JP3132061B2 - トリエチレンジアミン類及びピペラジン類の製造法 - Google Patents

トリエチレンジアミン類及びピペラジン類の製造法

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トリエチレンジアミン
類及びピペラジン類を高収率に製造するための触媒の改
良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】アミン化合物を環化することにより、ト
リエチレンジアミンを製造することのできる触媒とし
て、ゼオライトが公知である。例えば、A型ゼオライト
を触媒として用い、N−(2−アミノエチル)ピペラジ
ンを原料とする製造法(特開昭50−58096号公
報)、少なくとも、アルミナに対するシリカのモル比2
0以上の組成比から成る高シリカゼオライトを触媒とし
て用い、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、N−
(2−ヒドロキシエチル)ピペラジンを原料とする製造
法(特開昭60−260574号公報)、アルミナに対
するシリカのモル比が12以上の結晶性アルミノシリケ
−トを触媒として用い、モノエタノ−ルアミンやエチレ
ンジアミン等のエチレンアミン類を原料とする製造法
(特開昭62−228079号公報、特開昭63−12
2654号公報)、ペンタシル型ゼオライトを触媒とし
て用い、ピペラジン、エチレンジアミン、ジエチレント
リアミン、2−アミノエタノ−ルを原料とする製造法
(特開平1−132587号公報、特開平1−1438
64号公報)が開示されている。
【0003】これらの既知文献に記載されているゼオラ
イトは、通常空気雰囲気下600℃以下の温度で焼成処
理されたものが触媒として使用されている。これらの触
媒系で原料アミン化合物を高転化率に反応させた場合、
望ましくない分解反応、縮合反応等の副反応のためトリ
エチレンジアミン、及びピペラジンの選択率が低下する
という欠点を有している。特開昭50−58096号公
報では、N−(2−アミノエチル)ピペラジン転化率8
0%のときトリエチレンジアミン選択率55%、転化率
84%のとき選択率45%と低下している。即ち、原料
転化率が高くなるとともに、目的物の選択率が更なる低
下傾向を示している。特開昭60−260574号公報
では、N−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン転化率
21%のときトリエチレンジアミン選択率75%、ピペ
ラジン選択率17%、転化率72%のときトリエチレン
ジアミン選択率70%、ピペラジン選択率16%と顕著
な低下はないが、反応温度が極めて高く、触媒活性が著
しく低い。N−(2−アミノエチル)ピペラジン原料の
場合はトリエチレンジアミン選択率が50%以下と低
い。特開昭63−122654号公報では、モノエタノ
−ルアミン転化率86%のときトリエチレンジアミン選
択率79%、転化率100%のとき選択率53%まで低
下する。特開平1−143864号公報では、ジエチレ
ントリアミン転化率77%のときトリエチレンジアミン
選択率35%、ピペラジン選択率32%、転化率99%
のときトリエチレンジアミン選択率37%、ピペラジン
選択率24%とピペラジンの選択率が低下している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにトリエチ
レンジアミンの製造に用いられる触媒は、通常空気雰囲
気下600℃以下の温度で焼成処理された結晶性アルミ
ノシリケ−トであって、これらの一般的な焼成条件で処
理された触媒をトリエチレンジアミンやピペラジンの製
造触媒として供した場合、以下のような問題点を有す
る。原料転化率を高くすると、トリエチレンジアミ
ン、ピペラジンの選択率が低下傾向にある。原料転化率
を高くしても、トリエチレンジアミン、ピペラジンの選
択率が低下しない系においては、目的とするトリエチレ
ンジアミン選択率の絶対値が低い。原料転化率を90
%以上にし、原料を回収しないプロセスを考えた場合、
上記触媒系では、トリエチレンジアミン、ピペラジンの
選択率が各れも満足するに足る十分な値が達成されてい
ない。このようなことから、高活性で、尚且つ、高転化
率においてもトリエチレンジアミン、ピペラジンを高選
択的に製造しうる触媒が切望されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、トリエチ
レンジアミン類及びピペラジン類の製造法を鋭意検討し
た結果、該反応において、水蒸気雰囲気下500℃〜9
50℃の温度にて焼成処理された結晶性アルミノシリケ
−トが触媒として高活性であり、尚且つ、高転化率にお
いてもトリエチレンジアミン類及びピペラジン類を高選
択的に製造しうるという新規な事実を見出だし、本発明
を完成するに至った。
【0006】即ち本発明は、水蒸気雰囲気下500℃〜
950℃の温度にて焼成処理された結晶性アルミノシリ
ケ−トを触媒とし、分子内に一般式(I)
【0007】
【化2】 [式中、R〜Rはそれぞれ水素原子あるいは炭素数
1〜3のアルキル基を示す。]で表される基を有するア
ミン化合物を原料として、トリエチレンジアミン類及び
ピペラジン類の製造法を提供するものである。
【0008】以下に、本発明を更に詳しく説明する。
【0009】本発明の方法において触媒として用いる結
晶性アルミノシリケ−トは、アルミナに対するシリカの
モル比12以上、好ましくは40〜5000のものであ
る。ここで、アルミナに対するシリカのモル比が12未
満のものであると、トリエチレンジアミン類の選択率が
低下し好ましくない。また、アルミナに対するシリカの
モル比が5000以上であると、触媒活性がかなり低下
するため実用的でない。
【0010】本発明の方法における結晶性アルミノシリ
ケ−トは、アルミナに対するシリカのモル比が上述の範
囲内であれば良く特に制限はないが、酸素10員環の主
空洞を有するものが好ましい。このような結晶性アルミ
ノシリケ−トの具体例としては、米国特許第3,70
2,886号に記載されているZSM−5、米国特許第
1,334,243号に記載されているZSM−8、米
国特許第3,709,979号に記載されているZSM
−11、米国特許第3,832,449号に記載されて
いるZSM−12、米国特許第4,001,346号に
記載されているZSM−21等がある。
【0011】本発明の方法においては、水熱合成により
結晶性アルミノシリケートを生成する際に、有機結晶化
剤の存在下、非存在下のいずれで水熱合成しても良い。
【0012】本発明の方法においては、結晶性アルミノ
シリケ−トは、H型に限定されず、水素イオンの一部も
しくは全部が他の陽イオン、例えばリチウムイオン、ナ
トリウムイオン、カリウムイオン、セシウムイオン、マ
グネシウムイオン、カルシウムイオン、ランタンイオン
等で交換されたものでも一向に差支えない。
【0013】本発明の方法においては、結晶性アルミノ
シリケ−トは、水蒸気雰囲気下焼成処理を施した後に触
媒として使用される。空気雰囲気下での焼成のみでは、
目的とするトリエチレンジアミン類、ピペラジン類の選
択性が低く、さらに原料アミン化合物を高転化率に反応
させた場合、望ましくない分解反応、縮合反応等の副反
応のためトリエチレンジアミン類、ピペラジン類の選択
性が低下する。
【0014】本発明の方法においては、水蒸気雰囲気下
での焼成処理は、粉末、成型品のいずれで行っても良
い。また、固定床流通式反応装置の場合は、反応装置に
触媒を充填した後、前処理として水蒸気雰囲気下焼成処
理を行っても良い。窒素含有有機化合物のような有機結
晶化剤の存在下にて水熱合成された結晶性アルミノシリ
ケ−トの場合は、空気雰囲気下で焼成することによりH
型とした後、さらに水蒸気雰囲気下焼成処理するか、若
しくは直接水蒸気雰囲気下焼成処理しても良い。焼成条
件は結晶性アルミノシリケートの種類、アルミナに対す
るシリカのモル比、用いる原料等により異なるが、通
常、500〜950℃、好ましくは550〜800℃の
温度で、1時間以上、好ましくは3時間以上水蒸気雰囲
気下焼成処理すれば良い。焼成温度が500℃未満であ
ると、目的物であるトリエチレンジアミン類、ピペラジ
ン類の選択率が低下する。また、焼成温度が950℃以
上であると、結晶性アルミノシリケ−トの結晶性が低下
し、比表面積が小さくなり、触媒活性が低下する。ま
た、目的物であるトリエチレンジアミン類、ピペラジン
類の選択率も低下する。水蒸気分圧は、通常50〜76
0mmHg、好ましくは100〜760mmHgの範囲
で選定すれば良い。
【0015】本発明の方法においては、触媒の形状に制
限はなく、反応形式に応じて粉末のまま、あるいは成型
して用いられる。例えば、懸濁床では粉末、顆粒状で用
いられ、固定床ではタブレット状、ビ−ズ状、棒柱状に
成型して用いられる。
【0016】触媒の成型方法としては、例えば押し出し
成型法、打錠成型法、顆粒成型法等があり、成型する際
にはシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、粘土等を粘
結剤として加えても良い。
【0017】本発明の方法に用いる原料化合物は、分子
内に前記一般式(I)で表される基を有するアミン化合
物であればよく、様々なものがあげられる。例えばモノ
エタノ−ルアミン、ジエタノ−ルアミン、イソプロパノ
−ルアミン、ジイソプロパノ−ルアミン、N−(2−ア
ミノエチル)エタノ−ルアミン、N−(2−ヒドロキシ
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、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、ピペラジン、エチレンジアミン、ジエチレントリア
ミンあるいはトリエチレンテトラミン等である。
【0018】本発明の方法においては、反応は気相で行
っても液相で行っても良い。
【0019】本発明の方法においては、反応は懸濁床に
よる回分、半回分、連続式でも、また固定床流通式でも
実施できるが、工業的には、固定床流通式が操作、装
置、経済性の面から有利である。
【0020】本発明の方法においては、希釈剤として窒
素ガス、水素ガス、アンモニアガス、水蒸気、炭化水素
等の不活性ガス、あるいは水や不活性な炭化水素等の不
活性溶媒を用いて、原料であるアミン化合物を希釈し、
反応を進行させることができる。これらの希釈剤は任意
の量で使用できるが、通常はアミン化合物/希釈剤のモ
ル比は0.01〜1とすべきである。モル比0.01以
下ではトリエチレンジアミン類、ピペラジン類の生産性
が低く実用的ではない。また、モル比1以上ではトリエ
チレンジアミン類、ピペラジン類への選択性が低下す
る。
【0021】アミン化合物の反応は、アミン化合物を上
述の結晶性アルミノシリケ−トから成る触媒と接触させ
ることにより進行し、この際の反応温度、空間速度等の
条件は結晶性アルミノシリケ−トの種類、アミン化合物
の種類により異なり、一義的に決められないが、通常は
反応温度250〜450℃、空間速度(GHSV)10
0〜10000hr−1の範囲で選定すればよい。
【0022】本発明の方法においては、通常大気圧下で
反応を行えばよいが、加圧下、減圧下で行うこともでき
る。
【0023】本発明の方法で用いる触媒は、反応に供す
ることにより活性低下を招いたとしても、適宜、再生の
ための焼成操作を行うことにより、高活性の触媒として
繰り返し使用することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明の方法によれば様々なアミン化合
物を原料として用いることができ、しかも中間体を経る
ことなく一段の反応で目的とするトリエチレンジアミン
類、ピペラジン類を高収率で製造することができる。さ
らに、原料アミン化合物を高転化率に反応させた場合で
も、高選択的、高収率に目的物を製造できるため原料を
回収しリサイクルする必要がない。かつ、触媒活性が長
時間維持され、そのうえ再生処理を施すことにより何回
でも触媒として利用しうるので、製造コストが低く、工
業上著しく有利な方法である。
【0025】
【実施例】以下、本発明を具体的に実施例にて説明する
が本発明はこれら実施例にのみ特に限定されるものでは
ない。
【0026】触媒製造例1 粉末ZSM−5型ゼオライト(東ソ−(株)製860N
HA、シリカ/アルミナモル比72)を、打錠成型した
後、水蒸気雰囲気下550℃、4時間焼成し、H型ZS
M−5(1)を得た。
【0027】触媒製造例2、3 触媒製造例1において、焼成温度を600、700℃に
変えてH型ZSM−5(2)、(3)を得た。
【0028】触媒製造例4 粉末ZSM−5型ゼオライト(東ソ−(株)製860N
HA、シリカ/アルミナモル比72)を、打錠成型した
後、空気雰囲気下550℃、4時間焼成し、H型ZSM
−5(4)を得た。
【0029】実施例1 固定床流通式反応管に、触媒製造例1で得られたH型Z
SM−5(1)を充填し、温度を340℃に維持しなが
ら、N−(2−アミノエチル)ピペラジンと水との混合
物(N−(2−アミノエチル)ピペラジン/水(モル
比)=5/95)をGHSV1000hr−1にて供給
した。反応液をガスクロマトグラフィ−で分析した結
果、原料の転化率90.9%、トリエチレンジアミンの
選択率60.1%、ピペラジンの選択率27.4%であ
った。
【0030】実施例2 反応温度を355℃に変えた以外、実施例1と同様な操
作で反応を実施した。その結果、原料の転化率98.7
%、トリエチレンジアミンの選択率61.3%、ピペラ
ジンの選択率21.0%であった。
【0031】実施例3〜6 触媒として、H型ZSM−5(2)、(3)を用い、反
応温度を表1のように変えた以外、実施例1と同様な操
作で反応を実施した。その結果を表1に示した。
【0032】実施例7〜9 原料アミンとして、トリエチレンテトラミン、N−(2
−アミノエチル)エタノ−ルアミン、N−(2−ヒドロ
キシエチル)ピペラジンを用い、反応温度を表1のよう
に変えた以外、実施例1と同様な操作で反応を実施し
た。その結果を表1に示した。
【0033】比較例1、2 触媒として、H型ZSM−5(4)を用い、反応温度を
表1のように変えた以外、実施例1と同様な操作で反応
を実施した。その結果を表1に示した。
【0034】
【0035】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07D 295/00 - 295/32 B01J 29/06 B01J 37/10 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノエタノールアミン、ジエタノールア
    ミン、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,N’−ビ
    ス(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、ピペラジン、エチレンジアミン、
    ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミンから
    なる群より選ばれるアミン化合物を、水素雰囲気下50
    0℃〜950℃の温度にて焼成処理された、アルミナに
    対するシリカのモル比12以上の結晶性アルミノシリケ
    ートから成る触媒と接触させ反応を行うことを特徴とす
    トリエチレンジアミン及びピペラジンの製造方法
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