JPS5933247A - アルカノ−ルアミンの改良製造方法 - Google Patents

アルカノ−ルアミンの改良製造方法

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JPS5933247A
JPS5933247A JP14177982A JP14177982A JPS5933247A JP S5933247 A JPS5933247 A JP S5933247A JP 14177982 A JP14177982 A JP 14177982A JP 14177982 A JP14177982 A JP 14177982A JP S5933247 A JPS5933247 A JP S5933247A
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ammonia
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mixture
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

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】 本発明はアルカノールアミンの製造方法に関する。更V
C詳しくは本発明はアルキレンオキシドと大過剰のアン
モニアとを反応させ、この場合核反応混合物を、臨界超
過(5upercritical ) k体ξしての単
相状態に維持することにより連続運転することができ、
しかもモノアルカノールアミンの高収″4を伴ったアル
カノールアミンの製造方法に関すゐ口 石けんや化粧品に対する乳化剤のような、及び洗剤、湿
潤剤、乳化剤、繊維助剤などに対する原料製造用の出発
物質としての種々の工業的用途VC利用されるアルカノ
ールアミンは、アルキレンオキシドとアンモニア又はア
ミンとの反応によって得ることができ、該アルカノール
アミンはモノ、ジ及びトリアルカノールアミンの混合物
であると共に一般的に3種のアルカノールアミンの等し
い相対的な割合が屡々得られることが知られている。
しかしながら生成物混合物中におけるこれら3釉のアル
カノールアミンの相対的割合は、反応するアルキレンオ
キシド及びアンモニアの比較的な量によることが知られ
ており、かつアルキレンオキシドに比シてのアンモニア
のW+増力口してモノアルカノールの高収率金得ること
のような反応物の側台t−変えること、ならびに他のズ
pセス交俟により該混合物における1禎又はそれ以上の
アルカノールアミンの高収率を達成するための諸方法が
使用され、あるいは提案されて来た。
例えばH、M 、 (luinot  の米国特許! 
2,196,554号明細書において、アンモニアの少
くとも30][重都トアルキレンオキシドの11証部と
を反応さぜることにより収率90%〜95 X i”以
ってモノヒドロキシルアルキルアミンを製造する方法が
開示されている。比較的に希薄なアンモニア水醪液が使
用されており、しかも該特許明細書は反応混合物の濃縮
中VC発生するスチームを、次段1昔のアンモニア水ト
アルキレンオキシドとの反応混合物全加熱するために使
用して該方法に対する熱エネルギー所要tを減少させる
ことを開示している。
液相反応系中においてアルキレンオキシドと大過刺針の
アンモニアとを反応させることにエリモノアルカノール
アミンの極めて高収量とシアルカッ−ルアきン及びトリ
アルカノ−ルアばンの少瀘のみとを伴ったもう一つのア
ルカノールアミンの製造方法がWeibullらの米国
特許第3,697,598号明細書に開示されている。
該方法に採用されるアンモニア対アルキレンオキシドの
モル比はlO:1ないし80:1の範囲内であり、かつ
該反応はカチオン交換位I脂触媒の存在下に行われる。
該特許間ai1の方法に、全反応中にわたって反応物及
び反応生成物を液相に保つのに十分な高さの圧力を採用
した場合に、20℃ないし250℃の範囲内の温腿にお
いて等温的又は好ましくは断熱的に行うことができる連
続法であるとして記載されている。しかしながら、カチ
オン交換樹脂触媒を使用することな(、断熱的又は等温
的のいずれかにおいて行った場合に任意の種類のアルカ
ノールアミンの高収率が得られることを示す開示が該特
許明細書の記載又は実施例のいずれにもなく、シかも該
特許権者らはカチオン交換触媒なしでは該反応が緩漫過
ぎるので断熱反応は実現不可能であると述べている。更
にGoetze  らの米国特FF−F第3.723,
530最明#l書においても、エチレンオキシドと大過
剰蓋のアンモニア、すなわちアンモニア対エチレンオキ
シドのモル比14fiいし40対Iにおける液相反応に
1クアル力ノールアミン混合物全製造する方法が開示さ
れている。該特許明細書は、エチレンオキシド1モル轟
クジエタノ−ルアず71モルまでの存在下に反応全行っ
た場合に得られる生成物はモノエタノールアミン及びト
リエタノールアゼンのみで、ジェタノールアミンは殆ん
ど、又は全く存在しない混合物であることを教示してい
る。該発明方法は、等温的又は断熱的のいずれかにおい
て連続的に行うことのできるものとして記載されている
けれどアンモニアは通常には水溶液の形態で使用され、
反応は60゜ないし150°の範囲内の温度及び20な
いし120気圧の圧力において液相で行われ、かつ生成
物混合物のモノエタノールアミン含稙は一般的[70重
量%を越えない。
これまで開示された方法は、アルキレンオキシドと過剰
量のアンモニアとを反応させることによp高収率のモノ
エタノールアミンを製造するに当って利用するのに適し
ているけれど、それらの方法のパッチ運′転又は連続運
転のいずれかにおける有用性は触媒又は補充操作工程の
存在に関係することを示唆している。しかしながら、笑
用的な反応速度においてモノアルカノールアミンを容易
に製造するのに使用することができ、複袖な、又は補充
的な操作工程に起因する触媒又は費用に結びつぐ可能性
のある付加的な問題を包含しない方法が得られるならば
高l徒に望ましいことである。
本発明により、高収率のモノアルカノールアミンを伴っ
たアルカノールアミンの製造方法が提供さ扛、該方法は
炭素原子2ないし4個を有するアルキレンオキシドとア
ンモニアトラ、アンモニア対アルキレンオキシドのモル
比的15=1ないし約50:1の範囲内において、約1
00℃以上の反応進行温朋及び反応混合物を単相の臨界
超過流体相に保つのに十分な高さの圧力において反応さ
せて主としてモノアルが−ルアオンを含有する生成物混
合物を生成するものである。反応混合物から分離される
未反応アンモニアは所望にエリ再循環することができる
該反応を行うに癌って採用する温度は反応が好適な速度
で進行するように、でき得る限り高いことが好ましく、
該反応混合物の臨界温就以上の温[ffi有利に採用す
ることができる。圧力は工程中のいかなる時点において
も反応混合物が単相均質な臨界超過流体相の状態を保つ
のに十分な高さであるべきである7反応混合物の密度は
反応温度において採用する圧力に関係し、かつ該反応の
進行速度に関するM要な考慮事項であるが、該密度はで
き得る限り高(保つべきであり、かつ一般的には少くと
も約15ポンド/立方フート(240ky/cu?’ 
)であるべきである7反応は等温的又は断熱的な条件下
において/?ラッチ式又は連続方式において行うことが
できる。触媒は不要であるけれど、反応混合物中に少量
の水が存在することは有益な触媒効果を有する。本明細
曹に使用する用語[臨界超過流体(5upercrit
ical fluid ) Jとは圧力条件又は温度と
圧力との両方の条件のいずれかがそnらの臨界値以上で
ある場合にかける該反応混合物の物理的状態として定義
する、 本発明方法は炭素原子2ないし4個を有するアルキレン
オキシドとアンモニアと’i、約15:1ないし約50
:1の範囲内のアンモニア対アルキレンオキシドのモル
比、約100℃以上の反応進行温反及び反応混合物を単
相の臨界超過流体相に保つのに十分な高さの圧力下に必
要な時間にわたって反応させ、主成分のモノアルカノー
ルアミン(一般的に約75%)と多音のジアルカノール
アミン及びトリアルカノールアミンとより成る生成物混
合物を生成させ、次いで未反応アンモニアをそこから分
離することを包含する。所望によりモノ−、ジー、及び
トリアルカノールアミンを更r(分離することができる
本発明方法全適用することのできるアルキレンオキシド
は、炭素原子2ないし4個を有する任意の1.2−アル
キレンオキシドであり、エチレンオキシド、プロピレン
オキシド、1,2−ブナレンオキシE2.3−ブチレン
オキシド及びイソブチレンオキシドを包含する。
本発明によれば大過剰のアンモニアを反応に使用して少
くとも65mt%のモノアルカノールアミンの収率を得
ることが必須要件である。アルキレンオキシドの各モル
に対し、アンモニア約15ないし約50モル、好ましく
は約20ないし約35モルを使用して、多くの場合に約
70ないし約803宣量%の収率を得ることが好ましい
。アンモニアは液状で、一般的には実質的に無水状態で
反応混合物に添加すべきである。該液体アンモニア及び
アルキレンオキシドは反応容器に供給する直前に予備混
合することができ、あるいは別個に反応器に添加するこ
とができる。
本発明の実施に当ってアルキレンオキシドとアンモニア
との反応を、該反応が好適な速度で進行するように均)
Xな単相の臨界超過流体相の反応混合物全使用して行う
ことが重要である。該反応は等温条件下又は断熱条件下
に行うことができる。
反応全行うべき温度は約100℃から約200℃までの
範囲内である。しかし温度の上限は臨界的ではない。好
ましくは該反応温度は反応混合物の臨界温度付近(一般
的に約130℃)から約180℃までの範囲内である。
等温条件下においては、反応は猛烈に発熱的であるので
反応混合物から熱を回収して温度上はば一定に保つこと
が必要である。
反応を断熱条件下、又はほぼ断熱条件下に行うべき場合
においては、反応物を反応器に導入する前に約100℃
ないし130℃に予熱する。反応熱を伴うので、任意に
選択された初期反応温度は急速に上昇する。該初期反応
温度は、反応混合物が反応器内に滞留する時間中に最高
所望温間が得られるように選択すべきである1反応基度
が高けれげ高い程、反応混合物の密度をでき得る限り尚
(保つのに必要な圧力が妬くなるけれど、好ましい最高
温波は約170℃と約180℃との間であ4)。
上記のような反応温度においては、系に加えられる圧力
が反応混合物全単相の臨界超過流体相に保つのに十分な
局さであることが必須動作であるうすべての場合に、反
応圧力は該工程中に遭遇する任意の時点における反応混
合物の臨界圧力と少(とも同一の高さであるべきである
。好筐しくに、系に刀pえられる圧力は約170気圧か
ら約240気圧までの範囲内である。披者の圧力は実際
的な上限であり、しかも臨界的ではない。
上記において指摘したように、反応混合物′f、臨界超
過流体としての単相に保つこと、及びその密度が、反応
が好適な速度において進行するように、でき得る限り高
いということが3i賛である。反応混合物の密度は臨界
密に以上であるべきてあり、かつ一般的に少くとも15
ボンド/立方フート(2401印/n/)である。好ま
しくは、該反応混合物の密度は約21ないし約28ボン
ド/立方フートの範囲内に、あるいtユもし実際的であ
るならば更に高(さえも保つべきである。アンモニア対
アルキレンオキシドのモル比及び反応温度は反応混合物
の密度に対して有意の効果を有する。それ故、反応混合
物が単相の臨界超過流体相に保たれるのみならず、該混
合物の密度をできるだけ高くして反応が実用的な速度に
おいて進行する工うに反応圧力金来際的に高く保つこと
が重要である。
本発明方法をなんらかの触媒の存在下に行うことは必須
要件ではないが、本発明方法の好ましい実施態様はアル
キレンオキシドとアンモニアの反応物と共に少量の水を
反応混合物に組み入れて行うことができる。反応混合物
中における少量の水の存在は、生成物混合物中における
モノアルカノールアミンの収率に影譬するとは思われな
いけれど、アルカノールアミンの生成反応速度に有利な
触媒的効果を有することがわかった。存在すべき水の量
は臨界的ではな(、はんの少量の水が所望の触媒的効果
全達成することがでなる。一般的に該反応混合物のM童
全基準にして約05から約5重量にまでの水の存在が必
要である。しかしながら、触媒的に有効であることので
きる鼠よりも大過剰の水の′kkは、生成物混合物から
水を分離するのに必要なエネルギー所要iiを制限する
ために回避すべきである。
反応の!7後V(おいて、実質的にすべてのアルキレン
オキシドが反応しており、未反応アンモニアは、アンモ
ニアが気相状HVCある圧力以下に圧力を下げることに
よりアンモニアを気体として分離することができるよう
にすることのような、自業界に公知の任意の手段によっ
て生成物混合物から分離することができる。次いで所望
1’l:j 5iアンモニアは、アルキレンオキシドと
混合する以前に液相に再圧縮することに19再循環させ
ることができる。未反応アンモニアは加圧下VC蒸留す
ることによって生成物混合物から分離することもできる
。生成物混合物中のアルカノ−ルアばン同族体もまた公
知の蒸留法により分離することができ、あるいは該生成
物混合物音信の有機アミン類の製造用出発原料として使
用することもできる。
上記において指摘しfC,cうに、本発明方法は等温条
件下又は断熱条件下のいずれかにおいてパッチ方式又は
連続方式で行うことができる。連続的に行う本発明方法
の交互的な実施態様においては、上記のモル比における
アンモニアとアルキレンオキシドとの反応物音別々に、
又は好ましくは混合物として管型反応器に連続的に供給
する。該管型反応器は反応混合物全単相の臨界超過流体
相に保つのに必要な圧力全供給するための手段を有する
プラグ流れ反応器として、できるたけ効率的に操作する
ことができるものである。該反応は冷却手段’i;ff
′rる管型反応器において等温的に行うことができ、あ
るいは反応物を例えば約100℃と130℃との間のf
m度に予熱して断熱条件下に有利に行うことができる。
所望VC工9少量の水を反応混合物に添加することもで
きる。
前記断熱反応器における、該単相の臨界超過流体の反応
混合物の滞留時間は、十分に高(して、該反応が進行し
て一般的に約172  時間以内に完了することができ
るようにすべきである、反応が完了した場合、すなわち
一般的にはすべてのアルキレンオキシドが反応した時、
未反応アンモニア全上述したようVこして生成物混合物
から分離し、次いで反応器に角循環させる。該再循環ア
ンモニアは液状に圧縮してからアルキレンオキシド及び
新鮮な補給アンモニア中に混入させる。得られる生成物
混合物は当業界に公知の蒸留法に工ってアルカノールア
ミン成分に分離することができ、あるいは有機ポリアミ
ンのような物質の製造用出発原料として使用することが
できる。
本発明は下記の実施例と共に考慮した場合に更に明らか
となるであろう。該実施例は本発明の単なる例示であり
、なんら本発明を限定するものではない。特に示さない
限り、すべての部及び100分率は重量による。
実施例1 本実施例の反応実験を行うに当って高速かぐばん機全有
し、かつ仕込み、試料採取及び温間調節の各手段を偏見
た27(1984ゴ)のステンレス鋼製オートクレーブ
を使用した。表工に示す割合における液体無水アンモニ
ア、水及びエチレンオキシドを使用して一連の反応全行
った。約1關H? 絶対圧力に減圧排気したオートクレ
ーブにアンモニア及び水音仕込み、次いで激しくかくは
んしながら170℃Vこ加熱した。次いで該オートクレ
ーブにエチレンオキシドを、激しくが(はんしつつ仕込
み、反応温度を170’Cに30分間保った。本実施例
の各反応実験中に、表■に示−r時間経過後に反応混合
物の試料を採取した。30分後に該反応混合物を50℃
以下に冷却し、次いでオートクレーブの圧力がガスの完
全除去を示すまで該オートクレーブから未反応アンモニ
アを排気した。次いで液状の生成物混合物をオートクレ
ーブから流出させ、その組成をガスクロマトグラフィー
分析により測定した。
アンモニア及びエチレンオキシド反応物の使用量は、本
実施例の各反応実験に対してアンモニアン・1エチレン
オキシドの平均モル比25:1が得られるようにした。
本実施例の各反応実験中の反応混合物の平均密度は24
ボンド/立方フートであった。
本実施例の各反応実験に対する成分割合、反応条件及び
生成物混合物の組成の要約を表IK示す。
表1vc示される結果から本実施例の各実験中VC%/
フルカノールアミンの高収率ヲ伴ったアルカノールアミ
ン混合物が生成されたことが明らかである。
実施例2 前記実施例1の装置及び手順を使用して一連の反応実験
全行い、反応速度及び生成物混合物中VCおけるアルカ
ノールアミンの分布に対する反応生成物密度及びアンモ
ニア対エチレンオキシドのモル化の効果全立証した。実
験1〜8t/′i、アンモニア対エチレンオキシドの平
均モル比30:lにより行い、実験9〜12はモル比2
5 : l全使用した。実験1〜4及び9〜12は平均
密度22ボンド/立方フートにおいて行い、実験5〜8
は平均密度24ボンド/立万フートにおいて行った。各
反応実験中に反応器から反応混合物の試料全採取した。
本実施例の各反応実験に対する成分割付、温間及び圧力
の条件ならびに分析結果(実施例1に記載の分析手)@
を使用し、I’c)全表Hに要約する。
表HVc示す結果から、本実施例の各実験反応中に高収
率のモノエタノールアミンを含Mするアルカノールアミ
ン生成物混合物が製造されたことが明らかである。各実
験に対する反応速度は適当であるけれど、各ボーj来は
、平均密度22ポンド/立方フートに保った実験!〜4
に対する反応速度に、平均密度24ボンド/立方7−ト
に保った実験5〜8に対する反応連間よりも若干遅いこ
とを示している。
表     ■ アンモニア   エチレンオキシド   水    蜜
IK   時間幅(i 170 2 37.05 631   1.23 54.4  
070 12.6  21.94  0 170173 3  37.05  631    1.26 55.
44 0.70 12.6  21.98   0 1
7114.170 4 37.05 631    !、23 54.4 
 0.7’  12.6  21.94  0 170
18 170 5 40.42 688   1.36 59.8  
0.74 13.7  23.95  0 17017
2 6 4(1,166841,4061,60,7413
,723,87017081り2.5 74α98 698   1.32 58.1  0.
74 13.7  24.2   0 17012 1
71 8 40.42 688.4  1.35 59.4 
 0−7’  13.7  23−94  0 170
14 171 9 3a41 620   1.45 63.8  0
.69 12.4  21.89  0 181180 1(>  36.41 62o    1.4s  6
3.7  0.69 12.4  21.88  0 
 t79179 11 3a76 626   1.46 64.2  
0.69 12.4  22.09  0 18412
 178 12 36.41 620   1.45 64.0 
 0.69 12.4  21.89  0 1801
6 179.5 (a)  3O分の合計反応時間後 圧力 エチレンオキシF   生成物分布重量%fat
2800  1.59  75,97  19.37 
 4.66302(’l     − 286n   0153  76、(1119,304
,693050− 2600(1,11−− 2800− 256(10,0781,0215,57:(,431
00− 310(11,1476、’l 2’  19.24 
 4−fi43300   − 2940  、 0.16            −
      −3450    − 3240  0.03  82.67  14.56 
 2.763350    − 3000  11.015  76.97  18.9
4  4.093700    − 3000  0.61  73.32  21.24 
 5.4434(10− 29500,13−−− 3700− 2980(1,01574,9120,2’  4.8
93625   − 3010   0.01    74.07  20.
78  5.15実施例3 予め約1aaHf’の減圧VC排気した前記実施例1に
記載のか(はんしたオートクレーブにアンモニア786
.4 r (46,2−11−ル) ト水15.7 F
トノffl。
合物を仕込んだ。この混合吻合かくはんしながら夏70
℃及び3900 psig  に加熱し、エチレンオキ
シド54.1 r (1,23モル)を該かくはんした
混合物に注入した。該反応混合物の密度全平均27ポン
ド/平方フートに保った。
該反応混合物の少量の試料全オートクレーブから定期的
に取り出し、残留エチレンオキシドについて質址分析に
エフ分析した。試料採取時間及びエチレンオキシドの転
化率を下記に表■に示す。
EO注入からの  残留EOを基準とする1     
   3        74.92      6 
       77、23       9     
   92.34        24       
  1 0 0、0エチレンオキシドを添加した時から
30分後にオートクレーブ中の混合物’e50℃以下に
冷却し、未反応アンモニアを生成物混合物から分離した
液体生成物混合物全オートクレーブから排出し、ガスク
ロマトグラフィーにょpアルカノ−ルアミツ組成物につ
いて分析した。該生成物混合物11モノエタノールアミ
ン84.03 X、ジェタノールア< 714.36%
及びトリエタノ−ルアビン1,60にを含有することが
測定された。
比較のため、前記実施例!に記載のオートクレーブ反応
器において下記の反応冥験を行った。
この対照例においては、実施例1の減圧排気し、かくは
んしたオートクレーブにアンモニア67839.81モ
ル)及び水13゜57fの混合物を仕込み、120tl
K加熱した。該オートクレーブo o o psig 
の圧力が得られるまで窒素を添加した。オートクレーブ
中のかくはんした混合物にエチレンオキシド(72,9
8F、1.659モル)を注入し、全実験中にわたって
理屈を120tlC保った。オートクレーブ中の反応混
合物は単相の液体であった。
オートクレーブ反応器から少量の試料全定期的に取り出
し、残留エチレンオキシドについて質量分析に」り分析
した。結果を下記表■に要約する。
衣  V 1     5      16.252    10
      33、003    15      3
5、254    20      56.005  
  25      73.006    30   
   82.757    40      92.5
0反応を120℃VCおいて更に138分継続し、次い
で該混合物全冷却し、該混合物から未反応アンモニアを
分線し、次いで液体生成物混合物全回収し、ガスクロマ
トグラフィーにより分析(、た。
該生成物反[c人物はモノエタノールアミン7444%
、ジェタノールアミン21.17%及びトリエタノール
アゼン438%を含有することが測定された。該液相反
応はモノエタノ一ルアミンの高収率が得られたけれど、
反応速度は好適な速度に対【−で緩慢であることが測定
された。
特 許fili人工ニオン、カーバイド、コーポレーシ
ョン代理人高木六部 代理人高木文子

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)炭素原子2ないし4個を有するアルキレンオキシ
    ドとアンモニアとを、アンモニア対アルキレンオキシド
    のモル比的15:1から約50:lまでの範囲内におい
    て、約100℃以上の反応進行温度と反応混合物を単相
    臨界超過流体相に保つのに十分高い圧力とのもとに反応
    させて主としてモノアルカノ−ルアばンを官有する生成
    物混合物を生成することを特徴とするモノアルカノール
    アミンの高収率’iwするアルカノ−ルアばンノ製造方
    法。 (2)反応混合物の密度が15ボンド/立方フ一ト以上
    である特許請求の範囲第(1)項記載の方法。 (3)  反応を、少量の触媒的有効量の水の存在下に
    おいて行う特許請求の範囲第(1)項記載の方法。 (4)反応温度が約200℃までである特許請求の範囲
    第(1)項記載の方法。 (5)反応を約170気圧から240気圧までの範囲内
    の圧力下において行う特許請求の範囲第(1)項記載の
    方法、 (6)反応混合物の密度が約21ポンド/立万フートか
    ら約28ボンド/立方フートまでの範囲内である特許請
    求の範囲第(5)項記載の方法。 (7)反応温間が反応混合物のほぼ臨界温度から約18
    0℃までの範囲内である特許請求の範囲第(1)項ら己
    載の方法。 (8)  反応温間が反応混合物のほぼ臨界温度から約
    180℃までの範囲内である特許請求の範囲第(6) 
    JJ記載の方法つ (9)反応を少量の触媒的有効量の水の存在下に行う%
    許梢求の範1ノH第(8)項記載の方法。 00  方法を断熱的に行う特許h〆!求の範囲第(9
    )項記載の方法。 (11)生成物混合物から未反応アンモニアを分離する
    特許請求の範囲第(1)環6ピ載の方法。 fled  主としてモノアルカノ−ルアばンを含胸゛
    する生成物混合物を回収する特許請求の範囲第aυ項記
    載の方法。 (13反応混合物の密度が約21ボン)′/立方フート
    から約28ボンド7立方フートまでの範囲内である特許
    請求の範囲第(3)項記載の方法。 0滲 反応を、反応混合物の](量を基準にして約05
    ないし5重f!′%の水の存在下に行う特許請求の範囲
    第03項記載の方法。
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