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Description
本発明は、ヒドロアミノ化触媒、その製造および使用に関する。更に、本発明の対象は、アミンをオレフィンのヒドロアミノ化によって製造する方法、ならびに本発明による方法により製造された第三ブチルアミンの使用である。
WO 97/07088には、ホウ素含有ベータ型ゼオライト上でオレフィンを製造する方法が開示されている。例えば、選択性、動作寿命または可能な再生回数を増大させるために、ゼオライトを変性しうることが記載されている。その開示内容によれば、ヒドロアミノ化触媒の可能な変性は、ゼオライトをアルカリ金属、例えばNaおよびK、アルカリ土類金属、例えばCaおよびMg、土類金属、例えばTl、遷移金属、例えばMn、Fe、Mo、Cu、Zn、Cr、貴金属および/または希土類金属、例えばLa、CeまたはYでイオン交換することができるかまたはドーピングすることができることにある。元素Liでのドーピングは、明確には記載されていない。
本発明の課題は、アミンの収量をアンモニア、または第1アミンもしくは第2アミンとオレフィンとの反応の際に公知技術水準と比較して改善することにあった。
この課題の解決のために、リチウムでドーピングされている、ホウ素含有ベータ型ゼオライトを含有するヒドロアミノ化触媒が見い出された。
本発明によるヒドロアミノ化触媒は、ホウ素含有ベータ型ゼオライトを含有する。
このホウ素含有ベータ型ゼオライトの製造は、国際出願のWO−A−98/07088に記載されており、この場合この刊行物の記載内容は、参考のために引用されている。
ホウ素含有ベータ型ゼオライトは、例えばGaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao (1993),14(2),159〜163またはGaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao (1989),10(7),677〜682またはWO−A−92/20446の方法によって製造されてもよい。
ヒドロアミノ化触媒は、全部がホウ素含有ベータ型ゼオライトから構成されていてよい。通常、本発明によるヒドロアミノ化触媒は、触媒成形体の製造に必要とされる結合剤をさらに含有する。ヒドロアミノ化触媒は、結合剤と共に、なおさらに助剤、例えば細孔形成剤およびペースト化剤を含有していてもよい。
使用されるヒドロアミノ化触媒中のホウ素含有ベータ型ゼオライトの割合は、特に、乾燥しかつか焼したヒドロアミノ化触媒の質量に対して、10〜100質量%、有利に25〜99質量%、特に有利に40〜98質量%である。
ヒドロアミノ化触媒は、粉末の形で、または好ましくはストランド、タブレットまたは破砕片のような成形体の形で使用されてよい。
成形体を製造するための常用の方法は、例えば押出、タブレット化、即ち機械的圧縮またはペレット化、即ち円形運動および/または回転運動による圧縮であり、例えばErtl,Knoezinger,Weitkamp:"Handbook of heterogenoeous catalysis",VCH Weinheim,1997,第98頁以降または米国特許第4388288号明細書に記載されている。
成形体を製造(変形)するために、結合剤2〜60質量%(変形すべき材料に対して)が添加されてよい。結合剤として、種々の酸化アルミニウム、有利にベーム石、25:75〜95:5のSiO2/Al2O3モル比を有する非晶質アルミノケイ酸塩、二酸化ケイ素、有利に高分散性SiO2、例えばシリカゾル、高分散性SiO2と高分散性Al2O3との混合物、高分散性TiO2ならびに粘土が適している。
ヒドロアミノ化触媒は、有利にオレフィンをヒドロアミノ化するために、例えば1〜4mmの直径を有するストランドとして、または例えば直径3〜5mmを有するタブレットとして使用される。更に、ヒドロアミノ化触媒は、有利に触媒成形体を微粉砕することによって得られる破砕片として使用されてよい。
変形後、押出品または圧縮体は、通常、80〜150℃で2〜16時間乾燥され、引続き有利にか焼される。か焼は、一般的に400℃を上廻る温度で実施され、それによって結合剤材料は、硬化される。最大温度は、一般的にホウ素含有ベータ型ゼオライトの安定性によって制限されており、このベータ型ゼオライトは、550℃を上廻る温度で結晶性を失なう。か焼は、一般的に大工業的に回転管中で400〜560℃の範囲内の温度および2〜4時間の滞留時間で実施される。実験室内では、通常、炉内で480〜520℃の温度および2〜32時間の時間で作業される。
選択性、動作寿命および可能な触媒再生の回数を増大させるためには、ヒドロアミノ化触媒上で種々の変性が行われてよい。
ヒドロアミノ化触媒の変性の1つの方法は、変形されたかまたは変形されていない前記材料を、酸、例えば塩酸(HCl)、フッ酸(HF)、リン酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)、シュウ酸(HO2C−CO2H)またはこれらの混合物での処理に掛けることにある。
ホウ素含有ベータ型ゼオライトは、酸での処理によって、一般的にH形に変換される。
1つの特殊な実施態様は、ヒドロアミノ化触媒をその変形前にフッ酸(0.001〜2モル、有利に0.05〜0.5モル)で還流下に1〜3時間処理することにある。濾別および洗浄除去の後、一般的に100〜160℃で乾燥され、および400〜550℃でか焼される。更に、特別な実施態様は、結合剤でのその変形後の不均一系触媒のHCl処理にある。この場合に、ヒドロアミノ化触媒は、一般的に、60〜80℃の温度で1〜3時間、3〜25%、殊に12〜20%の塩酸で処理され、引続き洗浄除去され、100〜160℃で乾燥され、および400〜550℃でか焼される。
ヒドロアミノ化触媒を変性するもう1つの方法は、アンモニウム塩、例えばNH4Cl、またはモノ−、ジ−またはポリアミンとの交換であり、この場合このホウ素含有ベータ型ゼオライトは、一般的にアンモニウム形に変換される。この場合、結合剤で変形されたヒドロアミノ化触媒は、一般的に60〜80℃で10〜25%、有利に約20%のNH4Cl溶液と2時間連続的に1:15のヒドロアミノ化触媒/塩化アンモニウム溶液の質量比で交換され、その後に100〜120℃で乾燥される。
本発明によるヒドロアミノ化触媒は、リチウムでドーピングされている。
ドーピングは、有利にホウ素含有ベータ型ゼオライトを含有する、変形されていないかまたは変形されたヒドロアミノ化触媒を、Liイオンを含有する液体と接触させることによって行なわれる。
液体として、一般的にリチウムイオン源を溶媒和する状態にある液体が使用される。
好ましい液体は、水および極性の有機溶剤、例えばアルコール、例えばメタノール、エタノールまたはイソプロパノール、エーテル、例えばTHF、DMF、DMSOまたはNMPである。特に好ましい実施態様において、液体は、水である。リチウムイオン源として、好ましくは可溶性リチウム塩、または使用される液体中でLiイオンを形成するリチウム化合物が使用される。特に好ましくは、リチウムイオン源として液体中で可溶性のリチウム塩が使用される。
好ましいリチウム塩は、LiOH、硝酸Li、ハロゲン化Li、例えばLiCl、LiBr、LiFおよびLiI、およびカルボン酸Li、例えば蓚酸Li、蟻酸Li、酢酸Li、蓚酸Li、クエン酸Liである。特に好ましいリチウム塩は、LiOH、硝酸Li、LiCl、クエン酸Liおよび蓚酸Liである。
液体中でLiイオンを形成することができるリチウム化合物は、例えば有機リチウム化合物、例えばアリールリチウム化合物またはアルキルリチウム化合物、例えば水中で反応してLiOHおよびブタンに変わるブチルリチウム塩であり、この場合LiOHは、水中でLiイオンを形成する。更に、液体中でLiイオンを形成しうるリチウム化合物は、リチウムアルコラート、例えばLiメタノラート、LiエタノラートまたはLiプロパノラートである。
液体中でのLiイオンの濃度は、特に液体1リットル当たりLiイオン0.01〜100モル、有利に液体1リットル当たりLiイオン0.1〜10モル、特に有利に液体1リットル当たりLiイオン0.2〜5モルである。
1つの好ましい実施態様において、ホウ素含有ベータ型ゼオライトは、イオン交換によってドーピングされる。
1つの好ましい実施態様において、イオン交換は、ホウ素含有ベータ型ゼオライトが流動管中に装入され、および20〜100℃でLiイオンを含有する液体をその上に導くことによって行なわれる。
更に、好ましい実施態様において、イオン交換によるドーピングは、ホウ素含有ベータ型ゼオライトを水溶液中またはアルコール性溶液中に含浸するかまたは浸漬することによって行なわれる。ホウ素含有ベータ型ゼオライトは、常法により、例えばLiイオンを含有する溶液を1つ以上の含浸工程で施すことによって含浸することができる(A.B.Stiles,Catalyst Manufacture − Laboratory and Commercial Preparations,Marcel Dekker,New York,1983)。含浸は、担体材料をその液体吸収能に相応して最大に含浸溶液で飽和するまで湿潤させることによって行なうこともできる。しかし、含浸は、過剰量の溶液中で行なってもよい。
多工程の含浸法の場合、個々の含浸工程の間に乾燥し、場合によってはか焼することは、好ましい。
この種のイオン交換は、例えばヒドロアミノ化触媒の変性されていない形、H形またはアンモニウム形で行なってもよい。
例えば、イオン交換によって含浸として、または含浸によって得られた、リチウムでドーピングされた、ホウ素含有ベータ型ゼオライトを用いて、一般的にドーピングに引き続いて、例えば前記の記載のように乾燥および/またはか焼される。
本発明によるヒドロアミノ化触媒中でのホウ素原子:リチウム原子のモル比は、特に有利に2:1〜50:1、殊に有利に5:1〜20:1である。
互いにホウ素原子とリチウム原子とのモル比は、元素分析の公知方法により、例えば原子吸光分析(AAS)、原子発光分析(AES)、X線蛍光分析(RFA)またはICP−OES(誘導結合プラズマ原子分光分析)により測定されてよい。
本発明によるヒドロアミノ化触媒は、有利にアミンの製造方法において、アンモニア、または第1アミンもしくは第2アミンとオレフィンとの反応によって高められた温度および圧力で使用される。殊に有利には、本発明による触媒は、第三ブチルアミンを製造する方法において使用される。
従って、本発明のもう1つの対象は、アンモニア、または第1アミンもしくは第2アミンとオレフィンとを、高められた温度および圧力で、Liでドーピングされた、ホウ素含有ベータ型ゼオライトの存在で反応させることによって、アミンを製造する方法である。
Liでドーピングされた、ホウ素含有ベータ型ゼオライトは、前記の記載と同様に製造されてよい。
本発明による方法において、アンモニア、第1アミンまたは第2アミンが使用される。この場合、第1アミンまたは第2アミンは、特にC1〜C20アルキル基、特に有利にC1〜C6アルキル基、殊にメチル基またはエチル基を有する。
アンモニアと共に、殊に好ましいアミンは、モノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、n−ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミンおよびジ−n−ブチルアミンである。特に好ましい実施態様においては、アンモニアが使用される。
更に、本発明による方法においては、オレフィンが使用される。オレフィンとしては、特に脂肪族であるC2〜C20オレフィンが使用されてよい。この場合、オレフィンは、直鎖状または分枝鎖状であってよい。好ましくは、C2〜C12オレフィン、殊にC2〜C6オレフィンが使用される。適したオレフィンの例は、エテン、プロペン、ブテン、イソブテンならびに1,3−ブタジエンである。特に好ましい実施態様においては、オレフィンとしてイソブテンが使用される。
アンモニア、第1アミンまたは第2アミンとオレフィンとを反応させることによって、ヒドロアミノ化生成物が得られる。
本発明による方法により有利に製造可能なヒドロアミノ化生成物は、エテンおよびアンモニアから出発してモノ−、ジ−および/またはトリエチルアミンであり、エテンおよびモノエチルアミンから出発してジ−および/またはトリエチルアミンであり、イソブテンおよびアンモニアから出発して第三ブチルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびアンモニアから出発して1−アミノ−3−ブテンおよび/または2−アミノ−3−ブテンであり、1,3−ブタジエンおよびn−ブチルアミンから出発して(2−ブテニル)−n−ブチルアミンおよび/または(3−ブテニル)−n−ブチルアミンであり、およびプロペンおよびイソプロピルアミンから出発してジイソプロピルアミンである。
特に好ましい実施態様において、ヒドロアミノ化生成物は、イソブテンおよびアンモニアから出発して第三ブチルアミンである。
ホウ素含有ベータ型ゼオライトの存在でのオレフィンとアンモニアおよび/または第1アミンまたは第2アミンとの反応は、例えば欧州特許出願公開第132736号明細書、欧州特許出願公開第752409号明細書、欧州特許出願公開第822179号明細書およびWO−A−02/00597の記載と同様に行なうことができる。
反応は、連続的に、バッチ運転形式で、または半バッチ運転形式で運転されてよい。
この場合、好ましくは、一般的に、アンモニアおよび/または第1アミンまたは場合により第2アミンは、オレフィンと一緒に1:1〜10:1、有利に1:1〜5:1、殊に有利に1:1〜3:1のモル比で混合され、本発明によるヒドロアミノ化触媒を含有する、固定床反応器中または渦動床反応器中で、40〜700バール(絶対圧力)、有利に200〜300バール(絶対圧力)および80〜400℃、有利に230〜320℃の温度で気相中または過臨界状態で反応される。
他の選択可能な方法によれば、反応は、液相中で40〜80バール(絶対圧力)の圧力および60〜120℃の温度で、本発明によるヒドロアミノ化触媒を含有する、固体液体移動床反応器または流動管反応器中で実施されてもよい。
前記方法の特別な実施態様は、アンモニアおよび/または第1アミンもしくは第2アミンをオレフィンまたはオレフィン混合物と一緒にモル比1:1〜5:1、有利に1:1〜3:1で混合して、本発明によるヒドロアミノ化触媒を含有する固定床反応器に供給し、100〜320バール(絶対圧力)、有利に150〜310バール(絶対圧力)、殊に200〜300バール(絶対圧力)および200〜350℃、有利に220〜330℃、殊に230〜320℃の温度で気相中または過臨界状態で反応させることにある。
平衡の位置、ひいては望ましいヒドロアミノ化生成物の変換は、選択された反応圧力に著しく依存する。高い圧力は、付加生成物に有利であるが、しかし、一般的には、工業的および経済的な理由から300バール(絶対圧力)までの圧力範囲が最適である。反応の選択性は、アンモニア/アミン過剰量および触媒のようなパラメーターによって影響を及ぼされるだけでなく、温度によって著しく影響を及ぼされる。実際に、付加反応の反応速度は、温度の上昇と共に著しく増加するが、しかし、場合によっては選択性を減少させる副反応が同時に促進される。その上、温度の上昇は、熱力学的視点から多くの場合に好ましくない。変換率および選択性に関連して温度の最適な状態は、オレフィンの構造、使用される第1アミンの構造および触媒の構造に依存し、多くの場合には、220〜320℃の範囲内にある。
変換後、ヒドロアミノ化反応の生成物は、通常、例えば蒸留、精留、濾過、水洗浄または吸着によって分離される。変換されていない反応体または供給された不活性ガスは、反応に返送されてよい。
本発明による製造された第三ブチルアミンは、ゴム工業における原料(加硫促進剤)として、または植物保護剤または製薬の製造に使用されてよい。
本発明によるヒドロアミノ化触媒は、アミンの収量の改善をアンモニア、または第1アミンもしくは第2アミンとオレフィンとの反応の際に公知技術水準と比較して可能にすることにある。本発明による触媒は、大工業的規模で製造可能であり、および長い動作寿命を有する。本発明による触媒を用いると、一般的に同じ変換率の際に比較的高い触媒負荷を可能にするか、または同じ触媒負荷の際に比較的高い変換率を可能にする。
本発明を以下の実施例につき詳説する。
実施例:
触媒合成
実施例1:ホウ素含有ベータ型ゼオライト成形体の製造
ホウ素含有ベータ型ゼオライト133g(SiO2:B2O3の比=20、WO 97/07088に記載の合成)にベーム石67gおよび蟻酸4gを添加した。混練機中で混合物を圧縮し、注意深く水(110ml)を添加しながら混練した。混練時間は、60分間であった。押出品2.5mmを押出機中で100バールの加圧圧力で製造し、110℃で16時間乾燥し、引続き500℃で16時間か焼した。こうして製造された押出品のホウ素含量は、押出品100g当たり100ミルモルであり、吸水量は、0.6ml/gであった。
触媒合成
実施例1:ホウ素含有ベータ型ゼオライト成形体の製造
ホウ素含有ベータ型ゼオライト133g(SiO2:B2O3の比=20、WO 97/07088に記載の合成)にベーム石67gおよび蟻酸4gを添加した。混練機中で混合物を圧縮し、注意深く水(110ml)を添加しながら混練した。混練時間は、60分間であった。押出品2.5mmを押出機中で100バールの加圧圧力で製造し、110℃で16時間乾燥し、引続き500℃で16時間か焼した。こうして製造された押出品のホウ素含量は、押出品100g当たり100ミルモルであり、吸水量は、0.6ml/gであった。
実施例2:Liでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
押出品100gをロータリーエバポレーター中で20℃で回転(20rpm)しながら水60ml中のLiNO30.73gからなる溶液(濃度95%=Li10ミリモル)で含浸した。50℃で真空中で短時間乾燥した後、含浸した押出品を120℃で12時間乾燥炉中で乾燥し、引続き450℃で8時間回転管状炉中で空気50Nl/時間を導通させながらか焼した。引続き、押出品を微粉砕し、1〜1.6mmの破砕片の画分を篩別した。
押出品100gをロータリーエバポレーター中で20℃で回転(20rpm)しながら水60ml中のLiNO30.73gからなる溶液(濃度95%=Li10ミリモル)で含浸した。50℃で真空中で短時間乾燥した後、含浸した押出品を120℃で12時間乾燥炉中で乾燥し、引続き450℃で8時間回転管状炉中で空気50Nl/時間を導通させながらか焼した。引続き、押出品を微粉砕し、1〜1.6mmの破砕片の画分を篩別した。
実施例3:Liでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO30.36g(Li5ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO30.36g(Li5ミリモル)を使用した。
実施例4:Liでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO31.10g(Li15ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO31.10g(Li15ミリモル)を使用した。
実施例5:Liでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO31.46g(Li20ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO31.46g(Li20ミリモル)を使用した。
実施例6:Liでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO33.6g(Li50ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、LiNO33.6g(Li50ミリモル)を使用した。
実施例7:Naでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、NaNO30.85g(Na10ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、NaNO30.85g(Na10ミリモル)を使用した。
実施例8:Naでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、NaNO31.70g(Na20ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、NaNO31.70g(Na20ミリモル)を使用した。
実施例9:Rbでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、RbNO31.48g(Rb10ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、RbNO31.48g(Rb10ミリモル)を使用した。
実施例10:Csでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、CsNO31.95g(Cs10ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、CsNO31.95g(Cs10ミリモル)を使用した。
実施例11:Kでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、KNO30.51g(K5ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、KNO30.51g(K5ミリモル)を使用した。
実施例12:Kでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、KNO31.01g(K10ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、KNO31.01g(K10ミリモル)を使用した。
実施例13:Kでのホウ素含有ベータ型ゼオライトのドーピング
実施例1の方法を繰り返したが、KNO32.02g(20ミリモル)を使用した。
実施例1の方法を繰り返したが、KNO32.02g(20ミリモル)を使用した。
第三ブチルアミンの製造
管状反応器(内径6mm)中で触媒破砕片10g上に等温条件下で270℃および270バールの圧力でイソブテンとNH3との混合物43g/時間(1モル:1.5モル)を通過させ、この反応をオンラインGCにより監視した。
管状反応器(内径6mm)中で触媒破砕片10g上に等温条件下で270℃および270バールの圧力でイソブテンとNH3との混合物43g/時間(1モル:1.5モル)を通過させ、この反応をオンラインGCにより監視した。
次表中には、それぞれ48時間の運転時間後の上記の触媒(実施例1〜13)の結果が記載されている。
Na、K、Rb、Csを用いたアルカリ金属ドーピングは、ドーピングされていないB−ベータ型の使用と比較して収率の上昇を全く生じないかまたは最大0.5%の僅かな収率の上昇を生じ、一方で、Liでのドーピングによって0.9〜1.1%の収率の上昇を達成しうることが確認される。
Claims (10)
- ホウ素含有ベータ型ゼオライトを含有するヒドロアミノ化触媒において、ヒドロアミノ化触媒が、リチウムでドーピングされており、およびヒドロアミノ化触媒中のホウ素原子とリチウム原子とのモル比が5:1〜50:1であることを特徴とする、ホウ素含有ベータ型ゼオライトを含有するヒドロアミノ化触媒。
- ドーピングが、ヒドロアミノ化触媒をLiイオンを含有する液体と接触させることによって行なわれる、請求項1記載のヒドロアミノ化触媒。
- 液体中のLiイオンの濃度が液体1リットル当たりLiイオン0.01〜100モルである、請求項2記載のヒドロアミノ化触媒。
- ドーピングがイオン交換または含浸によって行なわれる、請求項1から3までのいずれか1項に記載のヒドロアミノ化触媒。
- ヒドロアミノ化触媒中のホウ素含有ベータ型ゼオライトの割合が10〜100質量%である、請求項1から4までのいずれか1項に記載のヒドロアミノ化触媒。
- アンモニア、または第1アミンもしくは第2アミンとオレフィンとを高められた温度および圧力で請求項1から5までのいずれか1項に記載のヒドロアミノ化触媒の存在で反応させることによる、アミンの製造法。
- アンモニア、第1アミンまたは第2アミンとオレフィンとのモル比は、1:1〜3:1である、請求項6記載の方法。
- オレフィンをアンモニアと反応させる、請求項6または7記載のいずれか1項に記載の方法。
- オレフィンとしてイソブテンを使用する、請求項6から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 加硫促進剤、または植物保護剤または製薬を製造するための方法において、最初に第三ブチルアミンを請求項6から9までのいずれか1項に記載の方法で製造し、こうして製造された第三ブチルアミンを加硫促進剤、または植物保護剤または製薬を製造するための方法に使用することを特徴とする、加硫促進剤、または植物保護剤または製薬を製造するための方法。
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