KR101129878B1 - Use of Modifiers in a Dinitrile Hydrogenation Process - Google Patents

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Abstract

촉매 및 수산화, 시안화, 불화 및 티오시안화 4급 암모늄; 수산화 4급 포스포늄; 일산화 탄소; 및 시안화 수소로 구성되는 군으로부터 선택된 개질제의 존재 하에 디니트릴을 수소와 접촉시키는, 아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민을 제조하기 위해 디니트릴을 수소화하는 촉매적 방법.Catalysts and quaternary ammonium hydroxide, cyanide, fluoride and thiocyanides; Quaternary phosphonium hydroxide; Carbon monoxide; And a hydrogenation of the dinitrile to produce aminocapronitrile and hexamethylenediamine, wherein the dinitrile is contacted with hydrogen in the presence of a modifier selected from the group consisting of hydrogen cyanide.

개질제, 디니트릴, 수소화Modifiers, Dinitrile, Hydrogenation

Description

디니트릴 수소화 방법에서의 개질제의 사용{Use of Modifiers in a Dinitrile Hydrogenation Process}Use of Modifiers in a Dinitrile Hydrogenation Process

본 발명은 디아민 및(또는) 아미노니트릴을 제조하기 위한 지방족 디니트릴의 수소화, 예를 들면 헥사메틸렌디아민 및(또는) 6-아미노카프로니트릴을 제조하기 위한 아디포니트릴의 수소화에 관한 것이다.The present invention relates to hydrogenation of aliphatic dinitriles for the preparation of diamines and / or aminonitriles, for example hydrogenation of adiponitriles for the preparation of hexamethylenediamine and / or 6-aminocapronitrile.

디니트릴은 화학, 제약, 및 농약 산업에서 통상의 공급원료이다. 이들은 수소화를 거쳐 폴리머 중간체, 계면활성제, 킬레이트제, 및 화학 합성 중간체에서 사용되거나 또는 상기 물질로서 사용되는 디아민 및(또는) 아미노니트릴로 전환될 수 있다. 특정 예로서, 아디포니트릴은 수소화에 의해 6-아미노카프로니트릴 및(또는) 헥사메틸렌디아민으로 전환될 수 있다. 헥사메틸렌디아민은 나일론 6,6 제조시 중간체이다. 6-아미노카프로니트릴은 나일론 6 제조시 중간체로서 사용될 수 있다. Dinitrile is a common feedstock in the chemical, pharmaceutical, and agrochemical industries. These can be converted to diamines and / or aminonitriles which are used in the polymer intermediates, surfactants, chelating agents, and chemical synthetic intermediates or used as such materials via hydrogenation. As a specific example, adiponitrile may be converted to 6-aminocapronitrile and / or hexamethylenediamine by hydrogenation. Hexamethylenediamine is an intermediate in the preparation of nylon 6,6. 6-aminocapronitrile can be used as an intermediate in the preparation of nylon 6.

헥사메틸렌디아민을 제조하는 전형적인 방법은 고압 및 고온에서 환원된 산화 철 또는 산화 코발트 촉매에 의한 아디포니트릴의 수소화를 포함한다. US 6110856은 아디포니트릴의 아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민의 혼합물로의 수소화 방법에서 코발트 및 철 기재 촉매의 사용을 기재한다. 상기 방법은 75% 아 디포니트릴 전환시 37% 아미노카프로니트릴을 수득하므로, 고 선택성으로 아미노카프로니트릴을 제조하지 못한다. 저압 방법은 아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민의 동시 제조로 공지되어 있다. US 5,151,543은 용매의 존재하에 아디포니트릴을 포함하여, 디니트릴의 수소화를 기재한다. US 6,258,745, US 6,566,297, US 6,376,714, WO 99/47492 및 WO 03/000651A2 모두가 저압, 즉 약 13.89 MPa(2000 psig) 미만 반응용 선택제의 존재하에 디니트릴의 아미노니트릴로의 수소화를 기재한다. Typical methods for preparing hexamethylenediamine include hydrogenation of adiponitrile with reduced iron oxide or cobalt oxide catalysts at high pressures and temperatures. US 6110856 describes the use of cobalt and iron based catalysts in a hydrogenation process of adiponitrile to a mixture of aminocapronitrile and hexamethylenediamine. The process yields 37% aminocapronitrile at 75% adiponitrile conversion and thus does not produce aminocapronitrile with high selectivity. Low pressure processes are known for the simultaneous preparation of aminocapronitrile and hexamethylenediamine. US 5,151,543 describes the hydrogenation of dinitriles, including adiponitrile in the presence of a solvent. US 6,258,745, US 6,566,297, US 6,376,714, WO 99/47492 and WO 03/000651 A2 all describe the hydrogenation of dinitriles to aminonitriles in the presence of a low pressure, ie, a selector for reactions below about 13.89 MPa (2000 psig).

아미노니트릴 및 디아민의 동시 제조를 위해서는, 헥사메틸렌디아민 제조에 현재 사용되고 고압, 즉 13.89 MPa(2000 psig) 초과에서 작동하는 상업용 설비를 사용하는 것이 유리할 것이다. 또한, 당업계에 알려진 작업 조건하에서 가능한 것보다 아미노카프로니트릴에 증가된 선택성을 갖게 이들 방법을 작동시키는 것이 유리할 것이다.For the simultaneous preparation of aminonitrile and diamine, it would be advantageous to use commercial equipment currently used for the preparation of hexamethylenediamine and operating at high pressure, ie, above 13.89 MPa (2000 psig). It would also be advantageous to operate these methods with increased selectivity to aminocapronitrile than is possible under operating conditions known in the art.

<발명의 요약>Summary of the Invention

따라서, 본 발명은 아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민의 동시 제조를 위한 디니트릴 수소화 방법이며, 상기 방법은 약 15.27 MPa(2200 psig) 이상의 압력에서 촉매 및 개질제의 존재하에 디니트릴을 수소로 처리하는 것을 포함하는데, 여기서 상기 촉매는 Fe, Ru, Co, 및 Ni로 구성되는 군으로부터 선택된 원소를 포함하고, 상기 개질제는 수산화 4급 암모늄, 시안화 4급 암모늄, 불화 4급 암모늄, 티오시안화 4급 암모늄, 수산화 4급 포스포늄, 일산화 탄소, 및 시안화 수소로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 요소이다.Thus, the present invention is a dinitrile hydrogenation process for the simultaneous preparation of aminocapronitrile and hexamethylenediamine, which process treatment of dinitrile with hydrogen in the presence of a catalyst and a modifier at a pressure of at least about 15.27 MPa (2200 psig) Wherein the catalyst comprises an element selected from the group consisting of Fe, Ru, Co, and Ni, wherein the modifier is quaternary ammonium hydroxide, quaternary ammonium cyanide, quaternary ammonium fluoride, quaternary ammonium thiocyanate, At least one element selected from the group consisting of quaternary phosphonium hydroxide, carbon monoxide, and hydrogen cyanide.

본 발명에서, 지방족 또는 지환식 디니트릴은 15.27 MPa(2200 psig) 초과 압력에서 촉매를 사용하여 디아민 또는 디아민 및 아미노니트릴의 혼합물로 수소화될 수 있다. 예를 들면, 아디포니트릴은 헥사메틸렌디아민 또는 헥사메틸렌디아민 및 6-아미노카프로니트릴의 혼합물로 수소화될 수 있다. 본 방법은 아미노니트릴 제조용 방법의 선택성을 유지하거나 또는 향상시키기 위해 하나 이상의 개질제를 사용한다. 이들 개질제는 촉매 표면과 반응할 수도 있고 또는 디니트릴 및(또는) 아미노니트릴의 반응성을 개질시킬 수도 있다. 개질제는 수산화, 시안화, 불화 또는 티오시안화 4급 암모늄 염, 또는 수산화 4급 포스포늄 염 또는 일산화 탄소 또는 시안화 수소를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 개질제들은 이들 또는 이들의 분해 생성물이 상기의 디니트릴 수소화로부터 수득된 조 생성물로부터 제거시, 소각로 내화벽돌에 축적될 것이라고 예상되지 않으며, 또는 이들이 깊은 우물을 통한 폐기를 요구할 것이라고 예상되지 않는다. In the present invention, aliphatic or alicyclic dinitriles can be hydrogenated to diamines or mixtures of diamines and aminonitriles using a catalyst at pressures above 15.27 MPa (2200 psig). For example, adiponitrile can be hydrogenated with hexamethylenediamine or a mixture of hexamethylenediamine and 6-aminocapronitrile. The process uses one or more modifiers to maintain or enhance the selectivity of the process for making aminonitriles. These modifiers may react with the catalyst surface or may modify the reactivity of dinitrile and / or aminonitrile. Modifiers may include hydroxide, cyanide, fluorinated or thiocyanated quaternary ammonium salts, or quaternary hydroxide phosphonium salts or carbon monoxide or hydrogen cyanide. In particular, the modifiers of the present invention are not expected to accumulate in the incinerator refractory bricks upon removal of these or their decomposition products from the crude product obtained from the above-mentioned dinitrile hydrogenation, or anticipate that they will require disposal through deep wells. It doesn't work.

여기서 사용하기 위한, 적합한 지방족 또는 지환식 디니트릴은 일반식 R(CN)2(여기서 R은 포화 히드로카르빌렌 기임)를 가진다. 포화 히드로카르빌렌 기는 분지쇄 또는 직쇄 또는 환 내에 탄소 및 수소 원자를 포함하고 임의의 탄소 원자들의 쌍 사이에 이중 또는 삼중 결합을 포함하지 않는다. 바람직한 히드로카르빌렌 기는 한개의 기 당 2 내지 25개, 더욱 바람직하게는 2 내지 15개, 및 가장 바람직하게는 2 내지 10개의 탄소 원자를 포함한다. 다시 말해서, 바람직한 디니트릴은 디니트릴 분자 당 4 내지 27개, 더욱 바람직하게는 4 내지 약 17개, 및 가장 바람직하게는 4 내지 12개의 탄소 원자를 포함한다. 히드로카르빌렌 기의 바람직한 유형은 선형 알킬렌 기이다.Suitable aliphatic or cycloaliphatic dinitriles for use herein have the general formula R (CN) 2 , wherein R is a saturated hydrocarbylene group. Saturated hydrocarbylene groups contain carbon and hydrogen atoms in a branched or straight chain or in a ring and do not include double or triple bonds between any pair of carbon atoms. Preferred hydrocarbylene groups contain 2 to 25, more preferably 2 to 15, and most preferably 2 to 10 carbon atoms per group. In other words, preferred dinitriles comprise 4 to 27, more preferably 4 to about 17, and most preferably 4 to 12 carbon atoms per dinitrile molecule. Preferred types of hydrocarbylene groups are linear alkylene groups.

적합한 디니트릴의 예는, 아디포니트릴; 메틸글루타로니트릴; 숙시노니트릴; 글루타로니트릴; 알파, 오메가-헵탄디니트릴; 알파, 오메가-옥탄디니트릴, 알파, 오메가-데칸디니트릴, 알파, 오메가-도데칸디니트릴; 및 이들 2 이상의 조합을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 바람직한 실시태양은 아디포니트릴(ADN)이다. Examples of suitable dinitriles include adiponitrile; Methylglutaronitrile; Succinonitrile; Glutaronitrile; Alpha, omega-heptanedinitrile; Alpha, omega-octanedinitrile, alpha, omega-decanedinitrile, alpha, omega-dodecanedinitrile; And combinations of two or more thereof. Preferred embodiment is adiponitrile (ADN).

본 방법에서 촉매는 디니트릴을 디아민 또는 디아민 및 아미노니트릴의 혼합물로 수소화하는데 적합한 수소화 촉매이다. 금속 또는 금속 화합물로 존재할 수 있는 철, 코발트, 니켈, 또는 루테늄 및 이들의 조합 원소를 기재로 하는 촉매가 바람직하다. 철을 포함하는 촉매가 가장 바람직하다. 촉매 원소는 총 촉매 중량의 약 1 내지 99 %, 바람직하게는 약 50 내지 85 wt%을 포함할 수 있다. 촉매는 또한 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 바나듐, 마그네슘, 크로뮴, 나트륨, 칼륨 및 망간으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 촉진제를 포함할 수 있다. 촉진제는 총 촉매 중량을 기준으로 약 15% 이하, 바람직하게는 약 0.05 내지 2 wt% 농도로 존재할 수 있다. The catalyst in the process is a suitable hydrogenation catalyst for hydrogenating dinitrile to diamines or mixtures of diamines and aminonitriles. Preference is given to catalysts based on iron, cobalt, nickel, or ruthenium and combinations thereof which may be present as metals or metal compounds. Most preferred are catalysts comprising iron. The catalytic element may comprise about 1 to 99%, preferably about 50 to 85 wt%, of the total catalyst weight. The catalyst may also include one or more promoters selected from the group consisting of aluminum, silicon, titanium, vanadium, magnesium, chromium, sodium, potassium and manganese. The promoter may be present at a concentration of about 15% or less, preferably about 0.05 to 2 wt%, based on the total catalyst weight.

본 발명의 유익한 효과의 정도는 디니트릴의 구조, 촉매 원소의 동일성, 및 개질제의 동일성에 따라 다양할 수 있으나, 선택성의 작은 향상이라도 대규모 산업 방법에 있어 큰 경제적 영향력을 미칠 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다. The degree of beneficial effect of the present invention may vary depending on the structure of the dinitrile, the identity of the catalytic elements, and the identity of the modifiers, but it is understood that even a small improvement in selectivity can have a significant economic impact in large industrial processes. It is important.

촉매 원소는 또한 알루미나, 산화 마그네슘, 및 이들의 조합과 같은 무기 지지체 상에 지지될 수 있다. 원소는 예를 들어, 함침, 공침전, 이온 교환 및 이들 2 이상의 조합과 같이 당업자에게 공지된 특정 수단으로 무기 지지체에 지지될 수 있다. 촉매 원소가 무기 지지체 상에 지지되거나 또는 합금 또는 고용체의 성분일 때, 촉매 원소는 일반적으로 총 촉매 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 60 wt% 및 바람직하게는 약 1 내지 약 50 중량 퍼센트 범위로 존재한다. The catalytic element can also be supported on inorganic supports such as alumina, magnesium oxide, and combinations thereof. The element may be supported on the inorganic support by certain means known to those skilled in the art, such as, for example, impregnation, coprecipitation, ion exchange, and combinations of two or more thereof. When the catalytic element is supported on an inorganic support or is a component of an alloy or solid solution, the catalytic element is generally present in the range of about 0.1 to about 60 wt% and preferably about 1 to about 50 weight percent based on the total catalyst weight. do.

촉매는 어떤 적절한 물리적 형상 또는 형태로 존재할 수 있다. 이것은 유동가능한 형태, 압출물, 정제, 구형, 또는 이들 2 이상의 조합으로 있을 수 있다. 고정층 촉매를 사용한 방법을 사용시, 촉매는 약 0.76 내지 10.2 mm(0.03 내지 0.40 인치) 범위의 입자 크기를 가지는 과립 형태로 있다. 슬러리-상 촉매를 사용한 방법을 사용시 촉매는 미분 형태로 있으며, 바람직하게는 크기가 약 100 ㎛ 미만, 가장 바람직한 범위는 20 내지 75 ㎛이다. The catalyst may be present in any suitable physical shape or form. It may be in flowable form, extrudates, tablets, spheres, or a combination of two or more thereof. When using a method using a fixed bed catalyst, the catalyst is in the form of granules having a particle size in the range of about 0.76 to 10.2 mm (0.03 to 0.40 inch). When using a slurry-phase catalyst, the catalyst is in finely divided form, preferably less than about 100 μm in size and most preferred range is from 20 to 75 μm.

촉매 대 디니트릴의 몰 비는 그 비가 디니트릴의 선택적 수소화를 촉매할 수 있는 한 임의의 비일 수 있다. 촉매 대 디니트릴의 중량 비는 일반적으로 약 0.0001 : 1 내지 약 1 : 1, 바람직하게는 약 0.001 : 1 내지 약 0.5 : 1의 범위에 있다.The molar ratio of catalyst to dinitrile can be any ratio as long as the ratio can catalyze the selective hydrogenation of dinitrile. The weight ratio of catalyst to dinitrile is generally in the range of about 0.0001: 1 to about 1: 1, preferably about 0.001: 1 to about 0.5: 1.

본 발명의 개질제는 수산화 4급 암모늄, 시안화 4급 암모늄, 불화 4급 암모늄, 티오시안화 4급 암모늄, 수산화 4급 포스포늄, 이산화 탄소 및 시안화 수소로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 용어 4급은 원자에 4개의 결합을 가지고 형식 전하 +1을 띄는 질소 또는 인 원자를 기재한다. 암모늄 이온(NH4 +) 및 테트라알킬암모늄 이온은 4급 암모늄의 정의 내에 포함된다. 하나 이상의 개질제가 반응에 사용될 수 있다. 적합한 개질제의 예는 수산화 테트라메틸암모늄, 시안화 테트라부틸암모늄, 불화 테트라에틸암모늄, 티오시안화 테트라부틸암모늄 및 수산화 테트라부틸포스포늄이다. 바람직한 개질제는 수산화 4급 암모늄 및 시안화 4급 암모늄이다. 적합한 수산화 테트라알킬암모늄 화합물의 예는 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라프로필암모늄 및 수산화 테트라부틸암모늄이다. 적합한 시안화 테트라알킬암모늄 화합물의 예는 시안화 테트라메틸암모늄, 시안화 테트라에틸암모늄 및 시안화 테트라부틸암모늄이다. 예를 들어, 수산화 테트라메틸암모늄 오수화물과 같은 다양한 수화된 형태는 수산화 테트라알킬암모늄 및 수산화 테트라알킬포스포늄의 의미 내에 포함된다는 것을 유의하여야 한다.The modifier of the present invention may be selected from the group consisting of quaternary ammonium hydroxide, quaternary ammonium cyanide, quaternary ammonium fluoride, quaternary ammonium thiocyanate, quaternary phosphonium hydroxide, carbon dioxide and hydrogen cyanide. The term quatern describes a nitrogen or phosphorus atom having four bonds to the atom and having a formal charge of +1. Ammonium ions (NH 4 + ) and tetraalkylammonium ions are included within the definition of quaternary ammonium. One or more modifiers may be used in the reaction. Examples of suitable modifiers are tetramethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium cyanide, tetraethylammonium fluoride, tetrabutylammonium thiocyanate and tetrabutylphosphonium hydroxide. Preferred modifiers are quaternary ammonium hydroxide and quaternary ammonium cyanide. Examples of suitable tetraalkylammonium hydroxide compounds are tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide. Examples of suitable tetraalkylammonium cyanide compounds are tetramethylammonium cyanide, tetraethylammonium cyanide and tetrabutylammonium cyanide. It should be noted that various hydrated forms, such as, for example, tetramethylammonium hydroxide pentahydrate, are included within the meaning of tetraalkylammonium hydroxide and tetraalkylphosphonium hydroxide.

수소화 반응은 약 50 내지 250℃, 바람직하게는 약 90 내지 180℃ 온도 및 수소 포함 총 압력이 약 15.27 내지 55.26 MPa(2200 내지 8000 psig), 바람직하게는 약 20.78 내지 34.58 MPa(3000 내지 5000 psig)인 압력에서 수행될 수 있다. 작동의 바람직한 모드에서, 방법은 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 플러그 흐름 반응기(PFR), 슬러리 기포 칼럼 반응기(SBCR), 또는 살수층 반응기에서 연속적으로 수행된다. 역혼합 반응기로도 또한 공지된 연속 교반 탱크 반응기는 반응물이 연속 방식으로 부가되고 생성물 스트림의 흐름이 반응기로부터 연속적으로 유출되는 용기이다. 반응기 내의 조성물이 균일하고 유출되는 생성물 스트림 내의 것과 동일하도록 혼합 장치, 예를 들면, 기계적 교반기가 제공되는 용기에서 충분히 혼합한다. 플러그 흐름 반응기는 반응물이 관형 반응기의 한쪽 끝에서 연속 방식으로 부가되고 생성물이 관의 다른쪽 끝으로부터 연속적으로 유출되는 관형 반응기이다. 어떠한 역혼합도 없는데, 즉, 반응기 관 내부 조성물은 균일하지 않다. 생성물 흐름 부분을 반응기의 유입구로 다시 재활용함으로써 PFR 내의 역혼합 하는 것이 가능하다. 직렬 연결의 다수 CSTR을 사용하여 플러그 흐름 반응기 거동을 달성하는 것도 또한 가능하다. 슬러리 기포 칼럼 반응기는 생성물은 반응기의 꼭대기로부터 연속적으로 유출되는 반면, 액체 반응물 및 가스가 반응기의 바닥에서 연속으로 공급되는 용기이다. 가스는 상승하면서 동시에 고체 분말 촉매(평균 입자 크기 20 내지 200 ㎛)와의 혼합을 제공하는 기포로 반응기에 존재한다. 촉매는 생성물과 함께 연속적으로 제거될 수 있고 액체 공급과 함께 부가됨으로써 연속적으로 부가될 수 있다. 살수층 반응기는 반응물이 반응기의 꼭대기에서 부가되어 생성물이 연속적으로 유출되는 바닥으로 흐르는 동안 촉매가 고정된 관형 반응기이다. 기상 반응물은 액체와 같은 방향으로 흐를 수도 있고 또는 반응기의 바닥에서 꼭대기로 반대 방향으로 흐를 수도 있다. The hydrogenation reaction has a temperature of about 50 to 250 ° C., preferably about 90 to 180 ° C. and a total pressure including hydrogen of about 15.27 to 55.26 MPa (2200 to 8000 psig), preferably about 20.78 to 34.58 MPa (3000 to 5000 psig) It can be carried out at a pressure. In a preferred mode of operation, the process is carried out continuously in a continuous stirred tank reactor (CSTR), a plug flow reactor (PFR), a slurry bubble column reactor (SBCR), or a trickle bed reactor. Continuous stirred tank reactors, also known as backmix reactors, are vessels in which the reactants are added in a continuous manner and the flow of the product stream is continuously withdrawn from the reactor. Mix sufficiently in a vessel provided with a mixing device, for example a mechanical stirrer, so that the composition in the reactor is uniform and identical to that in the outgoing product stream. A plug flow reactor is a tubular reactor in which the reactants are added in a continuous manner at one end of the tubular reactor and the product flows out continuously from the other end of the tube. There is no backmixing, ie the composition inside the reactor tube is not uniform. It is possible to backmix in the PFR by recycling the product flow part back to the inlet of the reactor. It is also possible to achieve plug flow reactor behavior using multiple CSTRs in series. Slurry bubble column reactors are vessels in which the product flows continuously from the top of the reactor, while the liquid reactant and gas are continuously fed at the bottom of the reactor. The gas is present in the reactor with bubbles which rise while at the same time providing mixing with the solid powder catalyst (average particle size 20-200 μm). The catalyst can be removed continuously with the product and added continuously by addition with the liquid feed. The trickle bed reactor is a tubular reactor in which the catalyst is fixed while the reactants are added at the top of the reactor and flow to the bottom where the product is continuously discharged. The gaseous reactants may flow in the same direction as the liquid or may flow in the opposite direction from the bottom of the reactor to the top.

반응기에 대한 선택이 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 회분식 모드에서 또한 수행될 수 있다.The choice for the reactor does not limit the invention and can also be carried out in batch mode.

방법은 용매의 부재 또는 존재하에 작동될 수 있다. 본 발명에서, 용매는 반응 혼합물에 부가되고 하나 이상의 반응 성분을 용매화 하는데 기여하는 물질로 정의되고, 반응 혼합물의 부피를 증가시키고, 반응 열의 전달(또는 제거)을 위한 매질을 제공하며, 최종 생성물에 혼입되지 않으며 또는 최종 생성물의 성질을 변경시키지 않는다. 용매 목록은 암모니아; 트리에틸아민과 같은 아민; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 및 부탄올과 같은 알콜; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르; 디에틸아세타미드 및 N-메틸피롤리디논과 같은 아미드; 및 에틸 아세테이트 및 디메틸아디페이트와 같은 에스테르를 포함하나, 포괄하는 것은 아니다. 바람직한 용매는 암모니아이다. 용매는 반응 혼합물에 약 20 내지 90 중량%, 바람직하게는 약 30 내지 50 중량%로 존재할 수 있다.The method can be operated in the absence or presence of a solvent. In the present invention, a solvent is defined as a substance added to the reaction mixture and contributing to solvating one or more reaction components, increasing the volume of the reaction mixture, providing a medium for the transfer (or removal) of the reaction heat, and the final product It is not incorporated into or alters the properties of the final product. The solvent list is ammonia; Amines such as triethylamine; Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; Ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; Amides such as diethylacetamide and N-methylpyrrolidinone; And esters such as ethyl acetate and dimethyladipate. Preferred solvent is ammonia. The solvent may be present in the reaction mixture at about 20 to 90 weight percent, preferably about 30 to 50 weight percent.

개질제 및 디니트릴은 촉매를 포함하는 반응기에 디아민, 아미노니트릴, 물, 용매 또는 이들의 특정 조합과 미리 혼합된 용액으로, 또는 별도로 유입될 수 있다. 개질제는 약 1 : 5000 내지 1 : 30, 바람직하게는 약 1 : 2000 내지 1 : 500의 디니트릴과의 중량비로 부가될 수 있다. The modifier and dinitrile can be introduced separately or as a solution premixed with diamine, aminonitrile, water, solvent or a specific combination thereof into the reactor comprising the catalyst. The modifier may be added in a weight ratio with dinitrile of about 1: 5000 to 1:30, preferably about 1: 2000 to 1: 500.

디아민 및(또는) 아미노니트릴, 예를 들어, 헥사메틸렌디아민 및(또는) 6-아미노카프로니트릴의 수율은 온도, 압력, 수소 유량, 촉매의 양 및 종류, 개질제의 양 및 공간 속도 등을 포함한 작업 조건에 의존한다. 본 발명의 목적에 따라, 용어 "공간 속도"는 촉매의 단위 중량 당, 시간 당 반응기 내로 공급되는 디니트릴의 단위 중량으로 정의된다. 통상적으로, 디니트릴은 디니트릴의 공간 속도가 약 0.5 내지 20 h-1의 범위내에 있도록 반응기에 부가되어야 한다. 가장 바람직한 공간 속도는 종래 기술을 사용하여 당업자에 의해 손쉽게 결정될 수 있다. Yields of diamines and / or aminonitriles, such as hexamethylenediamine and / or 6-aminocapronitrile, may include operations including temperature, pressure, hydrogen flow rate, amount and type of catalyst, amount and modifier of modifier, etc. Depends on the condition For the purposes of the present invention, the term "space velocity" is defined as the unit weight of dinitrile fed into the reactor per hour, per unit weight of catalyst. Typically, dinitrile should be added to the reactor such that the space velocity of dinitrile is in the range of about 0.5 to 20 h −1 . The most preferred space velocity can be easily determined by one skilled in the art using the prior art.

개질제가 개질제/촉매 원소 복합체를 형성하는 촉매의 원소와 반응하는 것이 가능하나, 본 발명이 특정 이론에 의해 제한되는 것을 의미하지는 않는다. 생성된 복합체는 Ⅷ 족 원소를 금속 상태로 또는 가능하다면 산화 상태로 포함할 수 있다. 개질제와 촉매 원소의 반응은 비가역적일 수 있으나 가역 평형 반응도 있을 수 있다. 개질제와 촉매의 상호작용은 촉매의 반응성을 변경시킬 수 있으며, 아미노니트릴 제조의 선택성을 향상시킬 수 있고, 2차 아민 올리고머 형성을 억제할 수 있으며, 가능하다면, 촉매의 수명을 증가시킬 수 있다. While it is possible for the modifier to react with the elements of the catalyst forming the modifier / catalyst element complex, it does not mean that the present invention is limited by a particular theory. The resulting complex may contain Group VIII elements in the metal state or possibly in the oxidized state. The reaction of the modifier with the catalytic element may be irreversible but there may also be a reversible equilibrium reaction. The interaction of the modifier with the catalyst can alter the reactivity of the catalyst, improve the selectivity of aminonitrile preparation, inhibit secondary amine oligomer formation, and possibly increase the life of the catalyst.

촉매 및 개질제는 반응기에 별도로 도입되어 디니트릴과 접촉할 수 있으나, 촉매는 개질제와 미리 접촉할 수 있다. 이것은 물 및(또는) 용매, 예를 들어, 알콜, 에테르, 에스테르, 암모니아, 또는 이들 2 이상의 조합에서 행해질 수 있다. The catalyst and modifier may be introduced separately into the reactor and contact with dinitrile, but the catalyst may be in contact with the modifier in advance. This can be done in water and / or a solvent, for example alcohol, ether, ester, ammonia, or a combination of two or more thereof.

수소 대 디니트릴의 몰비는 아미노니트릴 및(또는) 디아민, 예를 들어, 6-아미노카프로니트릴 및(또는) 헥사메틸렌디아민을 제조하기에 충분한 수소가 제공되는 한 중요하지 않다. 수소는 일반적으로 과량 사용된다. The molar ratio of hydrogen to dinitrile is not critical as long as sufficient hydrogen is provided to prepare aminonitrile and / or diamines such as 6-aminocapronitrile and / or hexamethylenediamine. Hydrogen is generally used in excess.

디아민 및(또는) 아미노니트릴, 예를 들어, 헥사메틸렌디아민 및(또는) 6-아미노카프로니트릴은 반응 생성물로부터 재결정화 또는 바람직하게는, 증류와 같은 통상적 정제 절차를 통해 회수될 수 있다. 반응하지 않은 디니트릴은 수소화 반응기로 다시 재활용되어 추가적으로 디아민 및(또는) 아미노니트릴을 수득할 수 있다. Diamines and / or aminonitriles such as hexamethylenediamine and / or 6-aminocapronitrile can be recovered from the reaction product via conventional purification procedures such as recrystallization or preferably distillation. Unreacted dinitrile can be recycled back to the hydrogenation reactor to additionally obtain diamines and / or aminonitriles.

아디포니트릴(ADN)의 수소화는 예를 들어, 다음 반응식과 같이 ADN이 우선 아미노카프로니트릴(ACN)로 전환되고 이어서 ACN이 헥사메틸렌디아민(HMD)으로 전 환(각각의 반응 단계는 1차 반응이고, 제1 단계는 속도 상수 2k1을 가지고 제2 단계는 속도 상수 k2를 가짐)되는 동태 모델을 사용하여 기재될 수 있다. Hydrogenation of adiponitrile (ADN) is accomplished by first converting ADN to aminocapronitrile (ACN) followed by conversion of ACN to hexamethylenediamine (HMD), as shown in the following scheme. And the first stage has a rate constant 2k 1 and the second stage has a rate constant k 2 ).

ADN → ACN → HMDADN → ACN → HMD

이 모델에서 k1/k2=1 값은 비-선택성 촉매를 기재하고 ACN의 최대 수율은 잘 혼합된 회분식 반응에서 50%일 것이다. k1/k2 값을 최대화하는 것이 바람직하다. The value k 1 / k 2 = 1 in this model describes a non-selective catalyst and the maximum yield of ACN will be 50% in a well mixed batch reaction. It is desirable to maximize the k 1 / k 2 value.

비교 실시예 1. Comparative Example 1.

1-L 스테인리스 강 압력 용기는 216 g의 아디포니트릴 및 20 g의 분말, 환원 철 촉매로 채워졌다. 용기는 봉합되었고, 수소로 퍼징되었으며, 225 g의 암모니아로 채워졌다. 이것을 150℃을 가열하고 4500 psig(31 MPa)로 가압하였다. 수소가 소비됨에 따라, 4500 psig(31 MPa)의 작동 압력을 유지하기 위해 가압된 실린더로부터 수소를 끊임없이 보충하였다. 70 분 후에 반응이 중지되었고, 시료를 가스 크로마토그래피로 분석하였다. 분석은 반응 생성물이 12 wt% 아디포니트릴(ADN), 45 wt% 6-아미노카프로니트릴(ACN), 및 36 wt% 헥사메틸렌디아민을 포함함을 보여주었다. k1/k2 값은 1.1이였다. The 1-L stainless steel pressure vessel was filled with 216 g of adiponitrile and 20 g of powder, reduced iron catalyst. The vessel was sealed, purged with hydrogen and filled with 225 g of ammonia. It was heated to 150 ° C. and pressurized to 4500 psig (31 MPa). As hydrogen was consumed, hydrogen was constantly replenished from the pressurized cylinder to maintain an operating pressure of 4500 psig (31 MPa). After 70 minutes the reaction was stopped and the sample was analyzed by gas chromatography. The analysis showed that the reaction product contained 12 wt% adiponitrile (ADN), 45 wt% 6-aminocapronitrile (ACN), and 36 wt% hexamethylenediamine. The k 1 / k 2 value was 1.1.

실시예 2 내지 4.Examples 2-4.

실시예 1의 실험은 0.2 g의 개질제 약품이 ADN과 함께 반응 혼합물에 부가되는 것을 제외하고 반복되었다. 결과는 표 1에 나타내었다. TBACN = 시안화 테트라부틸암모늄, TEAF = 시안화 테트라에틸암모늄, TMAHP = 수산화 테트라메틸암모늄 오수화물.The experiment of Example 1 was repeated except that 0.2 g of modifier agent was added to the reaction mixture with ADN. The results are shown in Table 1. TBACN = tetrabutylammonium cyanide, TEAF = tetraethylammonium cyanide, TMAHP = tetramethylammonium hydroxide pentahydrate.

Figure 112006040440417-pct00001
Figure 112006040440417-pct00001

Claims (7)

약 15.27 MPa(2200 psig) 이상의 압력에서 철을 포함하는 촉매 및 수산화 4급 암모늄, 시안화 4급 암모늄, 불화 4급 암모늄, 티오시안화 4급 암모늄, 수산화 4급 포스포늄, 및 시안화 수소로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 요소인 개질제의 존재하에 디니트릴과 수소를 접촉시키는 것을 포함하고, 아미노니트릴의 선택성이 디아민에 비해 선호되는, 아미노니트릴 및 디아민의 동시 제조를 위한 디니트릴 수소화 방법.Group consisting of iron-containing catalyst and quaternary ammonium hydroxide, quaternary ammonium cyanide, quaternary ammonium fluoride, quaternary ammonium fluoride, quaternary phosphonium hydroxide, and hydrogen cyanide at pressures above about 15.27 MPa (2200 psig) A method of dinitrile hydrogenation for the simultaneous preparation of aminonitrile and diamine, comprising contacting dinitrile with hydrogen in the presence of a modifier that is at least one element selected from, wherein selectivity of aminonitrile is preferred over diamine. 제1항에 있어서, 온도가 약 50℃ 내지 250℃의 범위에 있는 방법.The method of claim 1 wherein the temperature is in the range of about 50 ° C. to 250 ° C. 7. 제1항에 있어서, 압력이 약 20.7 내지 34.5 MPa(3000 내지 5000 psig) 범위에 있는 방법.The method of claim 1, wherein the pressure is in the range of about 20.7 to 34.5 MPa (3000 to 5000 psig). 삭제delete 제1항에 있어서, 개질제가 시안화 4급 암모늄 또는 수산화 4급 암모늄 염을 포함하는 방법.The method of claim 1 wherein the modifier comprises quaternary ammonium cyanide or quaternary ammonium hydroxide salts. 제1항에 있어서, 디니트릴이 아디포니트릴인 방법.The method of claim 1 wherein the dinitrile is adipononitrile. 약 15.27 MPa(2200 psig) 이상의 압력에서 촉매 및 개질제의 존재하에 디니트릴을 수소화시켜 아미노니트릴 및 디아민을 동시에 제조하는 방법이며, 상기 촉매는 철을 포함하고, 상기 개질제는 수산화 4급 암모늄, 시안화 4급 암모늄, 불화 4급 암모늄, 티오시안화 4급 암모늄, 수산화 4급 포스포늄, 및 시안화 수소로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 요소이며, 이에 따라 아미노니트릴의 선택성이 디아민에 비해 선호되는 것을 특징으로 하는 방법.A method of simultaneously producing an aminonitrile and a diamine by hydrogenating dinitrile in the presence of a catalyst and a modifier at a pressure of at least about 15.27 MPa (2200 psig), wherein the catalyst comprises iron and the modifier is quaternary ammonium hydroxide, 4 cyanide. At least one element selected from the group consisting of quaternary ammonium, quaternary ammonium fluoride, quaternary ammonium thiocyanate, quaternary phosphonium hydroxide, and hydrogen cyanide, whereby the selectivity of aminonitrile is preferred over diamine Way.
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