KR20000005365A - 아민 및 아미노니트릴의 제조 방법 - Google Patents

아민 및 아미노니트릴의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촉매의 존재 하에 실온 이상의 온도 및 상승된 수소 분압에서 임의로 용매의 존재 하에 하나 이상의 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물을 수소로 수소화시키는 NH2기 함유 화합물의 제조 방법에 관한 것이다. 수소화는 a) 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매를 포함하는 촉매를 사용하고, b) 만약 수소화시킬 화합물을 기준으로 한 수율 및(또는) 원하는 생성물을 기준으로 한 선택성이 규정된 수치 미만으로 저하되었거나 또는 만약 원하지 않는 부산물의 양이 규정된 수치를 초과하여 증가한다면, 수소화시킬 화합물의 공급, 및 만약 사용되었다면 용매의 공급도 또한 중단함으로써 수소화를 중단시키고, c) 0.1 내지 30 MPa 범위 내의 수소 압력 및 2 내지 48시간의 처리 시간을 사용하여 150 내지 400℃ 범위의 온도에서 촉매를 수소로 처리하고, d) 그 후 수소화를 계속하고, 코발트 및(또는) 철을 함유하는 촉매를 재생시키는 조건 하에서 수행한다.

Description

아민 및 아미노니트릴의 제조 방법
본 발명은 용매의 존재 또는 부재 하에서 실온 이상의 온도 및 상승된 수소 분압에서 촉매의 존재 하에 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물을 수소로 수소화시키는 NH2-함유 화합물의 개선된 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 구체적으로 6-아미노카프로니트릴 (ACN) 및 헥사메틸렌디아민 (HMD)의 제조 방법, 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화를 현탁 상태에서 또는 고정층 반응기에서 하향유동 또는 상향유동 방법으로 수행하는 방법, 및 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매의 재생 방법에 관한 것이다.
불포화 탄소-질소 결합을 수소로 수소화시키는 것은 예를 들어 호우벤-바일 (Houben-Weyl)의 문헌 [Stickstoff-Verbindungen II, Amine, 제11/1권, 545 내지 574페이지, 제4판, 1957년]에 기술되어 있다.
미국 특허 제2,257,814호에는 코발트 함유 촉매 및 임의로 철 함유 촉매의 존재 하에 액상에서 수소화를 수행하여 디니트릴로부터 아미노니트릴을 제조하는 방법이 공개되어 있다. 또한 독일 특허 제848,654호에는 구리/코발트/아연 및 철/코발트 첨정석 기재의 고정층 촉매의 존재 하에 아디포니트릴 (ADN)을 ACN으로 부분적으로 수소화시키는 것이 기술되어 있다. 독일 특허 제954,416호에는 디니트릴을 수소로 수소화시킴으로써 아미노니트릴 및 디아민을 제조하기 위한 촉매로서 실리카 겔 상의 코발트의 사용이 기술되어 있다. 독일 특허 제4,235,466호에는 철 스폰지로부터 제조된 촉매의 존재 하에 촉매적 수소화에 의한 시클로지방족 및 지방족 아미노니트릴의 제조 방법이 기술되어 있다.
니트릴 및 이민의 수소화에 사용되는 코발트 함유 촉매 및 철 함유 촉매는 오랜시간 작업시 활성을 잃게 되고 따라서 일단 전환 및(또는) 선택성 또는 부산물 수준의 면에서 일정 한계에 도달하면 새로운 촉매로 대체시켜야 한다.
탄소질 퇴적물로 코팅된 촉매의 재생은 일반적으로 질소-공기 혼합물로 유기 코팅물을 연소 제거함으로써 달성된다 (문헌 [Chem. Eng. Sci. 46 (1991), 11-21] 참조). 그러나 상기 방법은 공기와의 반응시 기계적으로 안정하게 남아있는 촉매에만 사용될 수 있다. SiO2, Al2O3, TiO2와 같은 산화 물질의 안정한 구조를 갖는 지지 촉매가 상기 방법에 의해 성공적으로 재생될 수 있다. 예를 들어 영국 특허 제2,284,163호에는 1종 이상의 염소 및 산소를 포함하는 기체의 처리에 의한 Pt, Pd, Ru, Rh, Os, Ir 또는 Ni를 포함하는 지지 촉매의 재생이 기술되어 있다.
금속 함량이 매우 높은 촉매는 공기로 유기 퇴적물을 연소 제거시 손상을 받게 되어 그의 기계적 특성이 변경된다 (예를 들어 유럽 특허 출원 공개 제61,042호 참조).
문헌 [Journal of Catalysis 143 (1993), 187-200]에는 기체상의 아세토니트릴의 수소화에 사용되는 니켈 촉매 (SiO2상의 25 중량%의 Ni)가 200℃ 이상의 온도에서 수소 처리에 의해 재생될 수 있음이 공지되어 있다.
인용된 참고 문헌들에는 상기 조건 하에서 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매도 또한 재생될 수 있는지의 여부는 나타나 있지 않다.
본 발명의 목적은 촉매의 재생 동안 오랜 셧다운 (shutdown) 시간이 초래되지 않고 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화에 사용되는 코발트 함유 촉매 및 철 함유 촉매를 간단한 방법으로 재생시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 더 특별하게는 본 목적은 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화에 있어서 전환 및 선택성의 측면에서 가능한한 미사용 촉매의 수준에 가깝게 촉매 활성을 다시 상승시키는 것이다.
본 발명자들은
a) 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매를 포함하는 촉매를 사용하고,
b) 수소화시킬 화합물을 기준으로 한 전환 및(또는) 원하는 생성물을 기준으로 한 선택성이 규정된 수치 미만으로 저하되었거나 또는 원하지 않는 부산물의 양이 규정된 수치를 초과하여 증가된 후, 수소화시킬 화합물, 및 만약 사용되었다면 용매의 공급을 중단함으로써 수소화를 중단시키고,
c) 0.1 내지 30 MPa 범위 내의 수소 압력 및 2 내지 48시간 범위 내의 처리 시간을 사용하여 150 내지 400℃에서 촉매를 수소로 처리하고,
d) 그 후 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화를 계속하는 것을 포함하는, 용매의 존재 또는 부재 하에 실온 이상의 온도 및 상승된 수소 분압에서 촉매의 존재 하에 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물을 수소로 수소화시키는 NH2함유 화합물의 제조 방법에 의해 상기 목적이 성취된다는 것을 지금에 와서야 알아내었다.
본 발명자들은 또한 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물을 현탁 상태로 또는 고정층 반응기에서 하향유동 또는 상향유동 방법으로 수소화시키는 방법; 구체적으로 6-아미노카프로니트릴 (ACN) 및 헥사메틸렌디아민 (HMD)의 제조 방법; 및 코발트 함유 촉매 및 철 함유 촉매의 재생 방법도 또한 알아내었다.
본 발명에 따라 사용되는 출발 화합물은 탄소-질소 이중 결합 또는 삼중 결합과 같은 불포화 탄소-질소 결합을 하나 이상 포함하는 화합물이다. 바람직하게는 C4-C8-알킬니트릴 또는 C4-C8-디니트릴, 예를 들어 부탄니트릴, 펜탄니트릴, 헥산니트릴, 헵탄니트릴, 옥탄니트릴, 부탄디니트릴 (아디포니트릴, 단쇄 ADN), 펜탄디니트릴, 헥산디니트릴, 헵탄디니트릴 및 옥탄디니트릴, 특히 아디포니트릴을 사용하고, 특히 바람직하게는 말단 C4-C8-디니트릴, 예를 들어 1,4-디시아노부탄(아디포니트릴), 1,5-디시아노펜탄, 1,6-디시아노헥산, 1,7-디시아노헵탄 및 1,8-디시아노옥탄, 특히 아디포니트릴인 C5-C8-시클로알킬니트릴 또는 디니트릴, 예를 들어 시클로펜탄카르보니트릴, 시클로헥산카르보니트릴, 시클로헵탄카르보니트릴, 시클로옥탄카르보니트릴, 시클로펜탄디카르보니트릴, 시클로헥산디카르보니트릴, 및 또한 탄소 원자수 4 내지 8의 아미노니트릴, 바람직하게는 a,w-아미노니트릴, 예를 들어 5-아미노발레로니트릴 및 6-아미노카프로니트릴 (ACN), 특히 ACN을 사용한다.
니트릴, 디니트릴 및 아미노니트릴은 또한 다른 관능기가 수소화를 손상시키지 않거나 또는 그의 동시 또는 부분적 수소화를 바란다면 상기 관능기를 포함할 수 있다. 예로는 C1-C4-알킬, 아릴, 특히 페닐, C5-C8-시클로알킬, 아미노알킬, N-알킬아미노알킬, N-(시아노메틸)아미노알킬 및 이미노 (C=NH, C=NR), 바람직하게는 이미노가 있다.
특히 바람직한 화합물은 ADN, ACN, 3-시아노-3,5,5-트리메틸시클로헥실이민, NC-(CH2)2-N(H)-(CH2)2-CN, NC(CH2)2-N(H)-(CH2)2-N(H)-(CH2)2-CN 및 1-시아노-2-아미노에탄이다.
코발트 및(또는) 철 촉매는 특히 고정층 또는 현탁 방법에 있어서 예를 들어 라니 (Raney) 촉매의 형태 또는 다른 일반적인 비지지 형태로 지지체 없이 사용될 수 있다. 비지지 형태는 고수준의 활성 성분과 비교하여 혼합물을 저수준으로 포함할 수 있다. 상기 혼합물은 촉매적 활성 및(또는) 선택성 중 어느 하나에, 또는 그렇지 않으면 촉매의 경도, 마멸, 화학적 또는 열적 안정성과 같은 특성에 유리한 효과를 미칠 수 있다. 전체 혼합물은 일반적으로 활성 성분의 양을 기준으로 0 내지 20 중량% 범위 내이다. 적당한 혼합물은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 화합물의 산화물, 인산염 및 황산염, 열적으로 안정한 산화물, 예를 들어 SiO2, Al2O3, TiO2및 ZrO2, 및 또한 다른 전이 금속 산화물이다. 지지 촉매의 형태로 사용하는 것도 또한 가능하다. 사용되는 지지체는 전형적으로 산화 알루미늄, 실리카, 활성탄, 이산화 티탄 및 이산화 지르코늄일 수 있다. 지지 촉매에 있어서 코발트 및(또는) 철 대 지지체의 수준은 코발트와 철 중 단지 어느 하나가 존재하는지 또는 둘 모두가 존재하는지에 따라 일반적으로 3 내지 95 중량% 범위 내, 바람직하게는 30 내지 95 중량% 범위 내이다.
촉매는 또한 원한다면 원소 주기율표의 VIB족 금속 (Cr, Mo, W), VIII족 금속 (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt) 및 또한 구리, 망간 및 레늄으로 개질시킬 수 있는데, 이 경우 촉매의 코발트 및(또는) 철 함량은 일반적으로 활성 성분 (코발트 및(또는) 철 + 개질제)을 기준으로 50 내지 99.9 중량% 범위 내, 바람직하게는 80 내지 99 중량%이다.
또한 촉매는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨, 특히 세슘 기재의 화합물로 개질시킬 수 있다. 코발트 및 철 (이들 중 어느 하나는 존재하지 않아도 됨)의 질량을 기준으로 0 내지 5 중량% 범위 내, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 중량비의 알칼리 금속 또는 알칼리토금속을 사용하는 것이 일반적이다.
바람직한 촉매는 코발트 및(또는) 철, 및 만약 존재한다면 임의의 개질제의 질량을 기준으로 철 및(또는) 코발트 함량이 60 중량% 이상인 비지지 철 촉매 및 코발트 촉매이다.
암모니아 합성, 피셔-트롭슈 (Fischer-Tropsch) 반응에서 또는 에틸벤젠으로부터 스티렌을 제조하기 위한 탈수소화 촉매로서 주로 사용되는 철 촉매는 문헌에 기술되어 있는 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어 철 촉매는 천연 산화 철, 예를 들어 적철광 또는 자철광 또는 야금학적으로 (산화에 의해) 제조되는 철로부터 제조될 수 있다 (문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 제5판, 제A2권, 169 내지 172페이지] 참조). 개질제 (촉진제로도 공지됨)는 일반적으로 산화물들의 결합 용융에 의해 혼입되거나 또는 산화 철의 그 이후의 함침에 의해 내부 표면에 도포된다. 그러나 산화 철 전구체는 탄산염 또는 수산화물로서의 철 염 수용액으로부터의 불활성 산화 물질 상으로의 침전 (예를 들어 리치 (B.E. Leach)의 문헌 [Applied Industrial Catalysis, 2 (1983), 177-180] 참조) 또는 공침전에 의해 또한 수득될 수 있다. 상기 전구체들은 타정 또는 압출 성형에 의한 통상적인 방식으로 기술적으로 사용가능한 형태로 만들어질 수 있다 (스틸레스 (A.B. Stiles)의 문헌 [Catalyst manufacture, New York 1983, 137-138페이지] 또는 시티그 (M. Sittig)의 문헌 [Catalyst Manufacture, Recovery and Use, 1972, Noyes data corporation, 217 내지 221페이지] 참조).
철 촉매를 제조하는 다른 방법은 예를 들어 시안화 철을 탄화 철 및 질화 철로 열적으로 분해시키는 것인데, 탄화 철 및 질화 철은 더 가열함으로써 알파-철로 일반적으로 전환시킬 수 있다 ([Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 제5판, 제A2권, 169 내지 172페이지] 참조).
코발트 촉매는 코발트 함유 화합물의 수용액 또는 유기 용액으로 세라믹 지지체를 함침시킴으로써 제조할 수 있다. 함침은 미리 제조된 지지체의 압출 성형물 또는 그렇지 않으면 지지체 분말 상에서 수행될 수 있다. 세라믹 지지체가 분말로서 사용된다면 코발트 함침 분말은 바람직하게는 하소 후에 예를 들어 압출성형 또는 타정에 의해 성형시킨다.
예를 들어 사용되는 코발트 염의 용해성 또는 지지체의 표면적 때문에 함침 단계에서 지지체 상에 충분한 코발트가 주어지지 못한다면, 지금까지의 관찰에 의하면 원하는 양의 코발트가 도포될 때까지 함침을 반복할 수 있는데, 이 경우 생성된 물질은 다음 함침이 수행되기 전에 각각의 함침 단계 후에 건조시키고 하소시킨다.
수용액 또는 유기 용액으로부터의 침전에 의해 코발트 함유 촉매를 제조하는 것도 또한 가능한데, 이 경우 개질제 (또는 촉진제)는 일반적으로 공침전시키거나 또는 함침에 의해 후에 도포시킬 수 있다. 수산화 코발트 또는 상응하는 탄산염 또는 용해가 거의 안되는 다른 코발트 화합물을 침전시키는 것이 바람직하다. 침전 후에, 원한다면 바람직한 일정 고체상태 상이 수득될 수 있게 하기 위하여 200 내지 700℃ 범위 내의 온도에서 하소로 압출성형물 또는 정제로 성형하는 것이 우선할 수 있다 해도, 침전물을 건조시키고 이어서 예를 들어 압출성형 또는 타정으로 건조 물질을 처리하는 것이 일반적이다.
산화 코발트 및(또는) 산화 철 예비촉매는 수소화 촉매로서 사용되기 전에 수소 처리에 의해 상응하는 금속으로 환원시키는 것이 유리한데, 이 경우 일반적으로 금속 및 산화물의 전체 질량을 기준으로 산화물 함량이 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하, 특히 바람직하게는 1 중량% 이하인 것이 지금까지의 경험에 비추어 바람직하다. 산화물 함유 물질의 상응하는 활성 촉매 물질로의 상기 환원은 통상적인 방식으로 200℃의 온도에서 대기압 또는 초대기압 하에서 수행시킬 수 있다.
수소화는 상향유동, 하향유동 또는 현탁 상태에서 수행시킬 수 있다.
반응을 현탁 상태에서 수행시킬 경우 40 내지 150℃ 범위 내, 바람직하게는 50 내지 100℃ 범위 내, 특히 바람직하게는 60 내지 90℃ 범위 내의 온도를 선택하는 것이 일반적이며; 압력은 일반적으로 2 내지 20 MPa 범위 내, 바람직하게는 3 내지 10 MPa, 특히 바람직하게는 4 내지 9 MPa가 되도록 선택한다. 체류 시간은 본질적으로 원하는 수율, 선택성 및 원하는 전환에 의존적이며; 일반적으로 체류 시간은 수율을 최대화하기 위하여 예를 들어 50 내지 275분 범위 내, 바람직하게는 70 내지 200분 범위 내에서 선택된다.
현탁 방법에 있어서 사용되는 용매는 바람직하게는 암모니아, 아민, 디아민 및 탄소 원자수 1 내지 6의 트리아민, 예를 들어 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민 및 트리부틸아민, 또는 알콜, 특히 메탄올 및 에탄올이며 특히 바람직하게는 암모니아이다. 수소화시킬 화합물의 농도는 수소화시킬 화합물과 용매의 합계를 기준으로 10 내지 90 중량% 범위 내, 바람직하게는 30 내지 80 중량%, 특히 바람직하게는 40 내지 70 중량%인 것을 사용하는 것이 유리하다.
사용되는 촉매의 양은 일반적으로 사용되는 수소화시킬 화합물의 양을 기준으로 1 내지 50 중량% 범위 내, 바람직하게는 5 내지 20 중량%이다.
현탁 수소화는 일반적으로 액상에서 배치식으로, 또는 바람직하게는 연속식으로 수행시킬 수 있다.
또한 수소화는 고정층 반응기에서 하향유동 또는 상향유동 방법으로 배치식으로 또는 연속식으로 수행시킬 수 있는데, 이 경우 30 내지 200℃ 범위 내, 바람직하게는 50 내지 150℃ 범위 내의 온도, 및 일반적으로 2 내지 30 MPa 범위 내, 바람직하게는 3 내지 20 MPa 범위 내의 압력을 사용하는 것이 일반적이다. 수소화는 바람직하게는 용매, 바람직하게는 암모니아, 아민, 디아민 및 탄소원자수 1 내지 6의 트리아민, 예를 들어 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민 및 트리부틸아민 또는 알콜, 바람직하게는 메탄올 및 에탄올, 특히 바람직하게는 암모니아의 존재 하에 수행시킨다. 바람직한 실시 형태에 있어서, 사용되는 암모니아의 양은 수소화시킬 화합물, 특히 아디포니트릴 g 당 0.5 내지 10 g의 범위 내, 바람직하게는 1 내지 6 g이다. 촉매 공간 속도가 수소화시킬 화합물 0.1 내지 2.0 kg/ℓ x 시간 범위 내, 바람직하게는 수소화시킬 화합물 0.3 내지 1.0 kg/ℓ x 시간, 특히 아디포니트릴/ℓ x 시간인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서 체류 시간을 변화시킴으로써 전환 및 그에 따른 선택성을 특정 방식으로 또한 조정할 수 있다.
수소화는 일반적인 적당한 반응기에서 수행시킬 수 있다.
반응을 기체상에서 수행시킨다면, 100 내지 250℃ 범위 내, 바람직하게는 160 내지 200℃ 범위 내의 온도를 사용하는 것이 일반적이고; 사용되는 압력은 일반적으로 0.01 내지 3 MPa 범위 내, 바람직하게는 0.09 내지 0.5 MPa이다. 또한 수소 대 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 몰비는 일반적으로 2:1 내지 300:1의 범위 내, 바람직하게는 10:1 내지 200:1의 범위 내이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, ADN의 수소화는 고정층 촉매를 사용하여 용매로서 암모니아의 존재 하에, 촉매의 불활성화 (즉, ADN의 전환성 및(또는) ACN을 기준으로 한 선택성이 규정 수치 미만으로 감소함) 후에 먼저 아피도니트릴 및 암모니아의 공급 스위치를 끄고, 이어서 온도를 200 내지 250℃로 하며, 그 후 촉매를 수소 200 내지 800 ℓ, 바람직하게는 500 내지 700 ℓ, 특히 600 ℓ/촉매 ℓ x 시간으로 10 내지 20 시간 동안 처리하는 방법으로 수행한다. 그 후 온도는 일반적으로 반응 온도로 다시 감소시키고 수소화를 계속한다.
재생시키는 것을 시작하기 전에 반응기에 여전히 존재하는 수소화 혼합물을 제거하는 것이 바람직하다. 시스템에 존재하는 용매, 특히 암모니아로 실제적인 재생 전에 촉매를 세척시키는 것이 유익할 수 있다. 사용되는 세척 온도는 일반적으로 20 내지 200℃ 범위 내, 특히 20 내지 100℃ 범위 내이다. 일반적으로 2 내지 24시간 동안 세척을 수행하는 것이 유익하다.
본 발명에 따라 촉매의 재생은 150 내지 400℃ 범위 내, 바람직하게는 180 내지 350℃ 범위 내, 특히 200 내지 300℃ 범위 내의 온도에서 0.1 내지 30 MPa 범위 내, 바람직하게는 0.1 내지 20 MPa 범위 내의 수소압을 사용하여 수행한다. 연속식 방법은 일반적으로 수소 100 내지 1500 ℓ/반응기 용적 ℓ x 시간의 범위 내, 바람직하게는 수소 200 내지 1000 ℓ/반응기 용적 ℓ x 시간의 수소 속도로 수행시킨다.
본 발명의 방법에 의해 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화, 특히 아디포니트릴의 아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민 (나일론 6 및 나일론 66 중간체)으로의 수소화에서 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매의 수명 및 공간-시간 수율이 명확하게 향상될 수 있다.
실시예 1-비지지 코발트 촉매의 제조
20 중량% 농도의 탄산 나트륨 용액을 50℃에서 탄산 나트륨 수용액의 첨가 완료시 항상 pH가 6이 되게 하는 방식으로 10 중량%의 코발트 (질산 코발트를 기준으로 계산), 0.55 중량%의 망간 (질산 망간의 양으로부터 계산) 및 0.45 중량%의 H3PO4를 함유하는 물 중 질산 코발트, 질산 망간 및 인산의 수용액에 한번에 조금씩 첨가하였고; 상응하는 탄산염을 침전시켰다. 확정된 pH 6이 변화되지 않았다는 사실로부터 알 수 있는 침전의 완료시 pH 7.5가 수득될 때까지 탄산 나트륨 용액을 더 첨가시켰다. 생성된 침전물은 20 msiemen의 최종 전도율이 수득될 때까지 물로 침전물을 세척시킴으로써 질산염 및 나트륨이 없게 세척시켰고, 질산염을 위한 Merckoquant (등록상표, 머크 (Merck)사 제품) 시험 스트립에 따라 용액의 질산염 함량은 0.02 중량% 미만이었다. 상기와 같이 세척시킨 침전물은 물에 현탁시켜 분무 타워 내로 분무시켰다 (입구 온도=550℃). 분무된 물질은 500℃에서 건조시켰고 분쇄시켰으며 압출성형기에서 직경이 4 mm이고 길이가 1 cm인 압출성형물로 성형시켰다. 압출성형물은 100 내지 120℃에서 건조시켰고 900℃에서 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 생성물은 CoO 90 중량%, Mn2O35 중량%, P2O53 중량% 및 Na2O 2 중량%의 조성을 가졌다. 상기와 같이 수득된 압출성형물은 수소 스트림에서 16시간 동안 320℃에서 환원시켰고 질소-공기 혼합물 (공기 5 부피%, 질소 95 부피%)로 실온에서 표면안정화시켰다.
실시예 2-비지지 철 촉매의 제조
스틸레스 (A.B. Stiles), 코크 (T.A. Koch)의 문헌 [Catalyst Manufacture, 167 내지 168페이지 (1995년)]에 기술되어 있는 방법에 따라 촉진제인 Al2O3, K2CO3및 탄산 칼슘을 사용하여 1600 내지 2000℃에서 산화 철 (자철광)의 혼합물을 용융시켰다. 그 후 용융물을 냉각시켰고 분쇄시켰다. 수득된 물질 (산화 상태의 촉매)의 조성은 K2O 1.1 중량%, Al2O33.0 중량%, CaO 2.3 중량%, 나머지가 FeO 및 Fe2O3였다. 사용가능한 촉매를 수득하기 위하여, 수득된 물질을 3 MPa에서 32시간 동안 450℃에서 처리하였고 이어서 질소/공기 혼합물 (공기 5 부피%, 질소 95 부피%)을 사용하여 실온에서 표면안정화시켰다. 금속 질량 대 산화물 질량의 비 ("환원도")는 9:1이었다.
실시예 3-액상에서의 고정층 수소화
길이가 2 m이고 내부 직경이 2.5 cm인 관식 반응기에 실시예 1의 표면안정화 촉매 750 ml (1534 g)을 채웠다. 이어서 대기압 하에서 질소 스트림 (500 ℓ/시간)에서 온도를 30℃에서 280℃로 상승시킴으로써 48시간에 걸쳐 활성화시켰다 (이 시간 동안 이전에 전환되지 않은 CoO는 Co로 환원되었음).
반응기 입구 온도를 45℃로, 그리고 반응기 출구 온도를 85℃로 감소시킨 후, 전체 압력 20 MPa 하에 400 ml/시간의 아디포니트릴, 600 ml/시간의 암모니아 및 500 ℓ/시간의 수소의 혼합물을 반응기에 공급하였다. 또한 열을 제거하기 위하여 공급량 (4.2 ℓ/시간)의 약 4배를 열 교환기를 통하여 재순환시켰다. 상기 조건 하에서 아디포니트릴의 전환율은 70%였다. 초기 반응 혼합물에는 30 중량%의 ADN, 35 중량%의 ACN 및 34.5%의 HMD가 포함되어 있었다 (ACN 선택성: 50%, ACN + HMD 선택성: >99%). 3,600 시간의 작업 후 ACN 선택성은 초기의 50%에서 23%로 저하된 반면 전환율은 변화되지 않았다.
그 후 디니트릴 및 암모니아 공급 스위치를 껐고 촉매를 200℃에서 전체 압력 200 바 하에서(500 ℓ/시간의 수소에서) 12시간에 걸쳐 반응기에서 재생시켰다. 동일 조건 (상기 참조) 하에서 새롭게 다시 시작하면 선택성이 50%로 증가하였다 (즉 촉매는 그의 초기 선택성이 회복됨).
실시예 4-액상에서의 고정층 수소화
길이가 2 m이고 내부 직경이 2.5 cm인 관식 반응기에 실시예 1의 표면안정화 촉매 800 ml (1598 g)을 채웠다. 이어서 촉매를 대기압 하에서 수소 스트림 (500 ℓ/시간)에서 온도를 30℃에서 320℃로 상승시킴으로써 48시간에 걸쳐 활성화시켰다 (이 시간 동안 나머지 CoO가 Co로 환원되었음).
반응기 입구 온도를 120℃로, 그리고 반응기 출구 온도를 140℃로 감소시킨 후, 25 MPa에서 180 ml/시간의 3-시아노-3,5,5-트리메틸시클로헥실이민, 1700 ml/시간의 암모니아 및 500 ml/시간의 수소의 혼합물을 하향유동 방향으로 반응기에 공급하였다. 상기 조건하에서 이민 전환율은 100%였다. 3-아미노메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥실아민의 수율은 94%였다 (선택성: 94%). 3-시아노-3,5,5-트리메틸시클로헥실아민은 수소화 반응의 중간체이고 따라서 촉매 활성의 지표였다. 상기 화합물의 농도는 5700 시간 후에 초기의 0 ppm에서 1500 ppm으로 증가하여 (반응 혼합물을 기준으로 함) 생성물 가공을 위해 촉매의 재생이 필요한 것으로 나타났다.
그 후 니트릴 및 암모니아 공급 스위치를 껐고 촉매를 300℃ 및 전체 압력 25 MPa에서 (500 ℓ/시간의 수소에서) 24시간에 걸쳐 반응기에서 재생시켰다. 상기와 같은 동일한 조건 하에서 새롭게 다시 시작하면 중간체 농도가 200 ppm으로 감소되었다 (즉 촉매에서 그의 초기 활성이 거의 완전히 회복됨).
실시예 5-액상에서의 고정층 수소화
길이가 7 m이고 내부 직경이 10.5 cm인 관식 반응기에 실시예 2에서 수득된 촉매 60 ℓ (130 kg)을 채웠고 이어서 촉매를 370℃ 및 전체 압력 15 MPa에서 72시간에 걸쳐 먼저 반응기를 통하여 질소를 통과시키고 이어서 처음 24시간 동안 질소 단계를 수소 단계로 대체시킴으로써 활성화시켰다 (나머지 산화 철은 철로 환원됨).
반응기 입구 온도를 110℃로, 그리고 반응기 출구 온도를 135℃로 감소시킨 후, 전체 압력 25 MPa 하에 30 kg/시간의 ADN, 50 ℓ/시간의 액체 암모니아 및 40 표준 m3/시간의 수소의 혼합물을 반응기에 공급하였다. 또한 열을 제거하기 위하여 공급량 (400 ℓ/시간)의 5배를 열 교환기를 통하여 재순환시켰다 (반응기 입구에서 재순환 스트림의 온도는 110℃가 됨). 상기 조건 하에서 ADN의 전환율은 70%였다. 초기 반응 혼합물에는 30 중량%의 ADN, 35 중량%의 ACN 및 34.5 중량%의 HMD가 포함되어 있었다 (ACN 선택성: 50%, ACN + HMD 선택성: >99%). 800 시간 후 촉매는 헹굼 없이 공급 스위치를 끔으로써 명확하게 불활성화되었다.
촉매는 재생을 위하여 초기에는 200 내지 250℃ 범위 내의 온도 및 15 MPa의 압력에서 24시간 동안 반응기에서 질소 (80 m3/시간)로 처리하였다. 그 후 270℃까지 가열하였고 질소 (80 m3/시간)를 수소로 5시간에 걸쳐 계단식으로 대체시켰다. 질소의 수소로의 대체 동안 온도도 또한 380℃까지 계단식으로 증가시켰다. 최종적으로 반응기는 350 내지 380℃ 범위 내의 온도 및 20 MPa의 수소 압력에서 24시간 동안 유지시켰다. 상기한 바와 같이 동일한 조건 하에서 새롭게 다시 시작하면 촉매의 선택성은 그의 초기 수준으로 되돌아갔다.

Claims (6)

  1. a) 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매를 포함하는 촉매를 사용하고,
    b) 수소화시킬 화합물을 기준으로 한 전환 및(또는) 원하는 생성물을 기준으로 한 선택성이 규정된 수치 미만으로 저하되었거나 또는 원하지 않는 부산물의 양이 규정된 수치를 초과하여 증가된 후, 수소화시킬 화합물, 및 만약 사용되었다면 용매의 공급을 중단함으로써 수소화를 중단시키고,
    c) 0.1 내지 30 MPa 범위 내의 수소 압력 및 2 내지 48시간 범위 내의 처리 시간을 사용하여 150 내지 400℃에서 촉매를 수소로 처리하고,
    d) 그 후 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화를 계속하는 것을 포함하는, 용매의 존재 또는 부재 하에 실온 이상의 온도 및 상승된 수소 분압에서 촉매의 존재 하에 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물을 수소로 수소화시키는 NH2함유 화합물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물이 C4-C8-알킬니트릴, C5-C8-시클로알킬니트릴, C4-C8-알킬디니트릴 또는 C5-C8-시클로알킬디니트릴인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 아디포니트릴이 6-아미노카프로니트릴 및 헥사메틸렌디아민을 수득하기 위하여 사용되는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화가 40 내지 150℃ 범위 내의 온도 및 2 내지 20 MPa 범위 내의 압력에서 현탁 상태로 수행되는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 불포화 탄소-질소 결합을 포함하는 화합물의 수소화가 30 내지 200℃ 범위 내의 온도 및 2 내지 30 MPa 범위 내의 압력에서 고정층 반응기에서 하향유동 또는 상향유동 방법으로 수행되는 것인 방법.
  6. 0.1 내지 30 MPa 범위 내의 수소 압력 및 2 내지 48시간 범위 내의 처리 시간을 사용하여 150 내지 400℃에서 촉매를 수소로 처리하는 것을 포함하는, 코발트 함유 촉매 및(또는) 철 함유 촉매의 재생 방법.
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