JP2024508014A - 芳香族ニトロ化合物を水素化する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、(i)芳香族アミンが得られるような芳香族ニトロ化合物の水素化に適した、ドープされた銅テトラアンミン塩ベースの水素化触媒を製造する方法であって、水素化触媒が担体上に金属形態又は酸化物形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はそれらの2つ以上の混合物から選択されるドーピング金属とを含み、担体が二酸化ケイ素成形体及び/又は炭化ケイ素成形体を含む、方法、(ii)上述の本発明による方法を用いて得ることができる、ドープされた銅テトラアンミン塩ベースの水素化触媒、並びに(iii)水素化触媒として担体上に金属形態又は酸化物形態の銅を含み、金属形態又は酸化物形態のドーピング金属を含む、ドープされた銅テトラアンミン塩ベースの水素化触媒の存在下で芳香族ニトロ化合物を水素化することを含む、芳香族アミンを製造する方法であって、担体が二酸化ケイ素成形体及び/又は炭化ケイ素成形体を含み、水素化触媒が、より詳細には上述の本発明による水素化触媒である、方法に関する。
Description
本発明は、(i)水素化触媒を調製する方法、すなわち芳香族ニトロ化合物を水素化して芳香族アミンを得るのに適した、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を調製する方法であって、上記水素化触媒が支持体上に金属形態又は酸化物形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択されるドーパント金属とを含み、支持体が成形二酸化ケイ素体及び/又は成形炭化ケイ素体を含む、方法、(ii)上述の本発明の方法によって得ることができる水素化触媒、すなわちドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒、並びに(iii)水素化触媒として支持体上に金属形態又は酸化物形態の銅と、金属形態又は酸化物形態のドーパント金属とを含む、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒の存在下で芳香族ニトロ化合物を水素化することを含む、芳香族アミンを調製する方法であって、支持体が成形二酸化ケイ素体及び/又は成形炭化ケイ素体を含み、水素化触媒が特に上述の本発明の水素化触媒である、方法に関する。
ニトロ芳香族化合物を水素により対応する芳香族アミンに水素化することは、以前から知られており、工業的に非常に重要である。代表的な例は、アニリンへのニトロベンゼンの水素化である。全世界で製造されるアニリンの大半が、ジフェニルメタン系のジアミン及びポリアミン(MDA)の製造に使用され、これらが重要なジフェニルメタン系のジイソシアネート及びポリイソシアネート(MDI)の製造の中間体となる。
水素化は、液相又は気相において、等温又は断熱条件下で行うことができる。等温及び断熱反応レジームの組合せも知られている。この目的で一連の触媒が文献に記載されている。ここで特筆すべきは、パラジウム及び銅ベースの触媒系である。
例えば、セラミック支持体上のパラジウムベースの触媒の使用が知られている。特許文献1は、冷却管型反応器内でパラジウム含有三成分担持触媒の存在下にてニトロ化合物を還元する方法を記載している。好ましい実施の形態においては、触媒は、1Lのα-Al2O3につき1g~20gのパラジウム、1g~20gのバナジウム及び1g~20gの鉛を含有する。同様であるが、Mo、Re又はWを付加的にドープした触媒が特許文献2にも記載されている。特許文献3は、かかる三成分担持触媒に硫黄又はリン含有、好ましくはリン含有化合物(例えば、リンの酸素酸又はそのアルカリ金属塩、例えば、特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸ナトリウム若しくはリン酸カリウム、又は次亜リン酸ナトリウム等)を付加的にドープすることが有利であると開示している。特許文献4は、形成されるアニリンのフェノール含量に対する触媒のカリウムドーピングの有利な効果を記載している。
特にニトロベンゼンの水素化への銅ベースの触媒の使用は、以前から知られている(特許文献5及び特許文献6を参照されたい)。触媒活性材料に使用された支持体は、ケイ酸塩及びナトリウムを主成分として含有する天然石の軽石であった。
アニリンへのニトロベンゼンの水素化のための二酸化ケイ素支持体上の銅触媒の使用も同様に以前から知られている(例えば、1950年代の特許文献7又は特許文献8)。どちらの特許にも、触媒前駆体化合物としての銅-アンミン錯体の使用が記載されている。触媒の調製のために、ケイ酸ナトリウム溶液を酸性化することによってヒドロゲルを沈殿させ、これを濾過及び洗浄後に銅-アンミン錯体と混合する。このように処理されたヒドロゲルを濾別し、洗浄し、乾燥させ、還元雰囲気にて焼成する。銅-アンミン錯体によるヒドロゲルの処理が含浸と記載されているが、記載の手法は、担体の微細性(新たに沈殿したヒドロゲルの形態であるため、銅粒子を取り込み得る細孔を全く有しない)のために、ヒドロゲルへの銅粒子の単純な沈着に近い。
十分に試行され、よく用いられている水素化触媒の調製方法は、金属塩溶液による含浸であり、使用される支持体は、金属塩溶液を吸収する細孔を有する。この目的で、支持体をその吸水能の最大飽和まで金属塩溶液で湿らせるか(「インシピエントウェットネス」法と呼ばれる)、又は上澄み液中で処理する。含浸法は例えば、以下で論考する特許出願の特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12及び特許文献13に記載されている。
特許文献9は、SiO2支持体上の銅含有触媒を用いて芳香族アミン、特にアニリンを調製する方法を記載している。銅だけでなく、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、バリウム(Ba)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)又はコバルト(Co)等の更なる水素化活性金属を使用することも可能である。支持体への銅及びそのような更なる金属の適用は、共同含浸(joint impregnation)によって行われる。この方法は、SiO2が湿式粉砕に続く噴霧乾燥によって製造されていることを特に特徴とする。特許文献9の文脈における湿式粉砕とは、既に形成された二酸化ケイ素(SiO2)を特定のサイズ/直径の粒子へと粉砕することを意味すると理解される(6頁、第3段落)。特許文献9によると、湿式粉砕によって任意の所望のサイズ/直径のSiO2粒子を得ることが可能である。しかしながら、具体的に開示されているのは、マイクロメートルオーダーの大きさ、好ましくは1μm~35μm、特に2μm~30μmの範囲内の直径を有する二酸化ケイ素粒子のみである(6頁、最終段落)。実施例1には、10μm~300μmの範囲内(すなわち0.3mm以下)の粒径を有する支持体の製造が開示されている。このように製造された触媒は、ミリメートル範囲のサイズを有する、肉眼で認められる成形体では実行することさえできない流動床触媒の形態で使用されるため、記載の方法にはこのように小さな触媒の直径も必要とされる。触媒活性金属の用途については、例えばアンモニア性炭酸塩溶液を用いた上澄み液からの含浸が記載されている。
特許文献14も芳香族ニトロ化合物の水素化のための触媒に関し、その平均粒径は、せいぜい10分の1ミリメートルの範囲である(例えば実施例2では114μm、実施例3では118μm)。成分A、特に炭化ケイ素と、成分B1、特に二酸化ケイ素とを支持体として含有する触媒系が記載されている。成分Aは、水素化活性金属が施された成分B1とは別に反応空間、好ましくは流動床反応器に供給することもできる。言及される特定の水素化活性金属(B2)は銅である。触媒は更なる金属(B3)でドープされていてもよい。これらの更なる金属B3は、好ましくはカリウム(K)、ナトリウム(Na)、バリウム(Ba)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)又は鉄(Fe)である。支持体B1への金属B2及びB3の適用は、共同含浸によって行われる。
特許文献10は、対応するニトロ芳香族化合物を気相中にて固定床触媒上で水素化することによって芳香族アミンを調製する方法を記載している。触媒は、含浸によって調製され得る支持体上に水素化活性金属を含有する。使用される水素化触媒は特に、1Lのα-Al2O3につき1g~100gのPdを含有する、好ましくはシェルの形態で沈殿した、α-Al2O3上にパラジウムを含有する触媒であり、触媒はバナジウム及び鉛を付加的に含有していてもよい。アンミン錯体をベースとした触媒については記載されていない。
特許文献11は、ケトン、カルボン酸エステル及びニトロ化合物の水素化に使用される銅クロマイト触媒の改良に関する。この目的で、ここで互いに反応する塩基性アンモニウム-クロム酸銅(II)の前駆体の反応によって塩基性アンモニウム-クロム酸銅(II)を無機酸化支持体材料の細孔内に形成させ、次いで支持体材料を約250℃~500℃の温度に約0.1時間~20時間加熱して、塩基性アンモニウム-クロム酸銅(II)を銅クロマイトに変換させることを特に特徴とする、支持体に適用された銅クロマイト触媒を調製する方法が提案される。特許文献11によると、銅クロマイトは、「xCuO,Cr2O3」として表されることが多い。これが化学量論比の説明であり、触媒の実際の構造に関していかなる情報も与えないことは当業者であればすぐに分かる。
特許文献12は、液相中にて高温及び高圧での対応するカルボニル化合物の接触水素化によるアルコールの調製に関する。この目的で、SiO2含有支持体材料を熱的に「容易に」(すなわち350℃未満)分解可能な様々な銅塩、例えば硝酸銅、炭酸銅、ギ酸銅、シュウ酸銅及びそれらの易水溶性アミン(アンミン)錯体等に含浸させることによって得られる銅触媒が記載される。
特許文献13は同様に、カルボニル化合物の水素化によるアルコールの調製に関する。使用される水素化触媒は、支持体材料と少なくとも1つの水素化活性金属とからなり、支持体材料は、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素又はそれらの混合酸化物をベースとし、水素化活性金属は、銅、コバルト、ニッケル、クロムの群からの少なくとも1つの元素を含有し、支持体材料がバリウム元素を更に含む。記載の一例は、約14%の炭酸テトラアンミン銅溶液を用いた酸化アルミニウム上での銅含有含浸触媒の調製である。
特許文献15は、メチルベンジルアルコールへのアセトフェノンの水素化のための触媒に関する。触媒は、炭酸テトラアンミン銅の溶液及びクロム酸アンモニウムの溶液、又はそれらの混合物を用いた二酸化ケイ素支持体の、特に噴霧を意味すると理解される含浸に続く乾燥によって調製される。支持体への金属塩溶液の噴霧は、上記の含浸の代替となり得る方法である。ここでも、使用される金属塩は、「過剰に」使用してもよく(上で説明した上澄み液への含浸の方法に従う)、又は支持体の細孔の吸収能に適合させてもよい(上記の「インシピエントウェットネス」法に従う)。
特許文献16は、1炭素原子少ないオレフィンの触媒的ヒドロホルミル化(オキソ法とも称される)に続く、形成されるアルデヒドの水素化による高級アルコール、特に炭素数8~13のアルコールの調製に使用される銅、クロム及び/又はニッケル含有水素化触媒の再生に関する。
特許文献17は、還元酸化銅及び少量の非還元酸化銅、更には「アルカリ金属酸化物」を含有する触媒を用いたアルデヒド及びケトンへのアルコールの脱水素化に関する。触媒は、テトラアンミン銅錯体を加熱し、続いて窒素下で加熱することによって調製される。
特許文献18は、オキソ法アルデヒドの不均一系水素化のためのクロム及びニッケルを含まない触媒に関する。触媒は、銅のみを含有するが、使用する支持体材料を二酸化ケイ素とし、活性触媒中のCu及びSiO2の含量を非常に狭い範囲内に正確に制限する必要がある。
銅化合物は、様々な異なる反応の触媒として使用されるのに加え、他の多くの分野に、例えば殺菌剤としても用いられている(例えば、特許文献19を参照されたい)。
特許文献20は、(I)水素化触媒として支持体上に金属又は金属酸化物を含み、少なくとも金属銅又は酸化銅(特にCuO)が存在し、存在する全ての金属に対するCuのモル比が0.75~1の範囲内であり、担体が成形二酸化ケイ素体又は成形炭化ケイ素体を含む、テトラアンミン銅塩ベースの含浸触媒、特にインシピエントウェットネス法によって得ることができる含浸触媒を準備する工程、(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって水素化触媒を活性化する工程、(III)任意に活性化された水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程を含む、芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを調製する方法を記載している。鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択されるドーパント金属の使用は開示されていない。
触媒合金、例えば既知のラネー触媒は、含浸触媒とは全く異なる。特許文献21は、0.05ml/g~1ml/gの細孔容積を有し、焼結微細触媒合金と、任意に促進剤とからなる外側の活性化シェルを有する成形活性化固定床金属触媒を開示しており、触媒合金は、合金の調製によって生じる金属相領域を含み、体積の点で最大の相は、0.5μm-1超の比界面密度を有する。
パラジウム又は銅ベースの触媒の使用に加えて、両方の金属を含有する触媒の使用も知られている。この一例は、特許文献22に記載されている。特許文献22には、0.5%~25%の銅及び0.01%~3%のパラジウムを含有する、自動車の排ガスの処理のための触媒が記載されている。
ニトロ芳香族化合物、特にニトロベンゼンの水素化について記載されている従来技術の触媒は、原則としてこの目的に適しているが、依然として選択性及び長期安定性に関して改善の可能性がある。ここでは既知のパラジウムベースの触媒と比較してより安価な銅ベースの触媒を重視した。
上記の点を考慮して、本発明は、以下のものを提供する。
第1の態様において、本発明は、芳香族ニトロ化合物を水素化して芳香族アミンを得るのに適した、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を調製する方法であって、上記水素化触媒が支持体上に金属形態又は酸化物形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の(少なくとも)ドーパント金属とを含み、上記支持体が成形二酸化ケイ素体及び/又は(好ましくは又は)成形炭化ケイ素体を含み(特に、二酸化ケイ素及び/又は炭化ケイ素以外の任意の他の支持体材料を含まない)、該方法が、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(a)~(d)は、繰り返し行うこともできる(異なる金属塩によるものを含む);
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)は、繰り返し行うこともできる(異なる金属塩によるものを含む);
を含む、方法に関する。
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(a)~(d)は、繰り返し行うこともできる(異なる金属塩によるものを含む);
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)は、繰り返し行うこともできる(異なる金属塩によるものを含む);
を含む、方法に関する。
全く驚くべきことに、2段階の含浸プロセスが1段階の含浸プロセスよりも活性が高い触媒をもたらし、支持体に金属を適用する順序(最初にドーパント金属、続いて銅)が触媒の品質に決定的な影響を及ぼすことが見出された。
第2の態様において、本発明は、上述の本発明の方法によって得ることができる、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒に関する。
第3の態様において、本発明は、
(I)本発明の第2の態様によるドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を準備する工程、すなわち、水素化触媒として支持体上に金属形態又は酸性形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の(少なくとも)ドーパント金属とを含む水素化触媒を準備する工程と、
なお、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒は、支持体にドーパント金属を適用し、続いてドーパント金属を含有する支持体に銅を適用することによって得ることができ、
ドーパント金属は鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択され、
支持体は、成形二酸化ケイ素体及び/又は(好ましくは又は)成形炭化ケイ素体を含む(特に、二酸化ケイ素及び/又は炭化ケイ素以外の任意の更なる支持体材料を含まない);
(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって水素化触媒を活性化する工程と、
(III)任意に活性化された水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程と、
を含む、芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを調製する方法に関する。
(I)本発明の第2の態様によるドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を準備する工程、すなわち、水素化触媒として支持体上に金属形態又は酸性形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の(少なくとも)ドーパント金属とを含む水素化触媒を準備する工程と、
なお、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒は、支持体にドーパント金属を適用し、続いてドーパント金属を含有する支持体に銅を適用することによって得ることができ、
ドーパント金属は鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択され、
支持体は、成形二酸化ケイ素体及び/又は(好ましくは又は)成形炭化ケイ素体を含む(特に、二酸化ケイ素及び/又は炭化ケイ素以外の任意の更なる支持体材料を含まない);
(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって水素化触媒を活性化する工程と、
(III)任意に活性化された水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程と、
を含む、芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを調製する方法に関する。
「ドーパント金属」又はそれを指す「上記ドーパント金属」等の単語の形態は、文脈により異なることが明らかに示唆されるか、又は異なることが明示的に強調されない限り、当然ながら2つ以上の異なるドーパント金属が使用される場合も含む。したがって、かかる方針は、本発明の範囲を逸脱しない。この状況は、「金属」、「金属酸化物」等の単語の形態についても同様である。
本発明の専門用語において、支持体上に金属又は金属酸化物を含む、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒は、ドーパント金属を含有する支持体をテトラアンミン銅塩(すなわち、Cu(II)のテトラアンミン錯体、すなわち陽イオン[Cu(NH3)4]2+を含有する塩)の水性、特にアンモニア性溶液で、特に含浸又は噴霧により処理し、続いて(好ましくは酸素含有雰囲気にて)乾燥させ、任意に焼成することによって得られた触媒を意味すると理解される。
ドーパント金属を含有する支持体へのテトラアンミン銅塩の適用の第1の好ましい変形形態である含浸は、テトラアンミン銅塩の水性、特にアンモニア性溶液と混合することによって(ドーパント金属を含有する支持体をテトラアンミン銅溶液に投入するか、又はドーパント金属を含有する支持体上に銅テトラアンミン溶液を注ぐことによって)行われる。ドーパント金属を含有する支持体の性質及びテトラアンミン銅塩の水性、特にアンモニア性溶液の量は、
ドーパント金属を含有する支持体(成形体に関する更に下の項も参照されたい)の細孔が収容し得るよりも多くのテトラアンミン塩溶液が存在するか(すなわち、上澄み液への含浸)、
又は最大で、ドーパント金属を含有する支持体の細孔が収容し得るのと全く同じだけの(好ましくは幾らか少ない、特に最大量の95%~99%のみ又は更には96%~98%のみの)テトラアンミン銅溶液が存在する(すなわち、好ましい方法であるインシピエントウェットネス法)ように、ここでは互いに適合させる。
ドーパント金属を含有する支持体(成形体に関する更に下の項も参照されたい)の細孔が収容し得るよりも多くのテトラアンミン塩溶液が存在するか(すなわち、上澄み液への含浸)、
又は最大で、ドーパント金属を含有する支持体の細孔が収容し得るのと全く同じだけの(好ましくは幾らか少ない、特に最大量の95%~99%のみ又は更には96%~98%のみの)テトラアンミン銅溶液が存在する(すなわち、好ましい方法であるインシピエントウェットネス法)ように、ここでは互いに適合させる。
ドーパント金属を含有する支持体へのテトラアンミン銅塩の適用の第2の好ましい変形形態である噴霧は、回転ドラムに整列された1つ以上のノズルを用いてドーパント金属を含有する支持体にテトラアンミン銅塩の水性、特にアンモニア性溶液を噴霧することによって行われる。この方法においても、ドーパント金属を含有する支持体の細孔が収容し得るよりも多くのテトラアンミン銅塩溶液を使用することが可能であるか(上澄み液への含浸に対応する)、又は最大で、ドーパント金属を含有する支持体の細孔が収容し得るのと全く同じだけの(好ましくは幾らか少ない、特に最大量の95%~99%のみ又は更には96%~98%のみの)テトラアンミン銅溶液を使用することが可能である(ここでも好ましい方法であるインシピエントウェットネス法に対応する)。インシピエントウェットネス法という用語は、以下で噴霧についても使用される。
したがって、水素化触媒は特に、言及したインシピエントウェットネス法によって得ることができるもの(好ましくは、この方法によって実際に製造されたもの)である。すなわち、言い換えると、水素化触媒の製造プロセスにおいて、水による飽和度によって決定される、ドーパント金属を含有する支持体の最大吸収率を超えないように、ドーパント金属を含有する支持体をテトラアンミン銅塩の水性、特にアンモニア性溶液で処理するのが好ましい。銅塩溶液の量は、最大吸収率の95%~99%の範囲内、より好ましくは96%~98%の範囲内となるように選択するのが好ましい。水による飽和度によって決定される、ドーパント金属を含有する支持体の最大吸収率を決定する手段は、専門分野において既知である。実施例の項の冒頭の「支持体の最大吸収率の決定」に記載される方法が本発明の目的にとって極めて重大な要素である(これは、処理される支持体材料が既にドープされた支持体であるか、又は未だ金属がドープされていない支持体であるかに関わらず適用可能である)。
ドーパント金属を含有する支持体とは、本発明の専門用語において、支持体をドーパント金属の塩の水溶液で、処理、特に含浸又は噴霧により、続いて(好ましくは酸素含有雰囲気にて)乾燥させ、焼成することによって得られた支持体を指す。銅の含浸又は噴霧について記載されたインシピエントウェットネス法の使用に関しては、出発支持体をドーパント金属に含浸させることについても同じことが当てはまる。ここでも、上記の条件下でこの方法を用いることが好ましい。
本発明によると、支持体は、成形二酸化ケイ素及び/又は炭化ケイ素体を含み、本文脈における成形体は、成形体が、特に1.0mm~15mmの範囲内、好ましくは4.0mm~15mm、より好ましくは4.0mm~10mmの範囲内の平均直径を有する離散(すなわち肉眼で認められる)粒子の形態であることを意味すると理解される。例としては、特に成形円筒体及び成形球体が挙げられ、成形円筒体の場合、底面の直径が本文脈における直径とみなされ、成形円筒体の長さは常に直径よりも長く、特に直径の最大2.0倍、好ましくは最大1.8倍、より好ましくは最大1.6倍である。成形円筒体の場合、個々の円筒を組み合わせて、複数の円筒を含む集合体を形成し、特に三葉形(長手方向に互いに連結した3つの円筒から形成される集合体)を得ることもできる。このような円筒の集合体の場合、直径は、相互に連結した円筒の底面を囲む理論上の円の直径と考えられる。かかる集合体の場合であっても、円筒成形体の長さは常に直径よりも長く、特に直径の最大2.0倍、好ましくは最大1.8倍、より好ましくは最大1.6倍である。
上述の意味における平均直径の決定は、当業者にはよく知られており、原則として、専門分野において既知であるmm範囲の粒径を決定する全ての方法によって行うことができる。概して、結果は選択した方法のタイプに大きく依存しない。疑念がある場合には(すなわち、予想に反して、専門分野において認められている粒径を決定する様々な方法が顕著に異なる結果をもたらす場合)、以下に記載する方法が本発明の目的にとって決定的である。
分析すべき支持体の成形体を混合した後、20個の成形体の代表的なサンプルを採取する。次いで、キャリパーゲージ又はマイクロメーターネジを用いて、採取した成形体のそれぞれの上で規定した直径を3回測定する。3回の個々の測定から平均値をそれぞれ求め、次にこのようにして得られた20個の平均値から平均値を算出する。この後者の平均値が本発明の文脈における平均直径を指す。ここで使用される測定装置は、平均直径が少なくとも4.0mmの場合にはキャリパーゲージである。4.0mm未満の平均直径の場合、マイクロメーターネジを使用する。第1段階で正しい測定装置を選択するためには、粒径に関する支持体の製造業者のデータを参考にすれば一般に十分である。しかしながら、かかるデータに基づいてキャリパーゲージを選択しても、4.0mm未満の平均直径が測定時に確認された場合(製造業者の数値が4.0mmであるか、又はそれを僅かに下回る場合に当てはまり得る)、マイクロメーターネジを用いて測定を繰り返す必要がある。好適な測定装置は、アナログでも又はデジタルでもよく、専門業者から入手することができる。
記載のような成形体は、不定形の構造(粉塵又はヒドロゲル等)及び一体構造のどちらとも異なる。成形二酸化ケイ素又は炭化ケイ素体は、テトラアンミン銅塩の水溶液が浸透する細孔を有する。本発明の専門用語において使用される二酸化ケイ素(SiO2)は、英語の文献においては一般にシリカと称される。
存在する全ての金属に対するCuのモル比(すなわちx(Cu))は、いずれの場合にも金属自体をベースとし、すなわち、
x(Cu)=Cuのモル量/存在する全ての金属のモル量の合計である。触媒上に存在する金属の質量比(proportions by mass)は、調製により既知であり、それから銅のモル比x(Cu)を容易に算出することができる。
x(Cu)=Cuのモル量/存在する全ての金属のモル量の合計である。触媒上に存在する金属の質量比(proportions by mass)は、調製により既知であり、それから銅のモル比x(Cu)を容易に算出することができる。
初めに、本発明の考え得る様々な実施の形態の概要を以下に示すが、実施の形態の列挙は、包括的でないとみなすべきである。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第1の実施の形態においては、工程(b)において、100gの支持体Tの処理のために、ミリリットルで表される体積VMS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率STの数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)が使用され、
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、支持体の最大吸収率STは、支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%。
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、支持体の最大吸収率STは、支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%。
第1の実施の形態の特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第2の実施の形態においては、
0.95≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.99
である。
0.95≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.99
である。
第1の実施の形態の更なる特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第3の実施の形態においては、
0.96≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.98
である。
0.96≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.98
である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第4の実施の形態においては、工程(f)において、100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される体積VKS(100g KV1)の数値と、パーセントで表される、処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるようなアンモニア性銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)が使用され、
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
第4の実施の形態の特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第5の実施の形態においては、
0.95≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.99
である。
0.95≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.99
である。
第4の実施の形態の更なる特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第6の実施の形態においては、
0.96≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.98
である。
0.96≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.98
である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第7の実施の形態においては、金属塩は鉄塩、亜鉛塩、コバルト塩又は上述の金属塩の2つ以上の混合物を含み、特に上述の1つのみからなる。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第8の実施の形態においては、金属塩は金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩を含み、特に金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第9の実施の形態においては、金属塩は硝酸亜鉛(II)、硝酸鉄(III)、硝酸コバルト(III)又は上述の金属硝酸塩の2つ以上の混合物を含み、特に上述の1つのみからなる。これらには、当然ながら言及した硝酸塩の水和物(例えば、Zn(NO3)2・4H2O)も含まれる。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第10の実施の形態においては、工程(a)における溶解を20℃~25℃の範囲内の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第11の実施の形態においては、工程(c)における乾燥を80℃~150℃、好ましくは100℃~130℃の範囲内の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第12の実施の形態においては、工程(d)における焼成を300℃~600℃、好ましくは400℃~500℃の範囲内の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第13の実施の形態においては、銅塩は、塩基性炭酸銅を含む(水酸化炭酸銅、例えばマラカイト、CuCO3・Cu(OH)2;同様に、「CuCO3」と「Cu(OH)2」との異なる比率を有する他の水酸化炭酸銅を使用することも可能である)。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第14の実施の形態においては、工程(e)において、銅塩に加えてアンモニウム塩、特に炭酸アンモニウム又は酢酸アンモニウムもアンモニア水に溶解する。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第15の実施の形態においては、工程(e)における溶解を0.0℃~25.0℃の範囲内(pH9.0以上に対応する過剰なアンモニアの場合)又は0.0℃~10.0℃の範囲内(より低いpHの場合)の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第16の実施の形態においては、工程(g)(1)又は工程(g)(2)における乾燥を80℃~150℃の範囲内の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第17の実施の形態においては、工程(g)(2)における焼成を300℃~600℃の範囲内の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第18の実施の形態においては、アンモニア性銅塩溶液は、7.0~14.0、好ましくは7.0~12.0の範囲内のpH(20℃)を有する。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第19の実施の形態においては、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の金属Cuとして算出される銅化合物の質量比は、その全質量に対して8%~25%の範囲内に設定される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第20の実施の形態においては、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の金属として算出される銅化合物以外の金属化合物の質量比は、その全質量に対して0.1%~25%、好ましくは1.0%~20%の範囲内に設定される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第21の実施の形態においては、存在する全ての金属に対する、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中のCuのモル比は、0.30~0.99、好ましくは0.45~0.95の範囲内に設定される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第22の実施の形態においては、工程(b)及び/又は(f)における処理は、支持体又は第1の触媒前駆体を金属塩溶液又はアンモニア性銅塩溶液に含浸させることを含む。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第23の実施の形態においては、工程(b)及び/又は(f)における処理は、支持体又は第1の触媒前駆体に金属塩溶液又はアンモニア性銅塩溶液を噴霧することを含む。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第24の実施の形態においては、成形二酸化ケイ素又は炭化ケイ素体は、(i)球、(ii)円筒又は(iii)長手方向軸に沿って互いに連結した複数の円筒の集合体であり、1.0mm~15mm、好ましくは4.0mm~15mm、より好ましくは4.0mm~10mmの範囲内の平均直径(キャリパーゲージ又はマイクロメーターネジを用いてそれぞれ20個の成形体を測定し、平均値を求めることによって決定される;詳細については、上記の方法の説明を参照されたい)を有し、円筒の場合の平均直径は、円筒の底面に関するものであり、長手方向に互いに連結した複数の円筒から形成される集合体の場合、相互に連結した円筒の底面を囲む円に関するものである。円筒成形体の場合、個々の円筒であるか、又は複数の円筒の集合体であるかに関わらず、円筒成形体の長さは常に直径よりも長く、特に直径の最大2.0倍、好ましくは最大1.8倍、より好ましくは最大1.6倍である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第1の実施の形態においては、工程(II)を行い、水素による処理を180℃~240℃の範囲の温度で行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第2の実施の形態においては、工程(III)を、
160℃~500℃又は(好ましくは)180℃~400℃の範囲内の温度で断熱的に、
又は、
180℃~550℃又は(好ましくは)190℃~400℃の範囲の温度で等温的に行う。
160℃~500℃又は(好ましくは)180℃~400℃の範囲内の温度で断熱的に、
又は、
180℃~550℃又は(好ましくは)190℃~400℃の範囲の温度で等温的に行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第3の実施の形態においては、工程(III)を、
10~200の範囲内の水素とニトロ基とのモル比で断熱的に、
又は、
3~100の範囲内の水素とニトロ基とのモル比で等温的に行う。
10~200の範囲内の水素とニトロ基とのモル比で断熱的に、
又は、
3~100の範囲内の水素とニトロ基とのモル比で等温的に行う。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第4の実施の形態においては、(I)において準備される水素化触媒中の金属Cuとして算出される銅化合物の質量比は、その全質量に対して8%~25%の範囲内である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第5の実施の形態においては、使用される水素化触媒は、炭酸テトラアンミン銅ベースの水素化触媒である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第6の実施の形態においては、使用される水素化触媒は、炭酸テトラアンミン銅アンモニウム塩ベースの水素化触媒、特に炭酸テトラアンミン銅炭酸アンモニウムベースの水素化触媒又は炭酸テトラアンミン銅酢酸アンモニウムベースの水素化触媒である。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第7の実施の形態においては、(I)において準備される水素化触媒中の金属として算出される銅化合物以外の金属化合物の質量比は、その全質量に対して0.1%~25%、好ましくは1.0%~20%の範囲内に設定される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第8の実施の形態においては、ドーパント金属は鉄、亜鉛、コバルト又は上述の金属の2つ以上の混合物を含み、特に上述の1つのみからなる。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第9の実施の形態においては、存在する全ての金属に対する、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中のCuのモル比は、0.30~0.99、好ましくは0.45~0.95の範囲内に設定される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第10の実施の形態においては、工程(I)が、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(好ましくは)(a)~(d)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる金属塩を用いて)行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(好ましくは)(e)~(g)(2)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる銅塩を用いて)行うこともできる;
を含む。
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(好ましくは)(a)~(d)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる金属塩を用いて)行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(好ましくは)(e)~(g)(2)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる銅塩を用いて)行うこともできる;
を含む。
第10の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第11の実施の形態においては、工程(b)において、100gの支持体Tの処理のために、ミリリットルで表される体積VMS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率STの数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)が使用され、
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、支持体の最大吸収率STは、該支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%。
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、支持体の最大吸収率STは、該支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%。
第11の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第12の実施の形態においては、
0.95≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.99
である。
0.95≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.99
である。
第11の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第13の実施の形態においては、
0.96≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.98
である。
0.96≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.98
である。
第10~13の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第14の実施の形態においては、工程(f)において、100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される体積VKS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるようなアンモニア性銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)が使用され、
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
第14の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第15の実施の形態においては、
0.95≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.99
である。
0.95≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.99
である。
第14の実施の形態の更なる特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第16の実施の形態においては、
0.96≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.98
である。
0.96≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.98
である。
第14~第16の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第17の実施の形態においては、金属塩は金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩を含む。
第10~第17の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第18の実施の形態においては、金属塩は硝酸亜鉛(II)、硝酸鉄(III)、硝酸コバルト(III)又は上述の金属硝酸塩の2つ以上の混合物を含み、特に上述の1つのみからなる。
第10~第18の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第19の実施の形態においては、工程(I)(a)における溶解を20.0℃~25℃の範囲内の温度で行う。
第10~第19の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第20の実施の形態においては、工程(I)(c)における乾燥を80℃~150℃の範囲内の温度で行う。
第10~第20の実施の形態の特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第21の実施の形態においては、工程(I)(d)における焼成を300℃~600℃の範囲内の温度で行う。
第10~第21の実施の形態の特定の構成である、水素化触媒の製造のための本発明の方法の第22の実施の形態においては、銅塩は、塩基性炭酸銅(水酸化炭酸銅、CuCO3・Cu(OH)2)を含む。
第10~第22の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第23の実施の形態においては、工程(I)(e)において、銅塩に加えてアンモニウム塩、特に炭酸アンモニウム又は酢酸アンモニウムもアンモニア水に溶解する。
第10~第23の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第24の実施の形態においては、工程(I)(e)における溶解を0.0℃~25.0℃の範囲内(pH9.0以上に対応する過剰なアンモニアの場合)又は0.0℃~10.0℃の範囲内(より低いpHの場合)の温度で行う。
第10~第24の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第25の実施の形態においては、工程(I)(g)(1)又は工程(I)(g)(2)における乾燥を80℃~150℃の範囲内の温度で行う。
第10~第25の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第26の実施の形態においては、工程(I)(g)(2)における焼成を300℃~600℃の範囲内の温度で行う。
第10~第26の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第27の実施の形態においては、アンモニア性銅塩溶液は、7.0~14.0、好ましくは7.0~12.0の範囲内のpH(20℃)を有する。
第10~第27の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第28の実施の形態においては、工程(I)(b)及び/又は(I)(f)における処理は、支持体又は第1の触媒前駆体に金属塩溶液又はアンモニア性銅塩溶液を含浸させることを含む。
第10~第27の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第29の実施の形態においては、工程(I)(b)及び/又は(I)(f)における処理は、支持体又は第1の触媒前駆体に金属塩溶液又はアンモニア性銅塩溶液を噴霧することを含む。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第30の実施の形態においては、任意に活性化された水素化触媒は、工程(III)において固定触媒床に配置される。
他の全ての実施の形態と組み合わせることができる、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第31の実施の形態においては、式:
(式中、R1及びR2は独立して水素、メチル又はエチルであり、ここで、R2はさらにNO2であってもよい)の芳香族ニトロ化合物を水素化する。
上で簡潔に概説した実施の形態及び本発明の考え得る更なる構成を以下でより詳細に説明する。本文脈において、本発明の全ての実施の形態及び更なる構成は、文脈から逆のことが当業者に明らかであるか、又は任意の異なる記載が明示的になされない限り、所望により互いに組み合わせることができる。
水素化を行うための触媒の準備
本発明の第1の態様における水素化触媒の製造は、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(好ましくは)(a)~(d)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる金属塩を用いて)行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(好ましくは)(e)~(g)(2)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる銅塩を用いて)行うこともできる;
を含む。
本発明の第1の態様における水素化触媒の製造は、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)支持体を金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(好ましくは)(a)~(d)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる金属塩を用いて)行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)第1の焼成触媒前駆体をアンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(好ましくは)(e)~(g)(2)は、繰り返し、特に2回(同じか又は異なる銅塩を用いて)行うこともできる;
を含む。
ドーパント金属又は銅塩の溶液による支持体又は第1の触媒前駆体の処理は、既に更に上で説明したように含浸又は噴霧によって行うことができる。含浸による処理が好ましい。どちらの技術も専門分野において既知であるため、ここで詳細に説明する必要はない。
含浸を用いる場合も、噴霧を用いる場合も、ドーパント金属又は銅塩の溶液を、支持体(T)又は第1の焼成触媒前駆体(KV1)に対して、支持体の最大吸収率S(ST)又は第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率S(SKV1)を超えないような比率で使用することが好ましく(インシピエントウェットネス法)、ここで、支持体又は第1の触媒前駆体の最大吸収率は、支持体又は第1の焼成触媒前駆体のサンプルによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、支持体のサンプルの質量(mPT)又は第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量(mPKV1)との比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%
ST=[mH2O/mPT]×100%
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%
本発明の文脈において、最大吸収率Sを超えないとは、100gの支持体T又は100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される金属塩溶液の体積VMS(100g T)又は銅塩溶液の体積VKS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率ST又は処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)又は銅塩溶液VKSの体積(100g KV1)が使用されることを意味する。
したがって、以下の条件が好ましくは適用される:
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
より好ましくは、0.95≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.99、最も好ましくは、0.96≦[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦0.98である。
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
であるのが更に好ましい。
であるのが更に好ましい。
より好ましくは、0.95≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.99、最も好ましくは、0.96≦[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦0.98である。
処理の方法及び処理工程における比率の選択に関わらず、金属塩として鉄塩、亜鉛塩、コバルト塩又は上述の金属塩の2つ以上の混合物を使用することが好ましい。金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩を使用することが特に好ましい。金属塩は、最も好ましくは硝酸亜鉛(II)、硝酸鉄(III)、硝酸コバルト(III)又は上述の金属硝酸塩の2つ以上の混合物である。
工程(a)における金属塩の溶解は、温度が重要ではなく、常温、例えば20℃~25℃で行うことができる。工程(b)における金属塩溶液による支持体の処理においては、次の工程を行う前に湿った支持体を長時間放置することが可能である(「エージング」)。しかしながら、これは必須ではない。
乾燥工程(c)に有用な温度は、80℃~150℃の範囲内であることが見出されている。工程(d)における焼成は、300℃~600℃の範囲内の温度で行うのが好ましい。乾燥及び焼成は酸素雰囲気、特に空気中で行うのが好ましい。しかし、不活性ガス雰囲気(例えば窒素雰囲気)での焼成も同様に考え得る。
使用される銅塩は、塩基性炭酸銅(水酸化炭酸銅、CuCO3・Cu(OH)2)であるのが好ましい。銅塩の正確な種類に関わらず、工程(e)において、銅塩に加えて、特に炭酸アンモニウム又は酢酸アンモニウム等のアンモニウム塩もアンモニア水に溶解することが有用であると見出されている。工程(e)は、0.0℃~25.0℃の範囲内(特にpH9.0以上に対応する過剰なアンモニアの場合)又は0.0℃~10.0℃の範囲内(特により低いpHの場合)の温度で行うことが好ましい。アンモニア性銅塩溶液が7.0~14.0、好ましくは7.0~12.0の範囲内のpH(20℃)を有することが好ましい。工程(f)における銅塩溶液による第1の焼成触媒前駆体の処理においては、次の工程を行う前に湿った第1の焼成触媒前駆体を長時間放置することが可能である(「エージング」)。しかしながら、これは必須ではない。
工程(g)(1)又は工程(g)(2)における乾燥は、80℃~150℃の範囲内の温度で行うのが好ましい。焼成を工程(g)(2)に従って行う場合、300℃~600℃の範囲内の温度で行うのが好ましい。乾燥及び焼成は酸素雰囲気、特に空気中で行うのが好ましい。しかし、不活性ガス雰囲気(例えば窒素雰囲気)での焼成も同様に考え得る。
本発明の方法は、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の金属Cuとして算出される銅化合物の質量比を、その全質量に対して8%~25%の範囲内に確立するように行うのが好ましい。ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の金属として算出される銅化合物以外の金属化合物の質量比は、その全質量に対して0.1%~25%、好ましくは1.0%~20%の範囲内に確立するのが好ましい。ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の存在する全ての金属に対するCuのモル比は、0.30~0.99、好ましくは0.45~0.95の範囲内の値に調整するのが好ましい。したがって、存在する全ての金属に対する全てのドーパント金属のモル比は、好ましくは0.01~0.70、好ましくは0.05~0.55である。
上記の水素化触媒の製造方法を用いることで、本発明の第2の態様による水素化触媒を得ることができる。
水素化手順
本発明の第3の態様における芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを製造する方法は、
(I)本発明の第2の態様によるドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を準備する工程、すなわち、水素化触媒として支持体上に金属形態又は酸性形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の(少なくとも)ドーパント金属とを含む水素化触媒を準備する工程と、
なお、銅触媒は、支持体にドーパント金属を適用し、続いてドーパント金属を含有する支持体に銅を適用することによって得ることができ、特に、水素化触媒を製造する本発明の方法によって得ることができ(すなわち、水素化触媒は、特に本発明の水素化触媒である)、
ドーパント金属は鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択され、
支持体は、成形二酸化ケイ素体及び/又は成形炭化ケイ素体を含む;
(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって水素化触媒を活性化する工程と、
(III)任意に活性化された水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程と、
を含む。
本発明の第3の態様における芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを製造する方法は、
(I)本発明の第2の態様によるドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を準備する工程、すなわち、水素化触媒として支持体上に金属形態又は酸性形態の銅と、金属形態又は酸化物形態の(少なくとも)ドーパント金属とを含む水素化触媒を準備する工程と、
なお、銅触媒は、支持体にドーパント金属を適用し、続いてドーパント金属を含有する支持体に銅を適用することによって得ることができ、特に、水素化触媒を製造する本発明の方法によって得ることができ(すなわち、水素化触媒は、特に本発明の水素化触媒である)、
ドーパント金属は鉄、コバルト、マンガン、バナジウム、亜鉛又はこれらの2つ以上の混合物から選択され、
支持体は、成形二酸化ケイ素体及び/又は成形炭化ケイ素体を含む;
(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって水素化触媒を活性化する工程と、
(III)任意に活性化された水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程と、
を含む。
(I)において準備される水素化触媒中の金属Cuとして算出される銅化合物の質量比は、その全質量に対して8%~25%の範囲であるのが好ましい。工程(I)において準備される水素化触媒中の銅化合物以外の金属化合物(金属として算出される)の質量比は、その全質量に対して、好ましくは0.1%~25%、好ましくは1.0%~20%の範囲内である。ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒中の存在する全ての金属に対するCuのモル比は0.30~0.99、好ましくは0.45~0.95の範囲内であるのが好ましい。したがって、銅以外の全ての金属のモル比は、好ましくは0.01~0.70、好ましくは0.05~0.55である。ドーパント金属は、特に鉄、亜鉛、コバルト又は上述の金属の2つ以上の混合物である。
水素化触媒は、特に炭酸テトラアンミン銅ベースの水素化触媒である。使用される水素化触媒は、より好ましくは炭酸テトラアンミン銅アンモニウム塩ベースの水素化触媒、特に炭酸テトラアンミン銅炭酸アンモニウムベースの水素化触媒又は炭酸テトラアンミン銅酢酸アンモニウムベースの水素化触媒である。
工程(I)において準備される水素化触媒の更なる詳細については、本発明の第1の態様における水素化触媒を製造する方法の説明を参照することができる。
工程(II)において活性化を行うことが好ましい。この工程に有用な温度は、180℃~240℃の範囲内であることが見出されている。
実際の水素化である工程(III)は、断熱的に(すなわち、冷却又は加熱を行うことなく)又は等温的に(すなわち、例えばチューブの周囲を流れる熱媒体を有するシェルアンドチューブ式反応器を用いて反応熱を除去することによって冷却しながら)行うことができる。断熱反応様式の場合、水素とニトロ基との有用なモル比が10~200の範囲内であり、有用な温度が160℃~500℃又は(好ましくは)180℃~400℃の範囲内であることが見出されている。等温反応様式の場合、水素とニトロ基との有用なモル比が3~100の範囲内であり、有用な温度が180℃~550℃又は(好ましくは)190℃~400℃の範囲内であることが見出されている。
工程(III)を行うための水素化触媒を固定触媒床に配置することが好ましい。本発明の水素化プロセスは、以下の式:
(式中、R1及びR2は独立して水素、メチル又はエチルであり、ここで、R2はさらにNO2であってもよい)の芳香族ニトロ化合物の水素化に特に有用であることが見出されている。
以下で実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
一般的方法
支持体の最大吸収率の決定
最大吸収率は、後述のように吸水の前後に成形体を秤量することによって決定する。この目的で、支持体材料TM(非処理の支持体、又はドーパント金属若しくは銅で既に処理した支持体のいずれか)を秤量し、脱塩水(DM水)下で気泡が上昇しなくなるまで静置する。上澄み水をデカントし、湿った成形体の外側を濾紙上で転がして乾燥させる。このようにして外側を乾燥させた成形体を秤量し、出発重量から減算することによって、使用される成形体の最大吸収率に相当するグラム単位の吸水量が得られる。反復含浸の場合、支持体材料の吸収率の決定を各含浸の前に行う。本発明の専門用語において、最大吸収率Sは、パーセンテージとして表される:
S=[(吸収した水の質量)/(吸水前の支持体材料の質量)]×100%
支持体の最大吸収率の決定
最大吸収率は、後述のように吸水の前後に成形体を秤量することによって決定する。この目的で、支持体材料TM(非処理の支持体、又はドーパント金属若しくは銅で既に処理した支持体のいずれか)を秤量し、脱塩水(DM水)下で気泡が上昇しなくなるまで静置する。上澄み水をデカントし、湿った成形体の外側を濾紙上で転がして乾燥させる。このようにして外側を乾燥させた成形体を秤量し、出発重量から減算することによって、使用される成形体の最大吸収率に相当するグラム単位の吸水量が得られる。反復含浸の場合、支持体材料の吸収率の決定を各含浸の前に行う。本発明の専門用語において、最大吸収率Sは、パーセンテージとして表される:
S=[(吸収した水の質量)/(吸水前の支持体材料の質量)]×100%
使用される含浸塩溶液の量を算出する目的で、含浸に使用される金属塩溶液の体積VMS又は銅塩溶液の体積VKS(そのml単位の数値が%単位の最大吸収率Sの数値に相当する)を、100gの使用される支持体材料によって吸収され得る最大値である含浸体積として設定する。
以下の実施例においては、100gの支持体材料の含浸について、このようにして確認されるSの値の98%に相当する金属塩溶液の含浸体積VMS(100g TM)又は銅塩溶液の含浸体積VKS(100g TM)を用いた。これは全ての含浸工程(すなわち、ドーパント金属の適用及び銅の適用の両方、並びに複数回の含浸の場合には、個々の含浸工程)に当てはまる。
算出例:
a)Saint-Gobain Norproの「SS69138」成形SiO2体(3mmの押出品)(全ての実験で支持体として使用した)の吸収率は、108.5%であることが見出された。したがって、これらの成形体100gを本発明の専門用語における最大吸収率Sまで含浸させるためには、108.5mlの含浸塩溶液が必要とされた。使用量は、実際には成形体100g当たり(108.5ml×0.98=)106.3mlの含浸溶液であった。
a)Saint-Gobain Norproの「SS69138」成形SiO2体(3mmの押出品)(全ての実験で支持体として使用した)の吸収率は、108.5%であることが見出された。したがって、これらの成形体100gを本発明の専門用語における最大吸収率Sまで含浸させるためには、108.5mlの含浸塩溶液が必要とされた。使用量は、実際には成形体100g当たり(108.5ml×0.98=)106.3mlの含浸溶液であった。
b)Znドープされた成形SiO2体の吸収率は、88.8%であることが見出された。したがって、100gのZnドープされた成形SiO2体に銅を含浸させるためには、(88.8ml×0.98=)87.0mlのテトラアンミン銅溶液が使用された。
触媒の一般的な製造手順
21個の触媒を製造した。詳細は表1に見ることができる。表1に特に明記されていない限り、以下の条件に従った。
21個の触媒を製造した。詳細は表1に見ることができる。表1に特に明記されていない限り、以下の条件に従った。
1.支持体へのドーパント金属の含浸
含浸溶液の製造(工程(a)):
必要量の金属塩を75mlの脱塩水(DM水)に溶解し、DM水で必要体積の含浸溶液とする。
含浸溶液の製造(工程(a)):
必要量の金属塩を75mlの脱塩水(DM水)に溶解し、DM水で必要体積の含浸溶液とする。
含浸の実行(工程(b)):
100gのSiO2支持体を回転運動により混合しながら金属塩水溶液に添加する。10分間の運動後に液体の吸収を終了する。
100gのSiO2支持体を回転運動により混合しながら金属塩水溶液に添加する。10分間の運動後に液体の吸収を終了する。
乾燥の実行(工程(c)):
含浸させた支持体を120℃の熱風乾燥機内で40分間乾燥させる。
含浸させた支持体を120℃の熱風乾燥機内で40分間乾燥させる。
焼成の実行(工程(d)):
ドーパント金属を含浸させ、乾燥させた支持体をスタティックオーブン内で3℃/分で昇温しながら450℃まで加熱し、この温度を4時間維持する。室温まで冷却した後、工程(a)~(d)を繰り返してもよい。
ドーパント金属を含浸させ、乾燥させた支持体をスタティックオーブン内で3℃/分で昇温しながら450℃まで加熱し、この温度を4時間維持する。室温まで冷却した後、工程(a)~(d)を繰り返してもよい。
2.ドープ支持体への銅の含浸
テトラアンミン銅塩溶液の製造(工程(e)):
pH=10.0±1.0でCuの質量比が(10.0±0.5)%の溶液に使用した質量:
炭酸アンモニウム 316g
塩基性炭酸銅 364g
25%~30%アンモニア 652g
脱塩水 668g
テトラアンミン銅塩溶液の製造(工程(e)):
pH=10.0±1.0でCuの質量比が(10.0±0.5)%の溶液に使用した質量:
炭酸アンモニウム 316g
塩基性炭酸銅 364g
25%~30%アンモニア 652g
脱塩水 668g
初めに、出発材料を冷蔵庫内で5℃未満に冷却する。密閉可能な容器において水及びアンモニアを混合する。固体を皿にまとめて秤量し、冷却アンモニア溶液に迅速に添加し、塩が溶解するまで蓋を閉めて(安全上の理由から均圧弁を用いる)混合する。銅濃度10質量%及びpH10の濃青色の溶液が得られた。室温での溶液の密度は、1.22g/mlであることが見出された。
含浸の実行(工程(f)):
1つ以上のドーパント金属でドープされた工程1からの支持体材料を回転運動により混合しながら必要割合のテトラアンミン銅塩溶液に添加する。10分間の運動後に液体の吸収を終了した。
1つ以上のドーパント金属でドープされた工程1からの支持体材料を回転運動により混合しながら必要割合のテトラアンミン銅塩溶液に添加する。10分間の運動後に液体の吸収を終了した。
乾燥の実行(工程(g)(1)):
テトラアンミン銅塩溶液を含浸させた支持体材料を120℃の熱風乾燥機内で60分間乾燥させる。ここで濃青色から緑色又は黒色への色変化が観察される。
テトラアンミン銅塩溶液を含浸させた支持体材料を120℃の熱風乾燥機内で60分間乾燥させる。ここで濃青色から緑色又は黒色への色変化が観察される。
焼成の実行(工程(g)(2)、任意):
乾燥させた支持体材料を3℃/分で昇温しながら450℃まで加熱し、その温度で4時間維持する。得られた黒色の触媒粒子を約8時間以内に室温まで冷却する。室温まで冷却した後、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)を繰り返してもよい。
乾燥させた支持体材料を3℃/分で昇温しながら450℃まで加熱し、その温度で4時間維持する。得られた黒色の触媒粒子を約8時間以内に室温まで冷却する。室温まで冷却した後、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)を繰り返してもよい。
金属含有量は、還元状態(水素による還元後)の水素化触媒に基づく。含浸を1回又は2回のみ行う場合、最終焼成は1回目(又は2回目)の含浸後の焼成と同一である。n.a.=該当なし;inv.=本発明。
水素化実験
上記のように製造した触媒をアニリンへのニトロベンゼンの水素化に使用した。この目的で、それぞれの触媒を酸化状態で固定床反応器に移し、残存酸素が追い出されるまで窒素を通した。温度を200℃~240℃の範囲内の値に調整し、水素を計量添加(metering)することによって活性化を開始した。反応による発熱を可能な限り低く維持する必要がある。
上記のように製造した触媒をアニリンへのニトロベンゼンの水素化に使用した。この目的で、それぞれの触媒を酸化状態で固定床反応器に移し、残存酸素が追い出されるまで窒素を通した。温度を200℃~240℃の範囲内の値に調整し、水素を計量添加(metering)することによって活性化を開始した。反応による発熱を可能な限り低く維持する必要がある。
反応のために、ニトロベンゼン(NB)を活性化触媒に計量添加し、ニトロベンゼンの量を連続的に増加させ、0.9gNB/mlcat/時間の標的投入量に調整した。水素:ニトロベンゼンのモル比は10:1とした。反応はポリトロピックに(polytropically)行い、反応時に発生する熱を熱媒体によって除去した。いずれの場合にもニトロベンゼンのブレイクスルー、ひいては不完全な変換が観察されるまで水素化を行った。反応の終了後に窒素を触媒に通して過剰な水素を除去した。260℃~320℃の空気を、生じる発熱が収まるまで再活性化のために不活性化触媒に通した。その結果、触媒は再び酸化状態となり、続いて同じ手順に従って2回目を開始することができた。
実行時間及びアニリン選択性に関する結果を表2に記録する。触媒を少なくとも2回連続して使用し、評価した。
明らかなように、ドーパント元素の使用は、触媒性能に大きな影響を及ぼす。特に亜鉛及び鉄の元素は、2回目の実行時間を安定させるか、又は1回目の実行時間を延長するのに適した添加物であることが見出されたが、マグネシウムは不適切であることが見出された。実施例K11においては、実施例H11から明らかなように、長い実行時間及び3回の水素化実験にわたって安定した選択性を有する触媒を製造することが可能であった。実施例K14からの触媒を用いると、2つのドーパント元素の好ましい影響を組み合わせることも可能であった(対応する水素化実験H14を参照されたい)。
第10~13の実施の形態の特定の構成である、芳香族アミンの製造のための本発明の方法の第14の実施の形態においては、工程(f)において、100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される体積VKS(100g KV1)の数値と、パーセントで表される、処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるようなアンモニア性銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)が使用され、
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%。
本発明の文脈において、最大吸収率Sを超えないとは、100gの支持体T又は100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される金属塩溶液の体積VMS(100g T)又は銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率ST又は処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)又は銅塩溶液VKSの体積(100g KV1)が使用されることを意味する。
Claims (15)
- 芳香族ニトロ化合物を水素化して芳香族アミンを得るのに適した、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を調製する方法であって、前記水素化触媒が支持体上に金属形態又は酸化物形態の銅と、金属形態又は酸化物形態のドーパント金属とを含み、前記支持体が成形二酸化ケイ素体及び/又は成形炭化ケイ素体を含み、該方法が、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の金属塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)前記支持体を前記金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)前記第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)前記第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(a)~(d)は、繰り返し行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)前記第1の焼成触媒前駆体を前記アンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)前記第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)前記第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)は、繰り返し行うこともできる;
を含む、方法。 - 工程(b)において、100gの支持体Tの処理のために、ミリリットルで報告される体積VMS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率STの数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)が使用され、
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、前記支持体の最大吸収率STは、該支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%;
及び/又は、
工程(f)において、100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される体積VKS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるようなアンモニア性銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)が使用され、
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、前記第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%;
請求項1に記載の方法。 - 前記金属塩が金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩を含み、
及び/又は、
前記銅塩が水酸化炭酸銅を含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 工程(e)において、前記銅塩に加えてアンモニウム塩も前記アンモニア水に溶解させる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(b)及び/又は(f)における処理が、前記支持体又は前記第1の触媒前駆体を前記金属塩溶液又は前記アンモニア性銅塩溶液に含浸させることを含むか、
又は、
工程(b)及び/又は(f)における処理が、前記支持体又は前記第1の触媒前駆体に前記金属塩溶液又は前記アンモニア性銅塩溶液を噴霧することを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記成形二酸化ケイ素又は炭化ケイ素体が(i)球、(ii)円筒又は(iii)長手方向軸に沿って互いに連結した複数の円筒の集合体であり、1.0mm~15mmの範囲内の平均直径を有し、円筒の場合の平均直径は、該円筒の底面に関するものであり、長手方向に互いに連結した複数の円筒から形成される集合体の場合、相互に連結した円筒の底面を囲む円に関するものである、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒。
- (I)請求項7に記載のドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を準備する工程と、
(II)任意に、芳香族ニトロ化合物の非存在下にて水素で処理することによって前記水素化触媒を活性化する工程と、
(III)任意に活性化された前記水素化触媒の存在下にて芳香族ニトロ化合物と水素とを反応させ、芳香族アミンを得る工程と、
を含む、芳香族ニトロ化合物を水素化することによって芳香族アミンを調製する方法。 - 使用される前記水素化触媒が炭酸テトラアンミン銅ベースの水素化触媒である、請求項8に記載の方法。
- 使用される前記水素化触媒が炭酸テトラアンミン銅アンモニウム塩ベースの水素化触媒である、請求項9に記載の方法。
- 工程(I)が、
(a)鉄塩、コバルト塩、マンガン塩、バナジウム塩、亜鉛塩又は上述の金属塩の2つ以上の混合物から選択される金属塩を水又はアンモニア水溶液に溶解し、金属塩水溶液を得る工程と、
(b)前記支持体を前記金属塩水溶液で処理し、第1の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(c)前記第1の含浸触媒前駆体を乾燥させ、第1の乾燥触媒前駆体を得る工程と、
(d)前記第1の乾燥触媒前駆体を焼成し、第1の焼成触媒前駆体を得る工程と、
なお、工程(a)~(c)又は(a)~(d)は、繰り返し行うこともできる;
(e)銅塩をアンモニア水に溶解し、アンモニア性銅塩溶液を得る工程と、
(f)前記第1の焼成触媒前駆体を前記アンモニア性銅塩溶液で処理し、第2の含浸触媒前駆体を得る工程と、
(g)
(1)前記第2の含浸触媒前駆体を乾燥させるか、
又は、
(2)前記第2の含浸触媒前駆体を乾燥させ、焼成することによって、
ドープされたテトラアンミン銅塩ベースの水素化触媒を形成する工程と、
なお、工程(e)~(g)(1)又は(e)~(g)(2)は、繰り返し行うこともできる;
を含む、請求項8~10のいずれか一項に記載の方法。 - 工程(b)において、100gの支持体Tの処理のために、ミリリットルで表される体積VMS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される支持体の最大吸収率STの数値との比率が1.00以下であるような金属塩水溶液の体積VMS(100g T)が使用され、
[VMS(100g T)/ml]/[ST/%]≦1.00
ここで、前記支持体の最大吸収率STは、該支持体のサンプルPTによって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該支持体のサンプルの質量mPTとの比率に100%を乗算して算出される:
ST=[mH2O/mPT]×100%;
及び/又は、
工程(f)において、100gの第1の焼成触媒前駆体KV1の処理のために、ミリリットルで表される体積VKS(100g T)の数値と、パーセントで表される、処理される第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1の数値との比率が1.00以下であるようなアンモニア性銅塩溶液の体積VKS(100g KV1)が使用され、
[VKS(100g KV1)/ml]/[SKV1/%]≦1.00
ここで、前記第1の焼成触媒前駆体の最大吸収率SKV1は、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルPKV1によって吸収され得る脱塩水の最大質量mH2Oと、該第1の焼成触媒前駆体のサンプルの質量mPKV1との比率に100%を乗算して算出される:
SKV1=[mH2O/mPKV1]×100%;
請求項11に記載の方法。 - 工程(b)及び/又は(f)における処理が、前記支持体又は前記第1の触媒前駆体を前記金属塩溶液又は前記アンモニア性銅塩溶液に含浸させることを含むか、
又は、
工程(b)及び/又は(f)における処理が、前記支持体又は前記第1の触媒前駆体に前記金属塩溶液又は前記アンモニア性銅塩溶液を噴霧することを含む、請求項11又は12に記載の方法。 - 前記金属塩が金属硝酸塩又は金属シュウ酸塩を含み、
及び/又は、
前記銅塩が水酸化炭酸銅を含み、
及び/又は、
工程(I)(e)において、前記銅塩に加えてアンモニウム塩も前記アンモニア水に溶解させる、請求項8~13のいずれか一項に記載の方法。 - 工程(III)における任意に活性化された前記水素化触媒が固定触媒床に配置される、請求項8~14のいずれか一項に記載の方法。
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