JP2008502563A - 微孔質材料および少なくとも1種の珪素含有結合剤を含有する成形体、その製造方法、特にトリエチレンジアミン(teda)を製造するための方法における触媒としてのその使用 - Google Patents
微孔質材料および少なくとも1種の珪素含有結合剤を含有する成形体、その製造方法、特にトリエチレンジアミン(teda)を製造するための方法における触媒としてのその使用 Download PDFInfo
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Abstract
(I)微孔質材料、結合剤、ペースト剤および溶剤を含有する混合物を製造する
(II)混合物を混合し、圧縮する
(III)圧縮した混合物を成形して成形体を得る
(IV)成形体を乾燥する、および
(V)乾燥した成形体を焼成する
からなる、微孔質材料および少なくとも1種の珪素含有結合剤を含有する成形体を製造する方法に関する。結合剤として有機珪素化合物を使用する。本発明は更にこの方法により製造される成形体、特に有機合成、特にトリエチレンジアミン(TEDA)を製造する方法への触媒としてのその使用に関する。
Description
(I)微孔質材料および結合剤を含有する混合物、ペースト剤および溶剤を製造する
(II)混合物を混合し、圧縮する
(III)成形体を維持しながら圧縮した混合物を成形する
(IV)成形体を乾燥する
(V)乾燥した成形体を焼成する
からなるその製造方法および触媒としての、特にトリエチレンジアミン(TEDA)の製造方法への使用に関する。
Catalyst Support and Supportes Catalysts(A.B.Stiles)1987、第1章、1〜9頁および第3章、57〜62頁、
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Studies in Surface Science and Catalysts(E.B.M.Doesburg、J.H.C.Hoff)1993、第8章、309〜332頁
に記載されている。
a)30〜95質量%の割合を有する、シリカとアルミナのモル比が少なくとも12である結晶質アルモシリケート、
b)5〜70質量%の割合を有する非晶質シリカ、および
c)少なくとも1kgの切断硬度の成形体
からなる、触媒成形体上のTEDAの製造方法に関する。
(I)微孔質材料、結合剤、ペースト剤および溶剤を含有する混合物を製造し、
(II)混合物を混合し、圧縮し、
(III)圧縮した混合物を成形して成形体を取得し、
(IV)成形体を乾燥し、および
(V)乾燥した成形体を焼成する
からなる微孔質材料および少なくとも1種の珪素含有結合剤を有する成形体の製造方法が見出され、前記方法は結合剤として有機珪素化合物を使用することを特徴とする。
有機珪素結合剤として、例えばUllmanns Encyclopediaof Industrial Chemistry、A24、21〜56頁およびAnorgabischen Chemie(A.F.Hollerman、E.Wiberg)、100版、2.6.5章、786〜788頁に記載されるように、モノマー、オリゴマーまたはポリマーシラン、アルコキシシラン、アシルオキシシラン、オキシミノシラン、ハロゲンシラン、アミノキシシラン、アミノシラン、アミドシラン、シラザン、またはシリコーンが適している。これには特に以下の式(A)〜(F)のモノマー化合物が属する。
(Hal)xSiR4−x (A)
(Hal)xSi(OR)4−x (B)
(Hal)xSi(NR1R2)4−x (C)
RxSi(OR1)4−x (D)
RxSi(NR1R2)4−x (E)
(RO)xSi(NR1R2)4−x (F)
上記式中、
Halは互いに独立にハロゲン(F,Cl、BrまたはI、特にCl)であり、
R、R1、R2は互いに独立にHまたは置換されていてもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリールアルキル基、またはアリール基であり、
xは0〜4の範囲の整数である。
微孔質材料は有利に結晶質シリカライト、結晶質アルモシリケート(ゼオライト材料)、結晶質シリコアルモホスフェートおよび/または結晶質アルモホスフェートである。有利に結晶質アルモシリケート、特にゼオライトである。ゼオライトは有利にペンタシルであり、有利に構造タイプMFI、MELまたはこれらの混合構造タイプを有する。
溶剤として、例えば2〜12個の炭素原子を有する環状または非環状エーテル、例えばジメチルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、またはその異性体、MTBE、THF、ピラン、またはラクトン、例えばγ−ブチロラクトン、ポリエーテル、例えばモノグリム、ジグリム等、芳香族または脂肪族炭化水素、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、および石油エーテル、またはその混合物、特にN−メチルピロリドン(NMP)または水または前記種類の水性有機溶剤または希釈剤が適している。
(I)による混合物を製造する際に少なくとも1種のペースト形成剤(=有機添加剤)を添加する。
Iによる、結合剤、微孔質材料、特にゼオライト材料、ペースト形成剤および溶剤からなる混合物は更に処理するためにおよび可塑性材料を形成するために、少なくとも1種の他の化合物を添加できる。ここで特に有利に細孔形成剤を記載すべきである。
(I)による混合物を製造するための成分の添加順序は重要でない。
この工程を実施するために、例えば有利に1〜10mm、特に2〜5mmの直径を有するストランドを生じる通常の押出し器中の押出しにより成形を行う方法が有利である。この種の押出し装置は例えばUllmanns Enzyklopaedir der Technischen Chemie、第4版、2巻、295頁以降に記載されている。
(i)ブリケット化、すなわち付加的な結合剤を添加したまたは添加しない機械的圧縮、
(ii)ペレット化、すなわち円形および/または回転運動による圧縮、
(iii)焼結、すなわち成形すべき材料を熱処理する。
工程(III)に続いて本発明の範囲で有利に少なくとも1つの乾燥工程を行う。その際この少なくとも1つの乾燥工程は有利に80〜160℃、特に90〜145℃、特に有利に100〜130℃の温度で実施し、その際乾燥時間は有利に6時間以上、例えば6〜24時間の範囲である。しかし乾燥すべき材料の水分含量に依存してこれより短い乾燥時間、例えば約1,2,3,4または5時間が可能である。
工程(IV)に続いて少なくとも1つの焼成工程を行う。焼成は有利に350〜750度、特に450〜600℃の範囲の温度で実施する。
本発明による成形体は、成形体および特に成形体に含まれる微孔質材料、特にゼオライト材料の特性が所望される、一般にすべての当業者に知られた方法または作業工程に使用することができる。
(A)ピペラジンx質量%および
(B)エチレンジアミンy質量%
(式中、x+yは100であり、0≦x≦100および0≦y≦100である)を含有するエダクトの反応によりトリエチレンジアミンの選択的製造を行う。
球状ゼオライト一次粒子および直径0.2μm未満を有するH−ZSM−5を、先願のドイツ特許出願第10356184.6号、2002年12月3日(BASF社)に記載されるように製造した。
カラムRX−5、30m、温度プログラム、80℃〜5℃/分、−280℃、検出器FID、内部規格、N−メチルピロリドン(NMP)。
H−ZSM−5(モジュラス1000、粒度2〜3μm)120gを、室温でLudox(登録商標)AS40(コロイダルシリカ、アンモニア水中39.5質量%溶液)75g、メチルセルロース6gおよび水44mlと一緒に機械的混合機中で圧縮した。その後このペーストを押出し器に導入し、2mmのストランドにプレスした、このストランドを乾燥棚中で、120℃で16時間乾燥し、引き続きマッフル炉中で、500℃で5時間、空気酸素を供給しながら焼成した。
H−ZSM−5(モジュラス1000、粒度2〜3μm)130gを、室温でSilres(登録商標)MSE100(メチルシリコーン、トルエン中70質量%溶液)46g、メチルセルロース6gおよび水55mlと一緒に機械的混合機中で圧縮した。ペーストを押出し器に導入し、2mmのストランドにプレスした、その後このストランドを乾燥棚中で、120℃で16時間乾燥し、引き続きマッフル炉中で、500℃で5時間、空気酸素を供給しながら焼成した。
H−ZSM−5(モジュラス1000、粒度0.1〜0.2μm)133gを、室温でLudox(登録商標)AS40(コロイダルシリカ、アンモニア水中39.5質量%溶液)83g、メチルセルロース8gおよび水110mlと一緒に機械的混合機中で圧縮した。その後ペーストを押出し器に導入し、2mmのストランドにプレスした、このストランドを乾燥棚中で、120℃で16時間乾燥し、引き続きマッフル炉中で、500℃で5時間、空気酸素を供給しながら焼成した。
H−ZSM−5(モジュラス1000、粒度0.1〜0.2μm)128gを、室温でSilres(登録商標)MSE100(メチルシリコーン、トルエン中70質量%溶液)46g、メチルセルロース6gおよび水120mlと一緒に機械的混合機中で圧縮した。ペーストを押出し器に導入し、2mmのストランドにプレスした、その後このストランドを乾燥棚中で、120℃で16時間乾燥し、引き続きマッフル炉中で、500℃で5時間、空気酸素を供給しながら焼成した。
トリエチレンジアミン(TEDA)の触媒作用による製造のために、油加熱した二重壁被覆管(長さ100cm、直径6mm)に触媒A1(2mmストランド)を充填し、引き続き不活性雰囲気下で350℃に加熱した。その後触媒を、無圧条件下で、エチレンジアミン(EDA)、ピペラジン(PIP)および水の25:25:50の質量比の混合物および1.0g(供給物)/g(Kat)・h(=0.5g(エダクト)/g(Kat)・h)のWHSV(質量空間時間速度)で負荷した。95時間の運転時間後に反応排出物を、冷却した収集容器中で15分の時間にわたり収集し、ガスクロマトグラフィーにより生成物の定量的および定性的組成を測定した。
EDAの変換率は98%であり、TEDAの選択率は90%であった(表1参照)。
触媒A2を用いて、試験例1と同様に実施した。
EDAの変換率は95%であり、TEDAの選択率は88%であった(表1参照)。
触媒B1を用いて、試験例1と同様に実施した。
EDAの変換率は97%であり、TEDAの選択率は93%であった(表1参照)。
触媒B2を用いて、試験例1と同様に実施した。
EDAの変換率は97%であり、TEDAの選択率は95%であった(表1参照)。
Claims (42)
- 以下の工程
(I)微孔質材料、結合剤、ペースト剤および溶剤を含有する混合物を製造する
(II)混合物を混合し、圧縮する
(III)圧縮した混合物を成形して成形体を得る
(IV)成形体を乾燥する、および
(V)乾燥した成形体を焼成する
からなる、微孔質材料および少なくとも1種の珪素含有結合剤を含有する成形体を製造する方法において、結合剤として有機珪素化合物を使用することを特徴とする、成形体の製造方法。 - 結合剤としてシリコーンを使用する請求項1記載の方法。
- 結合剤としてメチルシリコーンを使用する請求項1記載の方法。
- 結合剤として、式[−SiO(OR)(R´)−]xの環状シリコーンまたは式RO−[SiO(OR)(R´)−]xRの直鎖状シリコーンまたはこれらのシリコーンの混合物を使用し、式中、RおよびR´はC1〜C6−アルキル基であり、xは2〜50の範囲の数である請求項1記載の方法。
- (V)による成形体の焼成により有機珪素化合物の少なくとも80%が高分散SiO2に変換し、成形体中のこうして形成された高分散SiO2の質量割合が5〜50質量%の範囲である請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 成形体中の形成された高分散SiO2の質量割合が10〜40質量%の範囲である請求項5記載の方法。
- (V)による焼成を空気、水素、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび/または蒸気またはこれらの混合物の存在で行う請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- (I)による微孔質材料が結晶質シリカライト、結晶質アルモシリケート(ゼオライト材料)、結晶質シリコアルモホスフェートおよび/または結晶質アルモホスフェートである請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 結晶質アルモシリケートがペンタシルタイプのゼオライトである請求項8記載の方法。
- ゼオライトが構造タイプMFI、MELまたはその混合構造を有する請求項9記載の方法。
- 結晶質アルモシリケート中のAlに対するSiのモル比が10より大きい請求項8から10までのいずれか1項記載の方法。
- 結晶質アルモシリケート中のAlに対するSiのモル比が100〜5000の範囲である請求項8から10までのいずれか1項記載の方法。
- 結晶質アルモシリケート中のAlに対するSiのモル比が250〜750の範囲である請求項8から10までのいずれか1項記載の方法。
- 結晶質アルモシリケート中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属含量が合わせて最高150質量ppmである請求項8から13までのいずれか1項記載の方法。
- ゼオライト材料の一次粒子の少なくとも90質量%が球状であり、球状一次粒子の少なくとも95質量%が1μm以下の直径を有する請求項8から14までのいずれか1項記載の方法。
- 球状一次粒子の直径が50〜250nmの範囲である請求項15記載の方法。
- ゼオライト材料が少なくとも350m2/gの比表面積(DIN66131による(BET))を有し、少なくとも0.6ml/gの細孔体積(DIN66134による(ラングミュアー))を有する細孔を有する請求項8から16までのいずれか1項記載の方法。
- (I)による溶剤が水である請求項1から17までのいずれか1項記載の方法。
- (I)によるペースト剤がセルロース、セルロース誘導体および/または澱粉である請求項1から18までのいずれか1項記載の方法。
- (I)による混合物が付加的に少なくとも1種の細孔形成剤を有する請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。
- 細孔形成剤がポリアルキレンオキシド、ポリアクリレート、パルプおよび/または黒鉛である請求項20記載の方法。
- (III)による成形を押出しにより行う請求項1から21までのいずれか1項記載の方法。
- 押出し品の直径が0.5〜20mmの範囲である請求項22記載の方法。
- (V)による焼成を350〜750℃の範囲の温度でおよび1〜24時間の範囲の時間行う請求項1から23までのいずれか1項記載の方法。
- 請求項1から24までのいずれか1項記載の方法により製造される成形体。
- 少なくとも10Nの切断硬度を有する請求項25記載の成形体。
- 少なくとも300m2/gの比表面積(DIN66131による(BET))を有し、少なくとも0.4ml/gの細孔体積(DIN66134による(ラングミュアー))を有する細孔を有する請求項25または26記載の成形体。
- 請求項1の微孔質材料が少なくとも部分的にH+形および/またはNH4 +形で存在する請求項25から27までのいずれか1項記載の成形体。
- 触媒としての請求項25から28までのいずれか1項記載の成形体の使用。
- 触媒をトリエチレンジアミン(TEDA)の合成に使用する請求項29記載の使用。
- 反応を連続的におよび気相で行う請求項31記載の方法。
- エダクトとして、エチレンジアミン(EDA)および/またはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピペラジン(PIP)、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、トリ(2−アミノエチル)アミン、モルホリン、N−(2−アミノエチル)エタノールアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N,N´−ビス(2−アミノエチル)ピペラジン、N,N´―ビス(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、およびN−(2−アミノエチル)−N´−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジンの群からの1種以上のアミン化合物を反応させる請求項31または32記載の方法。
- エダクトとして、EDAおよびPIPをピペラジン(PIP)x:エチレンジアミン(EDA)yの質量比で反応させ、その際x+yは100であり、0≦x100および0≦y≦100である請求項31から33までのいずれか1項記載の方法。
- エダクトを少なくとも1種の溶剤または希釈剤中で反応させる請求項31から34までのいずれか1項記載の方法。
- 溶剤または希釈剤が水および/またはアンモニアである請求項35記載の方法。
- エダクト:溶剤または希釈剤の質量比が95:5〜5:95の範囲である請求項35または36記載の方法。
- 反応を300〜450℃の範囲の温度および0.01〜50バールの範囲の絶対圧力で実施する請求項31から37までのいずれか1項記載の方法。
- xが0である請求項34から38までのいずれか1項記載の方法。
- yが0である請求項34から38までのいずれか1項記載の方法。
- xが5〜95の範囲である請求項34から38までのいずれか1項記載の方法。
- WHSV(質量空間時間速度)が0.05〜10.0g(エダクト)/g(触媒)・hの範囲である請求項31から41までのいずれか1項記載の方法。
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