトリアミン（１個のアミン側鎖に１〜６個の炭素原子を有する）、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミンまたはトリブチルアミン、またはアルコール、特にメタノールまたはエタノール、特に好ましくはアンモニアの存在下に行われるのが好ましい。
【００４４】
好ましい実施の形態において、アンモニアの量は、１ｇのジニトリルあたり、１〜１０ｇの範囲、好ましくは２〜６ｇの範囲となるように選択される。触媒上での空間速度は、触媒１Ｌ、１時間あたり、０．１〜２．０ｋｇの範囲、好ましくは０．３〜１．０ｋｇの範囲のジニトリルとなるのが好ましい。ここでもまた、転化率およびこれによる選択率を、残留時間の変更によって調節することができる。
【００４５】
部分水素化により、ジニトリル、α，ω−アミノニトリルおよびα，ω−ジアミンを含む混合物を得る。完全な水素化により、α，ω−ジアミンを含む混合物を得る。
【００４６】
１種以上の所望の生成物をこれらの混合物から、この混合物に用いるそれ自体公知の方法、例えば蒸留または抽出によって分離することができる。このような分離方法（分離処理）は、例えばＷＯ９６／２０１６６、ＷＯ９８／１１０５９、ＷＯ９９／４４９８３およびＷＯ９９／４４９８４に記載されている。
【実施例】
【００４７】
［実施例１］ 本発明による酸化物組成物の製造
９００ｋｇの天然磁鉄鉱と７５ｋｇの鉄粉末との混合物を空気中において１５５０℃で溶融することによって、組成物を製造した。この溶融物を室温に冷却し、固化した後、組成物は、下記の成分：すなわち７２質量％の鉄、０．１７質量％のマンガン、０．０８質量％のアルミニウム、０．０３質量％のカルシウム、０．０５質量％のマグネシウム、０．１２質量％のケイ素、０．０１質量％のチタン、平衡酸素からなっていた。ウスタイト含有量は、全質量に対して４４％であった。２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比は１．７６であった。
【００４８】
［実施例２］ 触媒の製造
実施例１に記載されている組成物をジョークラッシャーにおいて粉砕した。１．５〜３ｍｍの篩分率を予備選択（篩分率で篩い分けし）し、そして水素／窒素の流れで４５０℃にて７２時間に亘って還元した。窒素下での冷却後、窒素中において１％の空気からなる混合物を用いて２４時間に亘って触媒を不動態化し、その際、触媒床の温度は、この発熱反応中に６５℃未満に保持した。
【００４９】
鉄の平均微結晶サイズの平均値は２９．５ｎｍであった。
【００５０】
［実施例３］ 固定床におけるアジポニトリルの水素化
連続して連結した３基の管状反応器（全長＝４．５ｍ、直径＝６ｍｍ）に、１４１ｍｌ（２３９ｇ）の、実施例２に記載のように調製された触媒（１．５〜３ｍｍのサイズ分）を充填し、次いで、大気圧下で水素の流れにおいて還元した（２００Ｌ／時）。この目的のために、温度を２４時間に亘って７０℃から３４０℃に昇温させ、次いで、３４０℃で７２時間保持した。温度を低減後、７５．０ｍｌ／時のＡＤＮ（アジポニトリル）、３７０ｍｌ／時のＮＨ３および２００標準Ｌ／時のＨ２からなる混合物を２５０バールの圧力条件で反応器に供給した。
【００５１】
上述の条件下で、下記の結果を、温度の関数として得られた：
【００５２】
【表１】
［比較実施例１］ 触媒の製造
触媒を、ＷＯ９８／１１０５９の実施例２ａに記載のように調製した。
【００５４】
鉄の平均微結晶サイズの平均値は３７ｎｍであった。
【００５５】
［比較実施例２］ 固定床におけるアジポニトリルの水素化
比較実施例１で調製された触媒を用いて、アジポニトリルを、ＷＯ９８／１１０５９の実施例２ｂに記載のように固定床で水素化した。
【００５６】
下記の結果を得た：
【００５７】
【表２】
Claims (12)
- 下記の成分ａ）：
ａ）鉄または鉄含有混合物および鉄を基礎とする化合物、
を含む触媒として適当な組成物であって、
Ｘ線回折によって測定される、鉄の平均微結晶サイズの平均値が１〜３５ｎｍの範囲であることを特徴とする組成物。 - 更に下記の成分：
ｂ）ａ）に対して、０．０１〜５質量％の、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタンおよびバナジウムから選択される１、２、３、４または５個の単体を基礎とする促進剤、および
ｃ）ａ）に対して、０〜０．５質量％の、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物、
を含む請求項１に記載の組成物。 - 更に下記の成分：
ｂ）ａ）に対して、０．０１〜５質量％の、アルミニウム、ケイ素およびバナジウムから選択される１、２または３個の単体を基礎とする促進剤、および
ｃ）ａ）に対して、０〜０．５質量％の、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物、
を含む請求項１に記載の組成物。 - 更に、ａ）に対して０〜０．５質量％の、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を基礎とする化合物ｃ）を含む請求項１に記載の組成物。
- 更に、０．００１〜１質量％の、マンガンを基礎とする化合物の形のマンガンｄ）を含む請求項１〜４の何れかに記載の組成物。
- 触媒として適当であり且つ非担持触媒の形態である請求項１〜５の何れかに記載の組成物。
- 触媒として適当であり且つ担体と組み合わせて担持触媒を形成する請求項１〜５の何れかに記載の組成物。
- 鉄、酸素、必要により１成分以上の成分ｂ）、ｃ）およびｄ）を含み、２価の鉄の、３価の鉄に対する原子比が０．５以下である前駆体を、還元剤の存在下に少なくとも前駆体の融点まで加熱し、これにより得られた材料を２５℃まで冷却して、２価の鉄の、３価の鉄に対する比が０．５を超え、５．５までの範囲である組成物を得、その後、組成物を２００〜５００℃の条件で水素含有ガスで還元する、請求項１〜７の何れかに記載の組成物の製造方法。
- 触媒の存在下にニトリル基を含む化合物のニトリル基を水素化して、アミノ基を形成する方法であって、
触媒として、請求項１〜７の何れかに記載の組成物を使用することを特徴とする方法。 - 使用されるニトリル基を含む化合物がアジポニトリルである請求項９に記載の方法。
- アジポニトリルを部分的にまたは完全に水素化して、６−アミノカプロニトリルとする請求項９に記載の方法。
- アジポニトリルを部分的にまたは完全に水素化して、ヘキサメチレンジアミンとする請求項９に記載の方法。
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