JPH01153659A - アルキレンアミン類の製造方法 - Google Patents

アルキレンアミン類の製造方法

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JPH01153659A
JPH01153659A JP62312182A JP31218287A JPH01153659A JP H01153659 A JPH01153659 A JP H01153659A JP 62312182 A JP62312182 A JP 62312182A JP 31218287 A JP31218287 A JP 31218287A JP H01153659 A JPH01153659 A JP H01153659A
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靖 原
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はアルキレンアミン類の製造法、特にニオブ含有
物質を触媒として用いたアルキレンアミン類の製造法に
関する。
[従来の技術] アルキレンアミン類、特に工業的に重要なエチレンアミ
ン類の製造法として、二塩化エチレンをアンモニアと反
応させる方法があり、この製造法によると、ピペラジン
及びピペラジン環含有の環状エチレンアミン類の生成量
が少ない、即ち非環状率が高くて工業的に好ましい品質
のエチレンアミン類が得られる。この製造法は広〈実施
されているが、副生成物として多量の食塩が生じ、分離
及び処理に費用がかかるという問題点を有する。
又、モノエタノールアミンを原料とし、水素と水素添加
触媒の存在下で、アンモニアを反応させるエチレンアミ
ン類の製造法も広〈実施されている。しかし、この方法
ではエチレンジアミンを効率よく製造することは可能で
あるが、ピペラジン環含有の品質的に好ましくない環状
エチレンアミン類が多く生成するために、高分子量のポ
リエチレンポリアミン類を製造することが困難である。
これらの方法に加えて、モノエタノールアミンを原料と
し、リン含有物質を触媒として用い、アンモニア及び/
又はエチレンアミンを反応させてエチレンアミン類を製
造する方法が提案されている。例えば特開昭51−14
7600号公報には触媒として、リン酸、亜リン酸を使
用する方法が記載されているか、これらの触媒は水を含
む反応液中に溶解するため、反応液からの特別な分離。
回収操作が必要となる。そこで、水を含む反応液に不要
な種々のリン酸塩、担持リン酸を触媒として用いるエチ
レンアミン類の製造法が提案されている。米国特許44
48997号にはリン酸アルミを、特開昭60−416
41号公報には、リン酸ランタン等のll[b族金属の
リン酸塩を触媒として用いるエチレンアミン類の製造法
がそれぞれ開示されており、更に特開昭59−1505
38号公報には、二酸化チタン等に担持したリン酸を触
媒として用いる方法が開示されている。しかし、これら
のリン酸塩、担持リン酸は遊離のリン酸に比べ極めて活
性が低い。また、これらのリン酸系触媒を使用しても、
ピペラジン環含有の品質的に好ましくない環状アミンを
工業的に十分に満足できる水準まで低下させることがで
きない。ところで、活性の高いリン系触媒としてリン含
有イオン交換樹脂があるが、この触媒は耐熱性が悪く、
触媒寿命に問題がある。
非リン系の触媒としては、シリカ及びアルミナが特開昭
55−38329号公報に記載されているが、これは著
しく活性が低い。
上記の方法以外に、エチレングリコールを原料として、
リン系の触媒を使用し、エチレンアミン類を製造する方
法が米国特許4044053号に記載されている。しか
し、これらの触媒では水を含む反応液中に溶解するため
、反応液からの特別な分離2回数繰作が必要となる。
(発明が解決しようとする問題点) 上述の様に、アルキレンアミン類の製造法に関しては、
多くの方法が開示されているが、これらの方法は、工業
的見地からは未だ不十分なものである。特にアルキレン
グリコールを原料とするアルキレンアミン類を製造する
方法において、高活性、高耐熱性を有し、反応液に難溶
の固体触媒を用いる、非環状率の高く、高品質のアルキ
レンアミン類の製造法の開発が切望されている。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、アンモニア及び/又はアルキレンアミン
類とアルキレングリコールとの反応による、原料のアン
モニア及び/又はアルキレンアミン類よりアルキレン鎖
の増加したアルキレンアミン類の製造法を鋭意検討した
結果、該反応において、ニオブ含有物質が触媒として高
い活性を有し、水を含む反応液に難溶な固体であり耐熱
性にも優れているという新規な事実を見出し、本発明を
完成させるに至った。すなわち本発明は、ニオブ含有物
質の存在下、アンモニア及び/又はアルキレンアミン類
をアルキレングリコールと反応させ、原料のアンモニア
及び/又はアルキレンアミン類よりアルキレン鎖の増加
したアルキレンアミン類を得ることを特徴とするアルキ
レンアミン類の製造法を提供するものである。
以下に、本発明を更に詳しく説明する。
本発明の方法において使用される触媒は、ニオブ含有物
質である。ニオブ含有物質とは、ニオブと他の元素とが
化学的に結合している物質であり、ニオブを含有する物
質であれば、特に制限はない。
具体的には、五酸化ニオブ、四酸化ニオブ、三酸化ニオ
ブ、二酸化ニオブ、−酸化ニオブ等のニオブ酸化物類、
ニオブ酸リチウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリ
ウム、ニオブ酸マグネシウム。
ニオブ酸アルミニウム、ニオブ酸カルシウム、ニオブ酸
マンガン、ニオブ酸鉄、ニオブ酸イツトリウム等のニオ
ブ酸塩類、フルオロニオブ酸ナトリウム、フルオロニオ
ブ酸カリウム等のフルオロニオブ酸塩類、五沸化ニオブ
、三沸化ニオブ等のニオブ沸化物類、五塩化ニオブ、四
塩化ニオブ、三塩化ニオブ等のニオブ塩化物類、五臭化
ニオブ。
四臭化ニオブ、三臭化ニオブ等のニオブ臭化物類、五ヨ
ウ化ニオブ、四ヨウ化ニオブ、三ヨウ化ニオプ等のニオ
ブヨウ化物類、オキシ沸化ニオブ、オキシ塩化ニオブ、
オキシ臭化ニオブ、オキシヨウ化ニオブ等のオキシハロ
ゲン化物類、ニオブメトキシド、ニオブエトキシド等の
ニオブアルコキシド類、シュウ酸ニオブ等のニオブの有
機酸塩類等を挙げることができる。本発明の方法におけ
る触媒としては、五個のニオブと他の元素とが化学的に
結合している物質が好ましく、ニオブ酸化物類、又はニ
オブ酸塩類が更に好ましい。
本発明の方法においては、五個のニオブ酸化物の形態に
特に制限はなく、含水物を用いても無水物を用いても、
−向に差支えない。含水状態の五酸化ニオブはニオブ酸
とも呼ばれ、一般にN b  O・x R20(0< 
x≦5)と表される。
x=5の場合には水酸化ニオブとも呼ばれる。五個のニ
オブ酸塩類には、オルトニオブ酸塩類、メタニオブ酸塩
類が有り、いずれを触媒として用いても一向に差支えな
いが、より難溶なメタニオブ酸塩類を用いる方が好まし
い。本発明の方法においては、五個のニオブ酸化物ある
いは五個のニオブ酸塩類は、単品あるいはこれらの混合
物として用いても良い。また、五個のニオブ酸化物類、
又は五個のニオブ酸塩類は、これら単独で触媒として用
いても、あるいは他の元素の酸化物との複合酸化物とし
て用いても良い。複合酸化物触媒には、例えば、シリカ
、アルミナ、チタニア、ジルコニア等と五酸化ニオブと
の複合酸化物がある。
本発明の方法においてはニオブ含有物質の調製法は特に
限定されない。五酸化ニオブの場合を例示すると、 1)ニオブ酸塩類、フルオロニオブ酸塩類、ニオブハロ
ゲン化物類、ニオブアルコキシド類を加水分解する方法
、 2)ニオブアルコキシド類あるいは、ニオブの有機酸塩
類を熱分解する方法、 3)天然産の鉱石を、沸酸で溶解後、抽出する方法 等種々の方法があるが、どの方法を用いても一向に差支
えない。
本発明においては、触媒の形状に特に制限はなく、・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
ではペレット状、ビーズ状に成型して用いられる。
触媒の成型方法としては、例えば押出し成型法。
打錠成型法あるいは顆粒成型法があり、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。
又、触媒の表面積を大きくするため、ニオブ含有物質を
シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、多孔質バイ
コールガラス等の担体に担持しても良い。
触媒は焼成して用いても、焼成せずに用いても良い。五
酸化ニオブの場合を例示すると、焼成をする場合、焼成
温度は500℃以下が好ましい。
500℃を超える温度で焼成すると表面積が小さくなり
、触媒活性が低下する。
本発明の方法におけるニオブ含有物質の触媒使用量は、
反応を工業的に有意な反応速度で進行せしめるのに必要
な量であれば良い。
本発明の方法において使用される原料はアンモニア、ア
ルキレンアミン類、アルキレングリコールである。
本発明の方法において使用されるアンモニア又はアルキ
レンアミン類とは式(I) [但し、式中a=2〜6、r−0〜6、R1は水素又は
炭素数1〜4のアルキル基、R2は式(1)%式%(1
) (但し、式中b=1〜6、d−10,1、s=0〜4)
で表される基をそれぞれ示す]で表される化合物、又は
式(II)、 [但し、式中e=−2〜6、f=2〜6、R3゜R4は
式(2)、 −[(CH2)gNl−[]t−H(2)(但し、式中
g=2〜6.1=0〜5)で表される基をそれぞれ示す
]で表される化合物である。
式(1)、又は式(n)で表されるどちらの化合物を用
いても良いが、好ましくは、式(I)で表されるアンモ
ニア又はアルキレンアミン類が用いられる。式(I)で
表されるアルキレンアミン類を用いると、非環状率の高
い、高品質のアルキレンアミン類が生成する。式(I)
で表されるアンモニア及びアルキレンアミン類とは、具
体的には、アンモニア、エチレンジアミン、ジエチレン
トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレン
ペンタミン、ペンタエチレンへキサミン、ヘキサエチレ
ンへブタミン等のエチレンアミン類、プロピレンジアミ
ン、ジプロピレントリアミン等のプロピレンアミン類、
ブチレンジアミン、ジエチレントリアミン等のブチレン
アミン類、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンアミ
ン類及びこれらのアルキル化体、即ち、N−メチルエチ
レンジアミン、N−エチルエチレンジアミン等である。
その中でも、本発明の方法において使用される原料とし
ては、エチレンジアミンやジエチレントリアミン等のエ
チレンアミン類が好ましい。
本発明の方法において使用されるアンモニア。
アルキレンアミン類は、一種類でも二種類以上を混合し
たもので一向に差支えない。
本発明の方法において使用されるアルキレングリコール
とは、式(1)、 (但し、式中h=2〜6、R5は水素又は炭素数1〜4
のアルキル基で表される基をそれぞれ示す)で表される
化合物である。
式(I)で表わされるアルキレングリコールとは、具体
的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、
ブチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラ
メチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキ
サメチレングリコール等である。本発明の方法において
使用される原料としては、エチレングリコールがアミン
価の高いアルキレンアミン類を製造できるため好ましい
本発明の方法において使用されるアルキレンゲリコール
は、一種類でも二種類以上を混合したものでも一向に差
支えない。
本発明の方法において反応に供給される原料の組合わせ
には、 1)アンモニアとアルキレングリコール、2)アルキレ
ンアミン類とアルキレングリコール、3) アンモニア
及びアルキレンアミン類とアルキレングリコール の三つの場合があり、いずれの組合わせで反応を実施し
てもよい。好ましい原料の組合わせは、1)アンモニア
と式(I[[)で表わされるアルキレングリコール、 2)アンモニア以外の、式(I)で表わされるアルキレ
ンアミン類と式(II)で表わされるアルキレングリコ
ール 3)式(I)で表わされるアンモニア及びアルキレンア
ミン類と式(I[>で表わされるアルキレングリコール である。更に好ましい原料の組合わせは、1)アンモニ
アとエチレングリコール、2)エチレンアミン類とエチ
レングリコール、3)アンモニア及びエチレンアミン類
とエチレングリコール である。
本発明の方法において供給される原料の好ましいモル比
は、 1)アンモニアとアルキレングリコールとを原料として
用いる場合、アンモニア/アルキレングリコールのモル
比が2〜30. 2)アルキレンアミン類とアルキレングリコールを原料
として用いる場合、アルキレンアミン類/アルキレング
リコールのモル比が0.5〜101.3)アンモニア及
びアルキレンアミン類とアルキレングリコールとを原料
として用いる場合、(アンモニア+アルキレンアミン類
)/アルキレングリコールのモル比が0.5〜30であ
る。いずれの場合も、原料のモル比によって、生成する
アルキレンアミン類の品質が変動する。
このモル比が上記範囲より小さいと、ピペラジン環含有
アミン類が多く生成し、好ましくない品質のアルキレン
アミン類が生成する。このモル比が上記範囲より大きい
と反応速度が低下し、そして圧力が極めて高くなり実用
的ではない。
本発明の方法においては、生成するアルキレンアミン類
は、原料の種類により異なる。アンモニア及び/又はア
ルキレンアミン類にアルキレングリコールを反応させた
場合、生成するアルキレンアミン類は、原料のアンモニ
ア、アルキレンアミン類よりアルキレン鎖が増加したも
のである。即ち、式(I>で表わされるアンモニア及び
/又はアルキレンアミン類に、式(1)で表わされるア
ルキレングリコールを反応させた場合、生成するアルキ
レンアミン類は、式(IV)、 [但し、式中i=2〜6、u=1〜7、R6は水素又は
炭素数1〜4のアルキル基、R7は式(3)%式%(3
) (但し、式中i=1〜6、k=o、1、■−0〜4)で
表わされる基をそれぞれ示す]で表わされ−15= る化合物であり、式(■)、式(3)で表わされる生成
するアルキレンアミン類のU及び/又はVは、式(■)
、式(1)で表わされる原料のアンモニア、又はアルキ
レンアミン類のr及び/又はSよりも、少なくとも1以
上増加したものである。
具体的には、アンモニアにエチレングリコールを反応さ
せると、エチレンジアミンと、ジエチレントリアミン、
トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、
ペンタエチレンへキサミン等の非環状のポリエチレンポ
リアミン類が生成し、エチレンジアミンにアルキレング
リコールを反応させると、前述の非環状のポリエチレン
ポリアミン類が生成し、アンモニア及びエチレンジアミ
ンにエチレングリコールを反応させると、エチレンジア
ミンおよび前述の非環状のポリエチレンポリアミン類が
生成する。
本発明の方法においては、反応は通常200〜400℃
好ましくは、240〜350℃の温度範囲で実施される
。200℃未満の温度では反応速度が著しく低下し、又
400℃を超えると生成物のアルキレンアミン類の分解
か起こり実用的ではない。
本発明の方法においては、反応は気相で行っても液相で
行っても良いが、高品質のアルキレンアミン類を製造す
るためには液相で行う方が好ましい。
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。
本発明の方法においては、反応の圧力は、気相反応か液
相反応か、またアンモニアを使用するかしないかにより
大きく変動するため、範囲を限定することは困難である
が、例えばアンモニアを添加しない液相反応の場合、お
よそ1〜300kg/allGである。
本発明の方法においては、触媒は通常の方法で、反応液
から分離1回収され、その後原料は蒸留によって分離2
回収される。分離9回収された原料は、必要に応じて再
び反応帯域へ循環される。反応生成物組成を変動させる
ため、反応生成物の一部を反応帯域へ循環しても良い。
原料、生成物の分離は通常、蒸留によってなされるが、
蒸留は連続式で行ってもバッチ式で行っても一部に差支
えない。
反応生成物の純度1色調を改善するため、反応生成物を
活性炭、水素化ホウ素ナトリウム等で処理しても良い。
水素存在下で反応を行うことにより反応生成物の色調、
臭気等を改善しても良い。
水酸基含有アミンのような品質上好ましくないアミン類
の生成を減少させるため、あるいは反応速度を上げるた
めに反応帯域が生成水を除去しても良いし、また触媒寿
命を延ばし、アンモニア。
アルキレンアミン類の取扱いを容易にするため水を加え
て反応させても良い。
アルキレンアミン類への中間生成物である非環状の水酸
基含有アミンは、反応系中にり、サイクルすることによ
って、高品質のアルキレンアミン類に転化することが可
能である。この場合、アルキレンアミン類と分離可能な
水酸基含有アミン、例= 18 = えばモノエタノールアミン、N−(2−アミノエチル)
エタノールアミン等は、分離した後、リサイクルするこ
とが可能であるし、分離不可能な水酸基含有アミンは、
混合物のままリサイクルすることにより、高品質のアル
キレンアミン類に転化することかできる。
(発明の効果) 本発明は、活性が高く、反応液に侵されず、耐熱性の優
れたニオブ含有物質を触媒として用い、アルキレングリ
コールから好ましい品質のアルキレンアミン類を高収率
で製造する方法を提案するものであり、工業的に極めて
有意義である。
(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
はこれらの実施例にのみ特に限定されるものではない。
得られた生成物のアルキレンアミン類及び原料となるア
ルキレンアミン類及びアルキレングリコールは以下のよ
うな記号で略記する。
EDA   エチレンジアミン MEA   モノエタノールアミン EG    エチレングリコール PIP   ピペラジン AEP   N−(2−アミノエチル)ピペラジンDE
TA  ジエチレントリアミン AREA  N−(2−アミノエチル)エタノールアミ
ン TETA トリエチレンテトラミン(直鎖状1分岐状、
環状異性体、水酸基含有異性体)TEPA  テトラエ
チレンペンタミン(直鎖状。
分岐状、環状異性体、水酸基含有異性 体) PEHA  ペンタエチレンへキサミン(直鎖状。
分岐状、環状異性体、水酸基含有異性 体) NHアンモニア 実施例1 200m1の電磁撹拌式ステンレス製オートクレーブに
EDA;60.Og、EG;30.Og及び含水酸化ニ
オブ(CBMM社製);3.Ogを入れ、窒素置換した
後、300℃に加熱した。これを300℃で2時間維持
した。冷却の後、反応液を取出し、ガスクロマトグラフ
ィーにて分析しな。その結果、F、Gの転化率は37.
0%であり、原料及び生成水を除いた反応液の組成は、
MEA。
0.82重量%、PIP、5’、23重量%。
DETA;4.89重量%、AREA。
19.99重量%、ARP、1.60重量%。
TETA、29.30重量%、TEP’A。
5.34重量%、PEHA; 5.37重量%であった
。なお反応液中に酸化ニオブは検出されなかった。
実施例2 200 mlの電磁撹拌式ステンレス製オートクレーブ
にEDA; 60.Og、EG; 30.Og及び含水
酸化ニオブ(’CBMM社製)を乾燥空気中、400℃
で1時間焼成した触媒;3.Ogを入れ、 −窒素置換
した後、300℃で1時間反応させた。
冷却の後、反応液を取出し、ガスクロマトグラフィーに
て分析した。その結果、EGの転化率は17.1%であ
り、原料及び生成水を除いた反応液の組成は、MEA、
0.89重量%、PIP。
6.02重量%、DE’rA; 5.24重量%。
AREA、40.58重量%、AEP;0.95重量%
+’ TETA; 32.48重量%、TEPA、  
′6.50重量%、PEHA; ’5.60重量%であ
った。この時、TF、TAの直鎖比率(直鎖/(分岐+
直鎖十環状異性体+水酸基含有異性体)×100)は8
7.93%であり、TETA中に含まれる水酸基含有異
性体は1.76%であった。
比較例 200m1の電磁撹拌式ステンレス製オートクレーブに
EDA;60.Og、EG;30.Og及びチタニア上
にリン酸を7.0重量%担持させた触媒;3.Ogを入
れ、窒素置換の後、300℃で1時間反応させた。冷却
の後、反応液を取出し、ガスクロマトグラフィーにて分
析した。その結果、EGの転化率は14.8%であり、
原料及び生成水を除いた反応液の組成は、MF、A、0
.61重量%、PIP;6.42重量%、DETA。
4.43重量%、AREA、45.66重量%。
AEP、1.00重量%、TETA、29.44重量%
、TEPA;4.98重量%、PEHA;5.09重量
%であった。この時、TETAの直鎖比率(直鎖/(分
岐+直鎖+環状異性体+水酸基含有異性体)xlool
は81.74%であり、TETA中に含まれる水酸基含
有異性体は3.57%であった。
実施例3 200 、mlの電磁撹拌式ステンレス製オートクレー
ブにEDA;72.Og、EG;18.1g及び含水酸
化ニオブ(CBMM社製)を乾燥空気中、400℃で2
時間焼成した触媒;3.Ogを入れ、窒素置換の後、3
00℃で1時間反応させた。冷却の後、反応液を取出し
、ガスクロマトグラフィーにて分析した。その結果、E
Gの転化率は18.3%であり、原料及び生成水を除い
た反応液の組成は、MEA;0.52重量%、PIP。
6.50重量%、DETA; 12.04重量%。
AREA、21.31重量%、ARP、1.03重量%
、TETA、46.94重量%、TF、PA;2.90
重量%、PF、HA; 1.55重量%であった。この
時、TETAの直鎖比率(直鎖/(分岐十直鎖+環状異
性体+水酸基含有異性体)X100)は95.13%で
あり、TETA中に含まれる水酸基含有異性体は0.8
1%であった。
実施例4 200m1の電磁撹拌式ステンレス製オートクレーブG
::EDA;40.Ig、EG;20.Og及び含水酸
化ニオブ(CBMM社製)を乾燥空気中、400°Cで
2時間焼成した触媒;2.Ogを入れ、窒素置換の後、
N H3を33.7g加え、280℃で2時間反応させ
た。冷却の後、反応液を取出し、ガスクロマトグラフィ
ーにて分析しな。その結果、EGの転化率は23.1%
であり、原料及び生成水を除いた反応液の組成は、MF
、A 。
7.27重量%、PIP;5.47重量%。
DETA;6.48重量%、AREA。
38.83重量%、ARP、1.17重量%。
TETA、19.45重量%、TEPA;1.64重量
%、この時、TETAの直鎖比率(直鎖/(分岐十直鎖
+環状異性体+水酸基含有異性体)X100)は82.
67%であり、TETA中に含まれる水酸基含有異性体
は2.35%であった。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ニオブ含有物質の存在下、アンモニア及び/又は
    アルキレンアミン類をアルキレングリコールと反応させ
    、原料のアンモニア及び/又はアルキレンアミン類より
    アルキレン鎖の増加したアルキレンアミン類を得ること
    を特徴とするアルキレンアミン類の製造方法。
  2. (2)ニオブ含有物質が酸化ニオブ又はニオブ酸塩であ
    る特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
  3. (3)アルキレンアミン類が、エチレンアミン類である
    特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
  4. (4)アルキレングリコールが、エチレングリコールで
    ある特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
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