JP2007523085A - 高活性粉末触媒を用いる高度立体障害アミノ−エーテルアルコールおよびジアミノポリアルケニルエーテルの改良合成 - Google Patents

高活性粉末触媒を用いる高度立体障害アミノ−エーテルアルコールおよびジアミノポリアルケニルエーテルの改良合成 Download PDF

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Abstract

本発明は、第一アミノ化合物を、反応体の高転化率および所望の最終生成物への増大された選択性によって特徴付けられる、高活性ニッケル粉末水素添加触媒の存在下に、ポリアルケニルエーテルグリコールと反応させることによる、高度立体障害第二アミンエーテルアルコールおよびジアミンポリアルケニルエーテルの調製方法に関する。
【選択図】図1

Description

本発明は、第一アミノ化合物およびポリアルケニルエーテルグリコールからの高度立体障害第二アミノ−エーテルアルコールおよびジアミノポリアルケニルエーテルの接触合成に関する。
高度立体障害アミノエーテルアルコールの接触製造は、既に、文献で確立される。これらの高度立体障害アミノ−エーテルアルコールは、tert−ブチルアミン(TBA)、などの第一アミノ化合物を、触媒有効量の第VIII族金属含有水素添加触媒の存在下に、約160℃〜約425℃などの高温、および約50〜約3,000psigなどの高圧で、ジエチレングリコール(DEG)などのポリアルケニルエーテルグリコールと反応させることによって製造される。これは、特許文献1に記載される。該特許には、担持および非担持の両触媒が記載される。その特許に記載される触媒には、次のものが含まれる。即ち、Ni/AlO−SiO[HarshawのNi 5132P]、Ni/ケイソウ土、Ni/所有担体[HarshawのNi3250T]、Pt/黒鉛、Pt/炭素、Pt/Al、ラネーニッケル、ニッケル[93.4Ni−612Al(B−113W)]、ニッケル[92.7Ni−6.9Al(B−133RZ)]である。tert−ブチルアミンとジエチレングリコールとの反応により、エトキシエタノール−tert−ブチルアミンが製造される。これは、EETBとして知られる。EETBは、HSを、HSおよびCOの混合物を含むガスストリームから選択的に除去するためのガス処理プロセスで有用である。これらの高度立体障害アミノ−エーテルアルコールのこれらの分離プロセスにおける使用は、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7、特許文献8および特許文献9に記載される。
米国特許第4,487,967号明細書 米国特許第4,894,178号明細書 米国特許第4,405,585号明細書 米国特許第4,508,692号明細書 米国特許第4,618,481号明細書 米国特許第4,112,052号明細書 米国特許第4,961,873号明細書 米国特許第4,892,674号明細書 米国特許第4,417,075号明細書 米国特許第5,250,282号明細書 米国特許第5,102,643号明細書 米国特許出願第07/625,245号明細書(米国特許第5,098,684号明細書) 米国特許第5,951,962号明細書 米国特許第6,238,701号明細書 米国特許第5,936,126号明細書 米国特許第6,248,924号明細書 米国特許第6,284,917号明細書 米国特許出願第60/545,197号明細書 Winsor,Chemical Reviews、第68(1)巻、1968年 U.Ciesla、およびF.Schuth著「規則正しいメソ細孔性物質の概要」(Microporous and Mesoporous Materials、第27巻、第131〜49頁、1999年)
しかし、高度立体障害アミノ−エーテルアルコールの新規製造方法(望ましくない副生物をより低レベルで製造し、所望の生成物に対するグリコール反応体のより高いレベルの転化率、およびこれらのより高いレベルの転化率におけるそれに対する向上された選択性を有する)に対する必要性が存在する。本発明の目的は、所望の最終生成物に対する出発物質の高レベルの転化率および向上された選択性によって特徴付けられる触媒の種類を用いて、高度立体障害アミノ−エーテルアルコールを製造するための新規接触方法を提供することである。
本発明は、アルキル置換第一アミノ化合物を、高活性金属粉触媒を含む触媒により、ポリアルケニルエーテルグリコールと反応させることによって、高度立体障害アミノ−エーテルアルコール、ジアミンポリアルケニルエーテル、およびそれらの混合物、好ましくは高度立体障害アミノエーテルアルコールを製造するための方法に関する。触媒活性金属成分は、白金およびパラジウムを除く元素周期律表の遷移第VIII族金属の少なくとも一種(例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム)を、単独か、または遷移第IB族(例えば銅)、第IIA族(例えばマグネシウム)、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも一種の更なる金属と共にかのいずれかで含む。好ましくは、触媒は、ニッケルおよびコバルト、より好ましくはニッケル、最も好ましくは粉末ニッケルを含む。金属充填触媒は、BET表面積約50〜約1200m/g、および微細孔容積0.05cm/g超を有することによって特徴付けられる。金属を担体上に含む触媒は、還元触媒の全重量を基準として、還元金属成分約2.5〜80%、好ましくは還元金属約10〜約65%を含む。ニッケルの場合においては、還元金属の量は、少なくとも10%、好ましくは少なくとも12%、より好ましくは少なくとも14%であることが好ましい。金属充填触媒は、19.99nm以下の細孔に対して標準化されたとき、4.99nm以下の細孔約30%以上、好ましくは4.99nm以下の細孔35〜100%、より好ましくは4.99nm以下の細孔約40〜100%、かつ5.0〜19.99nmの細孔がその残りを構成する細孔サイズ分布を示す。好ましくは、5.0〜9.99nmまでの細孔30%以下、好ましくは5〜9.99nmまでの細孔0〜25%、かつ10〜20nmの細孔がその残りを構成する。
本方法は、
(a)一般式:
−NH
(式中、Rは、炭素原子3〜8個を有する第二および第三アルキル基、炭素原子3〜8個を有するシクロアルキル基およびそれらの混合物からなる群から選択され、好ましくは炭素原子4〜6個を有する第二または第三アルキル基、より好ましくは炭素原子4〜6個を有する第三アルキル基である)
で表されるアルキル置換第一アミノ化合物を、
(b)一般式:
Figure 2007523085
(式中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、C〜Cアルキル基およびC〜Cシクロアルキル基からなる群から選択され、但し窒素原子に直接結合されるRの炭素原子が第二アルキル基である場合、ヒドロキシル基に結合した炭素に直接結合するRおよびRの少なくとも一方は、アルキルまたはシクロアルキル基であり;xおよびyは、それぞれ独立して、2〜4の範囲の正整数であり;zは1〜10である)
で表されるポリアルケニルエーテルグリコールと反応させることによる、高度立体障害アミノエーテルアルコール、ジアミノポリアルケニルエーテルまたはそれらの混合物のバッチまたは連続製造を含む。アミノ化合物/ポリアルケニルエーテルグリコールのモル比は、約10:1〜0.5:1、好ましくは約5:1〜1:1、より好ましくは約3:1〜1:1の範囲にあり、但しzが1超である場合には、比率は、2:1未満である。zが1である場合には、比率は、最も好ましくは約3:1〜約2:1である。
好ましくは、Rは炭素原子4〜6個を有するアルキル基であり、RおよびRは水素であり、xおよびyは2であり、zは1である。本方法で有用な典型的な第二または第三アルキル第一アミンには、イソプロピルアミン、tert−ブチルアミン、1−メチル−1−エチルプロピルアミンおよびtert−アミルアミンが含まれる。ポリアルケニルエーテルグリコールには、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびジ−イソプロピレングリコールが含まれる。最も好ましくは、Rはtert−ブチル基であり、R、R、RおよびRは水素であり、xおよびyは2であり、zは1である。反応体がそのように定義される場合には、製造される化合物は、主として、エトキシエタノールtert−ブチルアミン(EETB)である。たとえあるとしても、少量の副生ビス(tert−ブチルアミンエトキシ)エタン(ジアミノポリアルケニルエーテル)を有する。
第一アミン化合物とポリアルケニルエーテルグリコールとの反応は、室温における初期水素圧約0〜約300psig、好ましくは約50〜約200psig、より好ましくは約50〜約150psig、温度約150℃〜350℃、好ましくは約160℃〜約300℃、より好ましくは約180℃〜約225℃、運転温度における全反応器反応圧約50〜1500psig、好ましくは約50〜1000psig、より好ましくは約50〜500psigで行われる。反応が行われる時間は、副生成物形成の点で重要である。特定の反応に必要とされる実際の時間は、様々であろう。これは、特定の反応体、用いられる温度および圧力、同様に処理されるバッチのサイズによる。長い反応時間は、一般に、望ましくない副生成物形成に好都合である。即ち、より高い反応温度になると、N−tert−ブチルモルホリン(TBM)の製造が増大する。一般に、反応は約0.5〜24時間、好ましくは約1〜12時間、より好ましくは約1〜8時間の範囲の時間で運転される。
本方法においては、触媒の濃度は、第一アミンおよびポリアルケニルエーテルグリコールの高度立体障害アミノ−エーテルアルコール、ジアミノポリアルケニルエーテルまたはそれらの混合物への接触転化を促進するのに十分なものである。従って、反応体全量に関して存在する触媒の量は、一般に、全反応体充填量の重量を基準として、触媒約0.001〜約10重量%、好ましくは約0.001〜約8重量%、より好ましくは約0.01〜約5重量%、最も好ましくは約0.1〜約1重量%の範囲であろう。
反応は、本方法を実施するのに必要な圧力および温度に耐えられるいかなる反応器槽においても行われるであろう。反応体は、触媒と混合され、バッチ処理で反応されるであろう。反応器中の触媒は、反応混合物中でスラリー化されるか、またはバスケットに入れられるであろう。別に、反応体は、固定床触媒を、並流または向流のいずれかで送られるであろう。用いるのに適切な他の反応器には、移動床反応器および連続撹拌反応器が含まれる。例えば、連続撹拌反応器においては、触媒は循環され、反応体および反応生成物は、制御された速度で反応槽を通って送られる。
反応は、いかなる添加溶剤もなしに行われ、液体反応体が、液体反応媒体として機能して、反応が促進されるであろう。しかし、不活性溶剤は、反応媒体に含まれるであろう。
典型的な溶剤には、反応体が溶解するであろう線状または環状エーテル、または炭化水素含有化合物、もしくは過剰の第二または第三アルキルアミン試薬が含まれる。溶剤は、反応生成物からの除去を促進するために比較的低分子量であろう。溶剤の量は様々であるが、一般に、用いられる反応体の重量を基準として、約10〜50重量%、好ましくは約15〜30重量%の範囲であろう。典型的な溶剤の例には、ジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、トルエン、テトラヒドロフランが含まれる。過剰のアミン試薬は、溶剤として機能するであろうことから、過剰のイソプロピルアミン、tert−ブチルアミン、tert−アミルアミンなどは、反応器中に存在し、反応体および溶剤の両方として機能するであろう。好ましい溶剤には、テトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、およびトルエンが含まれる。
触媒は、還元金属成分を多孔質担体上に析出して含む。触媒成分は、金属、または金属の組み合わせによって提供される。用いられるであろう触媒金属は、好ましくは、元素周期律表の遷移第VIII族の一種以上の金属(白金およびパラジウムを除く)単独、または第1B族の一種以上の金属との組み合わせである。これはまた、主要な第IIA族からの一種以上の金属と組み合わされるであろう。好ましくは、触媒活性金属成分は、ニッケル、鉄、コバルト、オスミウム、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくはニッケルおよびコバルト、最も好ましくはニッケルである。これは、銅、銀、金、およびそれらの混合物からなる群から選択される更なる触媒成分(好ましくは銅)との組み合わせであろう。これは、更に、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される更なる触媒を含むであろう。好ましくはマグネシウム、カルシウム、およびそれらの混合物、より好ましくはマグネシウムである。好ましい触媒金属には、ニッケル、ニッケルおよびコバルト、ニッケルおよび銅、ニッケルおよび銅およびマグネシウム、ニッケルおよびコバルトおよびマグネシウムが含まれる。最も好ましい金属は、ニッケルである。担体は、特定の細孔サイズ分布を処理することによって特徴付けられる。高い割合の細孔は、約19.99nmの最大細孔サイズで標準化されたとき、4.99nm以下の範囲であり、このサイズの細孔の割合は、約30%以上、好ましくは約35〜100%、より好ましくは約40〜100%の範囲であり、5〜19.99nmまでの細孔がその残りを構成する。好ましくは約5〜約9.99nmの範囲の細孔の割合は、約30%以下、好ましくは約5〜25%、より好ましくは約10〜25%の範囲であり、10nm〜19.99nmの細孔がその残りを構成する。
担体は、以下に記載される独特の構造および細孔外形を有する一種以上の規則正しいメソ細孔性物質を含むであろう。好ましい規則正しいメソ細孔性物質は、無機多孔質非層状物質である。これは、焼成された形態では、約18オングストローム単位(Å)超のd−間隔で、少なくとも一つのピークを有するX線回折パターンを示す。それらはまた、50トル/25℃で、ベンゼン15グラム超/物質100グラムのベンゼン吸着容量を有する。本発明で用いられるであろう好ましい規則正しいメソ細孔性物質は、両親媒性化合物を指向剤として用いて合成されるであろうものである。これらの物質の例は、特許文献10に記載され、その全内容は、本明細書に援用される。両親媒性化合物の例はまた、非特許文献1に提供される。このタイプの他の適切な規則正しいメソ細孔性物質はまた、非特許文献2に記載される。これらの物質には、限定されることなく、SBA−2、SBA−15、およびSBA−16などのSBA(Santa Barbara)と呼ばれる物質、FSM−16およびKSW−2などのFSM(Folding Sheet Mechanism)と呼ばれる物質、MSU−SおよびMSU−XなどのMSU(Michigan State)と呼ばれる物質、TMSまたは遷移金属シーブと呼ばれる物質、FMMSまたはメソ細孔性担体上に担持された官能基化単層と呼ばれる物質、およびAPMまたは酸調製メソ構造と呼ばれる物質が含まれる。好ましい形態においては、担体物質は、実質的に均一な六角ハニカム構造によって特徴付けられ、セル直径2nm超、典型的には2〜50nm、好ましくは3〜30nm、最も好ましくは3〜20nmを有する均一細孔を有する。特に好ましい規則正しいメソ細孔性物質は、MCM−41、MCM−48、およびMCM−50などのM41Sと呼ばれるシリケートまたはアルミノシリケート規則正しいメソ細孔性物質である。これらの規則正しいメソ細孔性物質は、特許文献11に詳細に記載され、その全内容は本明細書に援用される。本発明で用いるための物質のこの族の特に適切な亜族は、MCM−41およびMCM−48と呼ばれるメソ細孔性シリカである。これらの物質の中で最も優れているのは、MCM−41と呼ばれる規則正しいメソ細孔性物質である。これは、通常、Al、Ga、B、またはFeなどの四面体配位三価元素を、シリケート骨格内の組み込むことによって、ブレンステッド酸点を有するメタロシリケートとして合成される。これらの物質の好ましい形態は、他のメタロシリケートもまた用いられるであろうものの、アルミノシリケートである。MCM−41は、直径少なくとも約2nmを有する細孔の均一な六方配置を有する微細構造によって特徴付けられる。焼成後には、それは、約18Å超の少なくとも一つのd−間隔を有するX線回折パターン、および約18Å超のd100値で示されるであろう六方電子回折パターンを示す。これは、X線回折パターンにおけるピークのd−間隔に対応する。MCM−41モレキュラーシーブは、一般に、アルミナが存在する場合には、SiO/Alモル比100超、好ましくは200超、最も好ましくは300超を有する。この物質は、次に記載される。詳細には、特許文献12(Kresgeら)および特許文献11(Kresgeら)に記載され、そのいずれも、本明細書にその全てが援用される。
規則正しいメソ細孔性物質は、結晶質であろう。それは、例えばX線、電子または中性子回折などによる回折パターンを示すのに十分な規則性を有し、続いて焼成して、少なくとも一つのピークを有する。これらのメソ細孔性物質は、それらの構造によって特徴付けられるであろう。これは、大きな細孔窓、同様に高い収着能力を含む。
本明細書で用いられる規則正しいメソ細孔性物質は、それらの大きな開口細孔の規則性によって、他の多孔質無機固体と区別されるであろう。その細孔サイズは、非晶質または準結晶物質のそれと殆ど類似するが、その規則的な配置およびサイズの均一性(その相の平均細孔サイズについて、例えば±25%、通常±15%以下を有する単一相内の細孔サイズ分布)は、ゼオライトなどの結晶質骨格物質のそれとよく類似する。用語「六方形」は、実験測定の限度内で数学的に完全な六角形の対称を示す物質だけでなく、理想状態から実質的に観察可能な偏差を有する物質をも包含することを意味する。規則正しいメソ細孔性担体物質の微細構造に適用される有用な定義は、物質中の殆どの通路が、凡そ同じ距離で、六つの最も近接する隣接通路によって囲包されるであろうことであろう。欠陥および不完全性は、実質数の通路が、物質調製の質によって、この基準を種々の程度に乱すであろう。隣接する通路間の平均繰返し距離からの無作為偏差±25%示す試料は、本規則正しいメソ細孔性物質の認識可能な形態を、依然として明確に示す。
触媒担体の調製に用いられる規則正しいメソ細孔性物質は、好ましくは、次の組成
n/q(W
(式中、Wは、二価の第一列遷移金属(例えばマンガン、コバルトおよび鉄、および/またはマグネシウム)などの二価元素、好ましくはコバルトであり;Xは、アルミニウム、ホウ素、鉄および/またはガリウムなどの三価元素、好ましくはアルミニウムであり;Yは、ケイ素および/またはゲルマニウムなどの四価元素、好ましくはケイ素であり;Zは、リンなどの五価元素であり;Mは、例えばアンモニウム、第IA族、第IIA族、第VIIB族イオンなどの一種以上のイオン、通常水素、ナトリウムおよび/またはフッ化イオンであり;nは、酸化物として表される組成物(Mを除く)の電荷であり;qは、Mの加重モル1平均原子価であり;n/qは、Mのモル数またはモル分率であり;a、b、cおよびdは、それぞれ、W、X、YおよびZのモル分率であり;hは、1〜2.5の数であり、(a+b+c+d)=1である)
を有する。上記の結晶質物質の好ましい実施形態は、(a+b+c)がdより大きく、h=2である場合である。更なる実施形態は、aおよびd=0であり、h=2である場合である。合成されたままの形態においては、メソ細孔性物質は、無水ベースで、次式
rRMn/q(W
(式中、Rは、イオンとしてMに含まれない全有機物質であり、rは、Rの係数、即ちRのモル数またはモル分率である)
として経験的に表される組成を有する。MおよびR成分は、物質の合成中にそれらが存在した結果、物質と結合され、容易に除去されるか、または、Mの場合には、以下により詳しく記載される後合成方法によって置換される。
所望の程度まで、原M(例えば、アンモニウム、ナトリウム、または塩化物)は、合成されたままの物質のイオンであるが、これは、当業界で周知の技術に従って、少なくとも一部が、他のイオンとのイオン交換によって置換されるであろう。好ましい置換イオンには、金属イオン、水素イオン、水素前駆体(例えばアンモニウム)イオン、およびそれらの混合物が含まれる。他のイオンには、元素周期律表(Sergent−Welch Co.カタログ番号S−18806、1979年)の第IA族(例えばK)、第IIA族(例えばCa)、第VIIA族(例えばMn)、第VIIIA族(例えばNi)、第IB族(例えばCu)、第IIB族(例えばZn)、第IIIB族(例えばIn)、第IVB族(例えばSn)、および第VIIB族(例えばF)の希土類金属、ならびにそれらの混合物が含まれる。
本発明の方法で用いるのに好ましい規則正しいメソ細孔性物質は、規則正しいメソ細孔性シリカである。最も好ましい規則正しいメソ細孔性シリカは、M41Sと呼ばれるものである。もっとも好ましくは、MCM−41である。
本発明の方法で用いられるであろうメソ細孔性物質の例は、特許文献13に記載され、それに従って調製されるメソ細孔性シリカである。その開示は、本明細書にその全てが援用される。その実施形態においては、メソ細孔性シリカは、シリカ前駆体を水、および反応媒体を含むポリマー分散中で転化することによって調製される。好ましいポリマー分散は、カチオンポリマーである。
高表面積のメソ細孔性アルミナ固体はまた、本発明の方法で用いるための触媒担体を調製するのに用いられるであろう。これらの高表面積メソ細孔性アルミナ固体は、特許文献14に記載される方法に従って調製されるであろう。その開示は、本明細書にその全てが援用される。
担体はまた、従来の非晶質および/または結晶質マクロ細孔性物質からなるであろう。マクロ細孔性およびメソ細孔性の両者を含む混合多孔性の物質はまた、担体として用いられるであろう。特許文献15、特許文献16および特許文献17に記載されるものなどである。その開示は、本明細書にその全てが援用される。これらの物質は、単独で、もしくはお互いの組み合わせ、または本方法で有用な触媒を調製する際に先に記載されたメソ細孔性および/または規則正しいメソ細孔性物質との組み合わせで、担体として用いられるであろう。
結合剤として適切な従来の非晶質および/または結晶質マクロ細孔性物質は、平均細孔直径少なくとも約50nm、好ましくは少なくとも約100nmを有する。特に、少なくとも約500nmである。好ましくは、これらのマクロ細孔性物質は、約30m/g以下、好ましくは約15m/g以下、より好ましくは約10m/g以下であるBET表面積を有する。特に、約5m/g以下、より好ましくは約3m/g以下である。これらのマクロ細孔性物質の平均細孔直径は、好ましくは約100nm〜約20000nm、より好ましくは約500nm〜約5000nm、最も好ましくは500nm〜1000nmである。これらのマクロ細孔性物質の表面積は、好ましくは約0.2〜約15m/g、より好ましくは約0.5〜約10m/gである。特に、約0.5〜約5m/g、より好ましくは約0.5〜約3m/gである。これらのマクロ細孔性物質は、メソ細孔性担体物質との混合で用いられるであろう。
従来の非晶質および/または結晶質マクロ細孔性物質および混合多孔性物質の表面積は、N吸着を用いるBET方法、特にドイツ工業規格DIN66131に従って決定されるであろう。平均細孔直径およびサイズ分布は、N多孔度測定によって決定されるであろう。BJH吸着等温曲線は、ASTM法D−4222「触媒の窒素吸着および脱着等温曲線を静的容積測定によって決定するための標準試験方法」を用いて測定された。
従来の非晶質および/または結晶質マクロ細孔性物質および混合多孔性物質(例えば、活性炭、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、またはそれらの二種以上の混合物を含むマクロ細孔性物質である)は、好ましくは、アルミナを含むマクロ細孔性物質)を用いてもたらされる。
メソ細孔性および/または規則正しいメソ細孔性物質が、マクロ細孔性物質および/または混合多孔性母材物質との組み合わせで用いられる場合には、仕上げ触媒は、メソ細孔性物質90〜10重量%およびマクロ細孔性物質10〜90重量%、好ましくはメソ細孔性物質80〜20重量%およびマクロ細孔性物質20〜80重量%、より好ましくはメソ細孔性80〜40重量%およびマクロ細孔性物質20〜60重量%からなる担体母材を含む組成物であろう。特に好ましい組成物は、メソ細孔性物質70〜60重量%、理想的には65重量%、およびマクロ細孔性物質30〜40重量%、理想的には35重量%からなる担体母材を含む。
本発明においては、最終触媒は、単に、先に記載された担体物質の一種以上の表面上に析出された一種以上の活性金属からなるであろう。触媒は、添加無機結合剤を含まないであろう。しかし、結合形態の触媒を用いることはまた、包含される。その上に析出された活性金属を有するか、または有しない担体は、幅広い粒度に成形されるであろう。一般に、粒子は、粉末、または細粒、もしくは2メッシュ(タイラー)スクリーンを通過し、400メッシュ(タイラー)スクリーン上に保持されるのに十分な粒度を有する押出物などの成形生成物の形態であろう。触媒が、押出し成形などによって成形される場合においては、それらは、乾燥される前に押出し成形されるか、または一部が乾燥され、次いで押出し成形されるであろう。これらの実施形態においては、種々の押出しまたは成形助剤が、一種以上の溶剤と共に、押出しまたは成形処理で用いられるであろう。その全ての技術は、当業界で周知である。
その上に析出された一種以上の触媒金属を有するか、または有さない担体物質は、本方法で用いられる温度および他の条件に耐性のある無機結合剤、または母材物質との複合材に成形されるであろう。これらの結合剤または母材物質はまた、最終触媒の成形および製造を促進するであろう。これらの結合剤または母材物質には、活性および不活性物質、ならびに合成または天然ゼオライト、同様に無機物質(クレイなど)および/または酸化物(アルミナ、シリカ、またはシリカ−アルミナなど)が含まれる。後者は、天然産か、もしくはゼラチン状沈殿物またはゲル(シリカおよび金属酸化物の混合物を含む)の形態のいずれかであろう。ゼオライト(即ち、それと混合されるか、またはその合成中に存在し、それ自体触媒活性がある)と結合した物質の使用は、触媒の転化率および/または選択性を変化させるであろう。これらの物質は、天然クレイ(例えば、ベントナイトおよびカオリン)中に組み込まれて、商業的運転条件下での触媒の破砕強度を向上し、触媒に対する結合剤または母材として機能するであろう。一種以上の触媒活性金属を含む担体は、マクロ細孔性母材物質を、触媒担体/母材物質99:01〜05:95(重量)、好ましくは99:01〜10:90、より好ましくは99:01〜20:80、最も好ましくは99:01〜50:50の量で含む組成物に成形されるであろう。好ましくは、用いられる場合には、更なる母材物質は、触媒担体および母材物質の組み合わせ重量に対して最小値に保たれる。典型的には、50重量%未満、理想的には40重量%未満、好ましくは30重量%未満、より好ましくは20w%未満、より好ましくは15重量%未満、最も好ましくは10重量%未満であり、最も好ましい実施形態においては5重量%未満である。組成物の成形は、従来の手段によって達成されるであろう。これには、物質を共に混合し、続いて所望の仕上げ触媒粒子に造粒するために押出し成形する工程が含まれる。理想的には、更なる結合剤母材物質は、先に記載された従来の非晶質および/または結晶質マクロ細孔性物質、または混合多孔性(即ち、マクロ細孔性およびメソ細孔性の両方)の物質から選択される。細孔サイズ分布に関して、本明細書に挙げられる要件を満たす他の触媒は、Engelhard Corporationからの商業的に入手可能なニッケル充填触媒(Ni5249−P)である。
本方法で有用な金属充填触媒はまた、先に挙げられた細孔サイズ分布を示すに加えて、全BET表面積約50m/g超、好ましくは約200〜1000m/g、より好ましくは約250〜900m/g、および微細孔容積約0.05cm/g超、好ましくは0.10cm/g超、より好ましくは0.20cm/g超を有することによって特徴付けられる。高度立体障害アミノエーテルアルコール、ビスアミンポリアルケニルエーテル、およびそれらの混合物を、アミンおよびグリコールから製造するための方法においては、本明細書に挙げられる細孔サイズ分布を有する触媒が、同等または優れたグリコール転化レベルで、しかしより低い金属充填で、先行技術の触媒(本細孔サイズ分布を有さない)によって示されるものと同等か、またはそれより優れた選択性を示すことが見出された。従って、単位金属ベースで、挙げられた範囲の細孔サイズ分布を有する本明細書に記載の触媒は、はるかに高い充填の活性金属を含む触媒より、活性であり、かつ選択的である。逆に、挙げられた細孔サイズ分布を有する触媒が、先行技術の触媒と同量の金属で充填される場合には、本方法は、先行技術の方法で達成されるものよりかなり高い所望の生成物への選択性およびグリコール転化レベルを示す。
触媒金属成分は、いかなる既知の技術をも用いて、担体上に析出されるであろう。従って、初期湿潤技術による含浸が用いられるであろう。同様に、噴霧、ディッピング、浸漬、ソーキングなどである。これには、多重の浸漬、噴霧、ソーキング、またはディッピング、もしくはこれらの技術と中間乾燥とのいかなる組み合わせも含まれるか、または触媒金属の相互適用における活性化さえ含まれる。特定の方法または工程の順序は、典型的な触媒調製方法の当業者に任される。触媒金属は、典型的には、一種以上の金属塩水溶液の形態で適用される。適切な触媒金属塩は、亜硝酸塩、硝酸ニトロシル、ハロゲン化物、炭酸塩、カルボキシレート、アセチルアセトネート、クロロ錯体、亜硝酸塩錯体、好ましくは硝酸塩および硝酸ニトロシルである。好ましくは、触媒金属塩は、ニッケル塩である。
同時係属中の出願(特許文献18)(2004年2月17日出願)においては、触媒金属を担体上に析出するための好ましい技術は、有機分散剤の使用を含むことが開示される。用いられるであろう適切な有機化合物は、一つ以上のアミノ基を含むもの(アミン、アミノ酸、またはヒドロキシアルキルアミンなど)である。これらの分子は、用いられる金属塩(好ましくはニッケル塩)と有機錯体を形成するそれらの能力に対して用いられる。金属塩、有機分散剤、または金属塩および有機分散剤の遂行錯体(金属塩および有機分散剤を混合することによって作製される)は、いかなる順序でも、または別の金属塩および有機分散剤を用いる場合には同時に、先に記載の既知の技術のいかなるものにもよって、担体上に交換されるであろう。これは、物理的混合物上への含浸(担体を、適切な溶液または一連の溶液中に浸漬、即ちソーキングまたは初期湿潤することを含む)によるか、もしくはディッピング、噴霧、または再度、適切な溶液または一連の溶液を用いるいかなる他の適切な技術にもよる。
一旦充填された担体は、金属充填触媒に適切なものとして取扱われるであろう。金属充填触媒は乾燥される。有機錯体充填触媒の場合においては、有機錯体は、一部が分解されるか、または完全に分解されるかいずれかであり、次いで焼成または熱分解され、水素および/またはCOなどの還元雰囲気中で活性化されて、金属が触媒活性元素金属に還元され、直ちに用いられない場合には不動態化され、用いる前に還元雰囲気中で再活性化される。
一般に、金属塩を担体上に充填するのに用いられる技術にかかわらず、触媒の活性化/還元は、いかなる温度でもあり、金属塩を還元金属に還元するのに十分な時間である。触媒は、全還元触媒を基準として、還元金属約2.5〜約80重量%、好ましくは還元金属約10〜約65重量%を含む。
活性化/還元の程度が高いほど、触媒はより活性である。金属充填触媒は、還元雰囲気中で、温度約200〜500℃、好ましくは200〜400℃で、約2〜24時間、好ましくは約2〜16時間活性化されることが好ましい。ニッケルの場合には、例えば、還元温度は、用いられる金属酸化物または塩を、少なくとも約10%還元金属、好ましくは少なくとも約12%の還元金属、より好ましくは少なくとも約14%の還元金属に転化するのに十分に高いことが好ましい。温度約350℃〜500℃、好ましくは約400℃における少なくとも1時間の初期還元は、ニッケルにとって望ましい。
約400℃における約1〜2時間の活性化/還元により、本方法で用いるための触媒が製造され、これは、EETBをアミン/グリコール混合物から製造するための活性および選択性について増大された初期レベルを示すが、この増大は、より高レベルのグリコール転化では、時間と共に減少することが見出された。しかし、初期に示される増大された性能は、好都合に、反応をより短時間で、より低いレベルのグリコール転化まで行い、続いて、各使用の間で、約400℃で1〜2時間再活性化することによって取得されるであろう。
実施例においては、特段に示される場合を除いて、表に示されるデータは、GCからの全生成物および全反応体の標準化重量パーセント値を用いることによって得られた。転化率は、次の方法によって計算された。即ち、充填されたDEGの濃度から当該時点におけるDEG濃度を引き、この量を、充填されたDEG濃度で除し、100を乗じて、転化された%DEGが得られる。DEG1モルは、TBA1モルと反応されて、EETB1モルが形成され、DEG濃度を基準とした標準化は、これを考慮することを注意されたい。いくつかの実施例においては、転化された%DEGは、マイナスとして報告される。これは、低活性触媒について生じ、試料の標準化、および高温でのサンプリング時のTBA(沸点44℃)の揮発性の人為的結果である。GCは、全試料中の各反応体および生成物成分の相対濃度を報告する。少量のTBAが蒸発されることから、試料中のDEGの相対量は、より高いと報告される。反応器充填時の初期濃度と比較すると、DEGは、濃度が増加して見える。転化率の値は、計算されたように報告された。それらはマイナスとして報告されるものの、それらは、事実上、ゼロ転化率と考えられるであろう。この傾向はまた、ある程度、転化率の他の計算においても生じるであろう。従って、これらの数字は、恐らくは、転化時の下限を表す。しかし、これは、試料全てにおいて同程度生じるであろう。そして、運転間の有意な比較がなされるであろう。EETB/TBMの重量パーセント比率、およびEETB/Bis−SE比は、個々の重量パーセントの比率を、GC痕跡量から、単に取ることによって得られた。モル比は、各成分の重量パーセントを、その分子量で除することによって、比率をグラム/グラムからモル/モルに転換することによって決定された。
一連の実験を、行って、EETBをtert−ブチルアミン(TBA)およびジエチレングリコール(DEG)の混合物から製造するための種々の触媒について、その性能および有用性が評価され、現行技術と比較された。
いくつかの実施例においては、触媒試料を受取ったままで、オートクレーブ中に充填した。これは、水素再活性化なしに用いられた。それらの場合には、触媒中の還元Ni含量は、200℃または180℃で、水素中一時間還元した後、触媒中の還元金属含量をTGA測定することによって推定された。これは、各事例で示される。これは、それが充填され、水素で加圧され、そして反応温度にされた後に、オートクレーブ内で起こる還元の程度に極近いものと考えられる。
実施例1(a)
TBA/DEG(モル比2:1)の混合物を、販売業者から得られ、かつ列挙された要件を満足する商業触媒により反応させた。異なる運転でも用いられたニッケル充填触媒1.56gを、この実施例で再度用いた。それは、再使用前の再活性化工程に付されなかった。その初期活性化のために、触媒製造業者によって用いられた技術および条件は知られていない。触媒は、報告されるところでは、還元程度0.35でニッケル64%を含む。TBA100.5gおよびDEG73.0g(TBA/DEGのモル比2:1)を用いた。室温での始動時水素圧は、100psigであった。TBAおよびDEGを、窒素下に室温で、オートクレーブ中に充填した。オートクレーブの内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら7時間加熱した。GCサンプリングは、1時間間隔であった。別バッチのこの触媒について、水素中180℃で1時間行われた還元実験に基づいて、この商業触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。180℃における全反応器圧は、372psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
TBMは、N−tert−ブチルモルホリン(望ましくない副生物)である。
ビスSEは、2,2’−tert−ブチルアミノエチルエーテル(またはビス(tert−ブチルアミノエトキシ)エタン)である。
180℃で7時間後、EETB/TBM(TBMは、N−tert−ブチルモルホリン、望ましくない副生物)のモル比は、DEGの転化率レベル44.4%で11であった。EETB/TBMのモル比は、評価される触媒の選択性を比較するのに用いられる約定である。それは、実質的に、EETBのいくらのモルが、所定レベルのDEG転化率で、TBMモル当たりに製造されたかを示す。所定レベルのDEG転化率におけるEETB/TBMモル比が高い程、触媒はより選択的である。高レベルのDEG転化率で高いEETB/TBMモル比を示す触媒が、好ましい。
実施例1(b)
TBA/DEGの混合物(モル比2:1)を、販売業者から得られ、かつ列挙された要件を満足する商業触媒により反応させた。新触媒(実施例1(a)におけると同じであるが、新規の未使用試料)1.62gを、供給業者から受取ったままで用いた。その初期活性化について、触媒製造業者によって用いられた技術および条件は知られていない。触媒は、報告されるところでは、還元程度0.35でニッケル64%を含む。TBA109.3gおよびDEG79.3gを、窒素下に室温で、オートクレーブ中に充填した。室温での出発時水素圧は、100psigであった。オートクレーブの内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら7.5時間加熱した。GCサンプリングは、次の表に示される間隔であった。別バッチからの触媒の試料について、水素中180℃で1時間行われた還元実験に基づいて、この商業触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、処理工程中に現場で起こる。180℃における全反応器圧は、267psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
実施例2
TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)1.6gを、オートクレーブに用いた。室温での始動時水素圧は、100psigであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら6時間行った。GCサンプリングは、1時間毎であった。200℃における全反応器圧は、355psigであった。二種の異なるバッチのこの触媒について、水素中200℃で1時間行われた還元実験に基づいて、還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。この場合には、還元は、処理工程中に現場で起こる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
6時間後、DEG転化率は91.1%であり、EETB/TBMモル比は3であった。
実施例2を実施例1(a)および(b)と比較すると、より高温における運転は、より多くの生成物を、より速やかに製造することが明らかである。実施例2においては、EETB/TBMモル比11が、DEGの転化率レベル68.7%(3時間後)で達成され、但し実施例1(a)においては、EETB/TBMモル比11が、DEGの転化率レベル44.4%(7時間後)で達成され、一方実施例1(b)においては、比率10のEETB/TBMが、DEGの転化率レベル60.8%(7.5時間後)で達成された。
実施例3
TBA106.2gおよびDEG74.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ中に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.59gを、用いたが、使用前に水素中200℃で活性化(1psiの水素流50cc/分、19時間)し、全還元触媒を基準にして約46%の還元ニッケル金属を得た。室温での始動時水素圧は、100psigであった。加熱は、180℃まで6時間行った。GCサンプリングは、1時間目および6時間目であった。1800rpmで攪拌しながらの180℃における全反応器圧は、372psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
6時間後、EETB/TBMモル比は、DEGの転化率レベル74.6%で6であった。
実施例4(a)
TBA109.1gおよびDEG79.2g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ中に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.61gを、用いたが、使用前に水素中200℃で活性化(1psiの水素流50cc/分、17時間)し、全還元触媒を基準として約46%の還元ニッケル金属を得た。室温での始動時水素圧は、100psigであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら4時間行った。GCサンプリングは、1時間毎であった。200℃における全反応器圧は、374psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
実施例4(b)
実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.54gを、400℃で活性化し、続いて次のプロトコルに従って触媒を不動態化し、それを用いた。即ち、触媒試料5gを、大気圧で、水素流(H 200cc/分およびN 50cc/分)中400℃で1時間還元することによって活性化した。触媒を、室温から400℃まで2℃/分で加熱し、400℃で1時間保持した。そのように還元された触媒を、不動態化して、試験用オートクレーブへ有酸素移動を可能にした。不動態化は、還元触媒を、水素流下で室温に冷却することによって達成された。冷却された際に、水素を、窒素に置換え、触媒を、窒素中1時間掃気し、徐々に窒素希釈剤中酸素の濃度を増大して暴露した。先ず、窒素中酸素0.02%を、30分間用い、続いて窒素中酸素0.1%を30分間、続いて窒素中酸素0.3%を30分間、続いて窒素中酸素10%を30分間、最後に続いて窒素中酸素20%を30分間用いた。使用前に、不動態化された触媒を、1psiの水素流50cc/分中200℃で18時間の再活性化に付し、全還元触媒を基準として約53%の金属還元ニッケル含量を得た。TBA104.8gおよびDEG76.1g(モル比2:1の充填量)を、オートクレーブに添加した。室温での初期水素圧は、100psigであった。反応器を、200℃まで4時間加熱した。GC試料を、1時間毎に採取した。1800rpmで攪拌しながらの200℃における全反応器圧は、386psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
2時間で、DEGの転化率レベルは、EETB/TBMモル比11に対して、66.9%であったことが分かる。
これは、実施例2の結果(EETB:TBMモル比11に対するDEGの転化率レベル68.7%は、単に3時間後に達成された)および実施例4(a)の結果(EETB:TBMモル比12に対するDEGの転化率レベル単に58.5%は、2時間で達成された)と比較されるべきである。これは、高温で活性化された触媒は、受取ったままの状態で、または使用前に単に200℃で活性化されたもので用いられた同じ触媒より活性であることを示す。
実施例5:水素圧力の効果の検討
(a)供給業者から受取ったままで用いられた実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.62gを用いて、TBA110.1gを、窒素下室温でオートクレーブに充填されたDEG77.8gと反応させた(モル比2:1)。室温における水素の始動時圧力は、50psigであった。反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら7時間加熱した。GCサンプリングは、1時間毎であった。異なるバッチからのこの触媒の試料に付いて、水素中180℃で1時間行われた還元実験に基づいて、この商業触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、処理工程中に現場で起こる。反応温度における全反応器圧力は、260psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(b)TBA106.2gおよびDEG74.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。1psiの水素流50c/分中200℃で、19時間活性化された実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.59gを、用いた。これは、全還元触媒を基準として約46%の還元ニッケル金属をもたらした。室温での始動時水素圧は、100psigであった。反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら6時間加熱した。180℃における全反応器圧は、372psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(c)TBA106.8gおよびDEG75.5g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。受取ったままで用いられた実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.57gを、反応器に添加した。始動時水素圧は、300psigであった。内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら8時間加熱した。GCサンプリングは、次に示す時間行った。前に上記に述べられるように、この触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、水素中180℃で行われる処理工程中に現場で起こる。180℃における全反応器圧は、501psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
図1にプロットされた実施例5(a)、(b)、および(c)のデータから、50および100psigの初期水素圧における運転は、全く等価の結果を示し、50psigにおける反応は、初期には、より低いDEG転化率レベル(約20〜30%のDEG転化率レベル)で優位とされることが分かる。高い初期水素圧(300psig)は、それが、初期脱水素工程を阻害することから、反応には有利でない。
実施例6:TBA:DEGモル比を変更することの影響の検討
(a)TBA75.5gおよびDEG109.6g(モル比1:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.59gを、供給業者から受取ったままで用いた。室温での始動時水素圧は、100psigであった。反応器の内容物を、1800rpmで攪拌し、180℃で7時間加熱した。GCサンプリングは、1時間毎であった。前に上記に述べられるように、この触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、水素中180℃で行われる処理工程中に現場で起こる。180℃における全反応器圧は、235psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(b)TBA106.2gおよびDEB74.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。1psiの水素流50cc/分中200℃で、19時間活性化された実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.59gを、用いた。これは、全還元触媒を基準として約46%の還元ニッケル金属を有した。室温での始動時水素圧は、100psigであった。反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら6時間加熱した。180℃における全反応器圧は、372psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(c)TBA198.0gおよびDEG95.8g(モル比3:1)を、窒素下に室温で、反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒2.28gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら6時間加熱した。前に上記に述べられるように、この触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、水素中180℃で行われる処理工程中に現場で起こる。最終反応器生成物は、NMRによって分析された。結果を次に示す。
Figure 2007523085
結果を、図2に要約する。これは、より高いTBA/DEG比での運転は、等レベルのDEG転化率で、より高いEETB/TBM比をもたらすことを示す。EETB/TBM比の僅かな向上が、僅かにより高いDEG転化率においてさえ、TBA:DEG比3:1で行われる合成に対して観察されるであろう。方向的に、より高いTBA/DEG比は、所望のEETB生成物に対して、向上された選択性を示す。
実施例7
同時係属中の出願(特許文献18)(2004年2月17日出願)の手順を、ニッケルを規則正しいメソ細孔性担体上に担持するのに用いた。アルミナ結合MCM−41押出し成形担体(それによりMCM−41は、規則正しいケイ素メソ細孔性物質であり、アルミナは母材である)15.0gを、硝酸ニッケル六水和物19.28gを水6.82gおよびトリエタノールアミン2.47g中に溶解することによって調製された溶液を用いて、初期湿潤点まで含浸した。試料を、次いで、空気中100℃で4時間乾燥した。乾燥試料を、次のプロトコルに従って温度を徐々に昇温して、硝酸ニッケルおよびアミノアルコールの間の激しい酸化反応を抑えることによって、空気流中で焼成した。即ち、140℃まで2℃/分および30分間保持、175℃まで1℃/分および30分間保持である。触媒試料5gを、触媒を室温から400℃まで2℃/分で1時間掛けて加熱することによって、大気圧下で、水素流(200cc/分H、および50cc/分N)中400℃で還元して活性化した。そのようにして還元された触媒を、不動態化して、試験用オートクレーブへの有酸素移動を可能にした。不動態化は、還元触媒を、水素流下で室温に冷却することによって達成された。冷却された際に、水素を、窒素に置換え、触媒を、窒素で1時間掃気し、徐々に窒素希釈剤中の酸素の濃度を増大して暴露した。先ず、窒素中酸素0.02%を、30分間用い、続いて窒素中酸素0.1%を30分間、続いて窒素中酸素0.3%を30分間、続いて窒素中酸素10%を30分間、および最後に、続いて窒素中酸素20%を30分間用いた。
実施例8
実施例7の触媒を、本実施例で用いた。アルミナ結合MCM−41(粉末の粉砕)上に担持されたニッケル(19.5%)1.59gを、EETBを合成するのに用いた。使用に先立って、触媒を、現場で、200℃/1psiの水素50cc/分で18時間再活性化した。触媒は、還元触媒の全重量を基準として還元ニッケル金属含量14%を有した。tert−ブチルアミン108.0gおよびジエチレングリコール76.4g(TBA:DEGのモル比2:1)を、次いで、窒素下室温で反応器に充填した。オートクレーブ反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら6時間加熱した。GCサンプリングは、1時間間隔であった。反応器の温度を、180℃で保持した。室温における初期水素圧は、100psigであった。180℃にける全反応器圧は、280psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
6時間後、製造されたEETB/TBMのモル比は、DEのG転化率24%で、35であった。
実施例9
tert−ブチルアミン107.0gおよびジエチレングリコール75.6g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。触媒は、実施例7の触媒であり、現場で、200℃、1psiの水素(流速50cc/分)で18時間再活性化した。これは、全還元触媒を基準として約14%の還元ニッケル金属を有した。反応器の温度を、200℃で、1800rpmで攪拌しながら保持した。GCサンプリングは、示される時間で行った。全反応器圧力は、385psigであった。室温における初期水素圧は、100psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
200℃で6時間後に、EETB/TBMのモル比は、DEG転化率57.9%で19であった。より高い温度における運転は、実質的に、DEG転化率を増大した。それは、実質的に類似のDEG転化率レベルにおいて、より高いEETB/TBM比を達成さえした。180時間の運転について、(3時間後のDEG転化率27.5%におけるEETB/TBM比56):(5時間後のDEG転化率25%におけるEETB/TBM比37)を参照されたい。
実施例10(a):溶液中TEA添加剤なしでの19.5%Ni/MCM−41アルミナ結合の調製
アルミナ結合MCM−41押出し成形担体(それによりMCM−41は、規則正しいケイ素メソ細孔性物質であり、アルミナは母材である)5.0gを、硝酸ニッケル六水和物6.44gを水2.10g中に溶解することによって調製された溶液を用いて、初期湿潤点まで含浸した。試料を、次いで、空気中60℃で2時間、および100℃で2時間乾燥した。乾燥試料を、次のプロトコルに従って温度を徐々に昇温することによって、空気流中で焼成した。即ち、205℃まで1℃/分および2時間保持、300℃まで1℃/分および2時間保持である。触媒を、次に述べられるプロトコルを用いて、水素流(200cc/分H、および50cc/分N)中400℃で1時間還元した。そのようにして還元された触媒を、不動態化して、試験用オートクレーブへの有酸素移動を可能にした。不動態化は、還元触媒を、水素流下で室温に冷却することによって達成された。冷却された際に、水素を、窒素に置換え、触媒を、窒素で1時間掃気し、徐々に窒素希釈剤中の酸素の濃度を増大して暴露した。先ず、窒素中酸素0.02%を、30分間用い、続いて窒素中酸素0.1%を30分間、続いて窒素中酸素0.3%を30分間、続いて窒素中酸素10%を30分間、最終的に続いて窒素中酸素20%を30分間用いた。
実施例10(b)
TBA107.8gおよびDEG78.0g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。実施例10(a)の触媒1.60gを、TBA/DEG混合物を添加する前に、200℃/1psiの水素流50cc/分で18時間再活性化した。触媒は、全還元触媒を基準として約17%の還元ニッケル金属を有した。室温における始動時水素圧は、100psigであった。反応器の内容物を、1800rpmで攪拌し、200℃で8時間加熱した。GCサンプリングは、1時間毎であった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
実施例11:他のアミンおよびグリコール出発物質の使用(モル比2:1)
(a)TBA110.0gおよびジエチレングリコール92.2gを、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.62gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。室温における初期水素圧は、100psigであった。反応温度における全反応器圧は、287psigであった。反応器の内容物を、180℃で、1800rpmで攪拌しながら7時間加熱した。GCサンプリングは、1時間毎であった。この実施例11(a)および次の実施例11(b)〜(e)においては、前に上記に述べられるように、この触媒の還元金属含量は、全触媒を基準として約42%であると考えられる。還元は、水素中180℃で行われる処理工程中に現場で起こる。結果を、グリコール転化率、および(アミンアルコール生成物)/(全ての他の生成物および副生物)比によって、次に報告する。
Figure 2007523085
(b)TBA131.0gおよびプロピレングリコール68.0g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.59gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。室温における初期水素圧は、100psigであった。加熱は、180℃で、1800rpmで攪拌しながら6時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。反応温度における全反応器圧は、325psigであった。結果を、グリコール転化率、および(アミンアルコール生成物)/(全ての他の生成物および副生物)比によって、次に報告する。
Figure 2007523085
(c)TBA102.2gおよびトリエチレングリコール105.0g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.66gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。初期水素圧は、100psigであった。加熱は、180℃で6時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。反応器の内容物を、1800rpmで攪拌した。反応温度における全反応器圧は、275℃であった。結果を、グリコール転化率、および(アミンアルコール生成物)/(全ての他の生成物および副生物)比によって、次に報告する。
Figure 2007523085
(d)イソプロピルアミン99.1gおよびジエチレングリコール89.0g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.62gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。室温における初期水素圧は、100psigであった。加熱は、180℃で、1800rpmで攪拌しながら7時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。反応温度における全反応器圧は、436psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(e)イソプロピルアミン88.0gおよびジエチレングリコール100.0g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブ反応器に充填した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒1.62gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。初期水素圧は、100psigであった。加熱は、180℃で6時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。反応器の内容物を、1800rpmで攪拌した。反応温度における全反応器圧は、405psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
実施例12
(a)TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)0.47gを、オートクレーブで用いた。触媒の充填レベルは、約0.24重量%であった。室温における始動水素圧は、100psiaであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら、8時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。200℃における全反応器圧力は、374psigであった。この触媒の二種の異なるバッチについて、水素中200℃で1時間行われた還元実験に基づいて、還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。この場合には、還元は、処理工程中に、現場で起こり続けるであろう。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(b)TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)0.56gを、オートクレーブで用いた(触媒の充填レベル約0.30重量%)。室温における始動水素圧は、100psigであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら7時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。200℃における全反応器圧力は、374psigであった。触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(c)TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)0.47gを、オートクレーブで用いた(触媒の充填レベル約0.25重量%)。室温における始動水素圧は、100psigであった。加熱は、210℃まで、1800rpmで攪拌しながら7時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。210℃における全反応器圧力は、374psigであった。前に示されるように、触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(d)TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)0.76gを、オートクレーブで用いた(触媒の充填レベル約0.40重量%)。室温における始動水素圧は、100psigであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら7時間であり、GCサンプリングは、1時間毎であった。200℃における全反応器圧力は、335psigであった。前に示されるように、触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
Figure 2007523085
TBA除去後の%EETB、およびTBA除去後の%TBMのデータを、図5にプロットする。反応は、非常に低い触媒充填レベル(レベル約0.4〜0.25重量%)で進行し、触媒充填レベル約0.86重量%を用いる実施例2に比べてほぼ同じレベルのEETB製造(より長時間に亘るものの)をもたらすが、より低い全TBM製造をもたらすことが判る。
実施例13
TBA110.8gおよびDEG78.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに添加した。実施例1(b)の新規ニッケル充填触媒(供給業者から受取ったままで用いた)0.47gを、オートクレーブで用いた。触媒の充填レベルは、反応体の投入量を基準として約0.25重量%であった。MgO 26.8gをまた、反応中に製造された水の転化が、生成物のための反応を押進めるであろうかどうかを知るためにオートクレーブに添加した。室温における始動水素圧は、100psigであった。加熱は、200℃まで、1800rpmで攪拌しながら10時間であり、GCサンプリングは、次に報告される時間行った。200℃における全反応器圧力は、343psigであった。実施例12(a)におけるように、触媒の還元金属含量は、全還元触媒を基準として約40〜43%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
(実施例13で製造された%EETB):(実施例12(a)で製造された%EETB)を比較することによって判るであろうように、水と反応して水酸化マグネシウムを製造するMgOの存在は、より多くの所望のETB生成物が製造されるように、反応を押進める。8時間におけるEETB収率を、各実施例において比較されたい。実施例12においては、8時間におけるEETB収率は、56.5%であり、一方実施例13においては、8時間におけるEETB収率は、63.2%であった。
比較例A
E−480Pは、約65%のニッケルを担体上に析出して含むニッケル触媒である。それは、平均粒径9μm、および見かけ嵩密度20ポンド/立方フィートを有する。
比較例B
実施例1で用いられたものと類似のEETB合成手順を用いた。E−480P(比較例A)を、180℃で評価した。この触媒を、使用前に、200℃、1psiのH50cc/分で、19時間再活性化し、全還元触媒を基準として金属還元ニッケル含量53%が得られた。TBA108gおよびDEG76.4gを、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。触媒1.59gを添加した。室温における初期水素圧は、100psigであった。オートクレーブを、180℃まで加熱し、内容物を、1800rpmで攪拌した。全槽圧力は、262psigであった。結果を次に示す。
Figure 2007523085
比較例C
比較例Aからの触媒(E−480P)の新規試料を用い、受取ったままで用いた。再活性化は、全く行われなかった。前の検討では、この商業触媒は、再活性化されるか、または受取ったままで用いられるかによらず、類似に機能したことが示された。TBA約107gおよびDEG76.2gを、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。触媒1.59gを添加した。室温における初期水素圧は、100psigであった。オートクレーブを、200℃まで加熱した。全槽圧力は、385psigであった。オートクレーブの内容物を、1800rpmで攪拌した。この触媒について、水素中200℃で、1時間行われた還元実験に基づいて、水素中200℃における処理運転での使用中に、還元金属含量は、全還元触媒を基準として約47〜48%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
比較例D
E−480P(比較例A)1.14gを、EETBを合成するのに用いた。触媒を、受取ったままで用い、いかなる再活性化も行わなかった。tert−ブチルアミン66.0g、ジエチレングリコール47.9g、およびトルエン(不活性溶剤として)119.0gを、次いで、窒素下に室温で、反応器に充填した。オートクレーブを、室温で、100psigの水素で充填した。オートクレーブ反応器の内容物を、次いで、200℃まで6時間加熱した。この触媒について、200℃で1時間行われた還元実験に基づいて、還元金属含量は、全還元触媒を基準として約47〜48%であると考えられる。比較例Cを参照されたい。200℃における圧力は、310psigであった。最終反応器生成物を、NMRによって分析した。結果を次に示す。
Figure 2007523085
比較例E
Ni−5132Pは、ニッケル約60%を担体上に析出して含むニッケル触媒である。それは、表面積約160m/g、平均細孔サイズ約6μm、および細孔容積約0.00508ml/gを有する。
比較例F
Ni−5132P(比較例E)1.11gを、EETBを合成するのに用いた。触媒を、受取ったままで用いた。tert−ブチルアミン66.0gおよびジエチレングリコール47.9g、およびトルエン(不活性溶剤として)119.0gを、次いで、窒素下に室温で、反応器に充填した。オートクレーブを、室温で100psigの水素で充填した。オートクレーブ反応器の内容物を、次いで、200℃まで6時間加熱した。この触媒について、水素中200℃で、1時間行われた還元実験に基づいて、還元金属含量は、全還元触媒を基準として約52%であると考えられる。200℃における圧力は、290psigであった。最終反応器生成物を、NMRによって分析した。結果を次に示す。
Figure 2007523085
比較例G
TBA109.5gおよびDEG77.4g(モル比2:1)を、窒素下に室温で、オートクレーブに充填した。Ni−5132P(比較例EおよびFの触媒)1.61gを、供給業者から受取ったままで反応器に充填した。室温における初期水素圧は、100psigであった。反応器の内容物を、1800rpmで攪拌した。反応器の内容物を、200℃で、1800rpmで攪拌しながら4時間加熱した。GCサンプリングは、1時間毎であった。反応温度における全反応器圧力は、385psigであった。この触媒について、水素中200℃で、1時間行われた還元実験に基づいて、還元ニッケル金属含量は、全還元触媒を基準として約52%であると考えられる。結果を次に示す。
Figure 2007523085
比較例H
実施例8の処理を繰返した。しかし、この場合には、触媒(Ni MCM−41/アルミナ結合)を、水素中で400℃の活性化に付し、続いて不動態化した。むしろ、触媒を、単に、200℃の活性化工程に付し、全触媒を基準として約9.0%の還元ニッケル金属が得られた。本実施例は、最少DEG転化率、および測定不可に少ないEETB製造を示す。これは、全触媒を基準として少なくとも10%の還元金属を有する還元ニッケル触媒を確保するのに十分に高い温度での活性化が、好ましいことを示す。
図3には、実施例10b、比較例CおよびG、ならびに実施例2のデータが比較される。比較例G(Ni−5132)および実施例10b(Ni MCM−41/アルミナ結合、TEA分散剤なし)の結果は、触媒金属充填の相違が考慮されるまで、同じ曲線をたどると思われることが判るであろう。比較例Gの触媒(Ni−5232)は、全還元触媒を基準として約52%の還元ニッケル金属を含み、一方実施例10bの触媒は、全還元触媒を基準として、単に約17%の還元ニッケルを含む。従って、理想運転条件下で明らかに同等の性能が、実施例10aの触媒の場合に、比較例Gのそれより低い約70%の金属充填レベルで達成される。
処理比較例Cの触媒(E−480P)は、実施例2および10(b)の触媒より低活性であるばかりでなく、EETBへのその選択性は、より高いDEG転化率レベルで、処理実施例2に記載される触媒より実質的に低い。
触媒間の相違は、それらの物理特性に照らして、次に示される。
Figure 2007523085
各試料に対する窒素BJH吸着を、平均直径(nm):dV/dlog(D)細孔容積(cm/g−nm)として得た。データは、x軸に沿って均等に間隔を置いてないことから、各データセットは、独立して、線形状を再現するようにピーク適合関数を用いて適合された。原データ点を、図4Aに記号で示す。適合関数を線で示す。適合関数を用いて、各曲線の下の全領域を、19.99nmまで、各画分の強度にその幅(約0.07nmに設定される)を乗じ、値を合計することによって決定した。各曲線の下の領域を、次いで、各画分の面積(強度×幅に対する)を全領域で除することによって標準化した。標準化曲線を、図4Bにプロットする。各範囲における寄与を、標準化された値を所望範囲(例えば、5.00〜9.99nm)に亘って合計することによって得た。これを次の表に報告する。
Figure 2007523085
E−180P適合(ワイブル5パラメーター)
Ni−5132適合(ワイブル5パラメーター)
実施例1(b)の商業触媒適合(擬似ヴォイト4パラメーター)
Ni/MCM−41/アルミナ結合(w/分散剤)適合(擬似ヴォイト5パラメーター)
Ni/MCM−41/アルミナ結合(w/o分散剤)適合(擬似ヴォイト5パラメーター)
ピーク適合関数のタイプが、正確に、線形状を再現するであろうピークの鋭さまたは幅の広さは、影響し合う。適合関数は、異なる関数を適合し、最少の残差値(予測適合および実データ点の差)を有する適合を選ぶことによって決定された。
これから、本方法の予想外の優れた性能を示す触媒が、約4.99nm以下の細孔の高い含量によって特徴付けられ、一方より低い性能を示す先行技術の触媒は、約4.99nm以下の細孔の低い含量を有することが判る。同様に、優れた性能を示す触媒は、先行技術の触媒のそれの約17〜約50倍の範囲の微細孔容積を有する。これらの相違が、高度立体障害アミノエーテルアルコールをアミンおよびグリコールから製造するための方法を向上するであろうことは予想外である。MCM−41ベースの触媒に対して得られる細孔サイズ分布は、純MCM−41触媒に対して観察されるものとは異なる。これは、関連文献に典型的に記載される狭い細孔サイズ分布を示す。本実施例に示される分布は、アルミナ結合剤の添加、およびニッケル金属の高充填によって広げられる。本触媒は、この範囲の非ゼロ基線により、19.99nm以下の範囲の細孔に対して一定の寄与を示す。
細孔サイズ分布および微細孔容積を有することによって特徴付けられる触媒は、本明細書に述べられるように、その使用が、高度立体障害アミノエーテルアルコールをアミン/グリコール混合物から合成する方法における予想外の優れた性能を示す触媒を構成することが明らかに判る。
水素圧が、それぞれ、50psig、100psig、および300psigである三種の運転について、DEG転化率レベル:EETB/TBM比のプロットである。TBMは、望ましくない副生成物(N−tert−ブチルモルホリン)である。 三種の運転について、DEG転化率レベル:EETB/TBM比のプロットである。第一は、TBA/DEG比=1/1を用い、第二は、TBA/DEG比=2/1を用い、および第三は、TBA/DEG比=3/1を用いる。 四種の運転について、DEG転化率レベル:EETB/TBM比のプロットである。これにより、四種の触媒が、実質的に同等の条件下で比較される。評価される触媒は、本発明の範囲内の商業触媒であった。即ち、E480−P、Ni−5132、およびNi/MCM−41/アルミナ結合(分散剤なし)である。 五種の触媒について、窒素BJH吸着によって決定されたピーク強度に対する細孔直径のプロットである。これは、ピーク適合関数を用いて、線形状が再現される。 同じ五種の触媒について、細孔直径:標準化強度のプロットの標準化された信号表示である。各曲線の下の領域の標準化は、各画分の領域(強度×幅)を全領域で除するによって達成される。 EETBの合成(200℃および210℃)に対する異なる触媒充填レベルの効果のプロットである。

Claims (12)

  1. 立体障害アミノエーテルアルコール、ジアミノポリアルケニルエーテルまたはそれらの混合物の製造方法であって、
    アルキル置換第一アミノ化合物を、触媒活性金属を担体上に担持して含む触媒によって、ポリアルケニルエーテルグリコールと反応させる工程を含み、
    前記担体は、微細孔容積0.5cm/g超によって特徴付けられ、金属が充填された前記触媒は、19.99nm以下の細孔に関して標準化するとき、4.99nm以下の細孔30%以上を有し、その残りを5〜19.99nmの細孔が構成する細孔サイズ分布を示すことを特徴とする製造方法。
  2. 前記触媒は、BET表面積50m/g超を有することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  3. 第一アミン/グリコールの比率は、10:1〜0.5:1の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記第一アミン化合物は、一般式:
    −NH
    (式中、Rは、炭素原子3〜8個を有する第二および第三アルキル基、炭素原子3〜8個を有するシクロアルキル基およびそれらの混合物からなる群から選択される)
    で表されるものであり、
    前記ポリアルケニルグリコールは、一般式:
    Figure 2007523085
    (式中、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素、C〜Cアルキル基およびC〜Cシクロアルキル基からなる群から選択され、但し窒素原子に直接結合するRの炭素原子が第二アルキル基である場合、ヒドロキシル基に結合される炭素に直接結合されるRおよびRの少なくとも一方は、アルキルまたはシクロアルキル基であり;xおよびyは、それぞれ、独立して2〜4の範囲の正整数であり;zは1〜10である)
    で表されるものであり、
    zが1超である場合、アルキル置換第一アミン/グリコールの比率は、2:1未満である
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
  5. 室温における初期水素圧は、圧力0〜300psigであり、温度は150℃〜350℃であり、運転温度における全反応器圧は50〜1,500psigであり、反応器時間は0.5〜24時間であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 前記触媒は、全還元触媒を基準として2.5〜80%の還元金属を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
  7. 前記触媒活性金属は、ニッケルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
  8. 前記触媒の担体は、メソ細孔性物質を含み、前記メソ細孔性物質は、M41−S物質よりなる群から選択されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
  9. 前記担体物質は、MCM−41を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。
  10. 前記触媒は、全還元触媒を基準として少なくとも10%の還元ニッケルを担体上に析出されて含み、BET表面積50m/g超、微細孔容積0.05cm/g超によって特徴付けられ、金属が充填された前記触媒は、19.99nm以下の細孔に関して標準化するとき、4.99nm以下の細孔30%以上を有し、5〜19.99nmの細孔がその残りを構成する細孔サイズ分布を示し、前記アルキル置換第一アミンは、イソプロピルアミン、tert−ブチルアミン、1−メチル−1−エチルプロピルアミンおよびtert−アミルアミンからなる群から選択され、グリコールは、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびジイソプロピレングリコールからなる群から選択され、アミン/グリコールの比率は、10:1〜0.5:1の範囲であり、室温における初期水素圧は、0〜300psigの範囲であり、温度は、150℃〜350℃の範囲であり、運転温度における全反応器圧は、50〜1,000psigの範囲であり、時間は、0.5〜24時間の範囲であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。
  11. 前記第一アミンは、tert−ブチルアミンであり、前記ポリアルケニルグリコールは、ジエチレングリコールであり、アミン/グリコールの前記比率は、3:1〜1:1の範囲であり、前記触媒活性金属は、全還元触媒を基準として還元ニッケル10〜65重量%の範囲の量で存在するニッケルであり、温度は、160℃〜300℃の範囲にあり、反応時間は、1〜12時間の範囲にあり、金属が充填された前記触媒は、細孔サイズ分布を19.99nm以下に関して標準化するとき、4.99nm以下の細孔35〜100%を有し、5.0〜19.99nmの細孔がその残りを構成する細孔サイズ分布を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。
  12. 反応体の全量に関して存在する前記触媒の量は、全反応体充填量の重量を基準として、触媒0.001〜10重量%の範囲にあることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の製造方法。
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