KR900008170B1 - Process for preparing methyl-pyrazine - Google Patents

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Abstract

Methylpyrazine of formula (III) are prepared by the catalytic reaction of propylene glycol of formula (I) and ethylene diamine of formula (II) in the stream of hydrogen and/or nitrogen. The used catatyst is pref. copper-chromite and/or zinc-chromite catalyst. The reaction temp. in the Zn-chromite catalyst is pref. 320-450 deg.C and the reaction temp. in the Cu-chromite catalyst is pref. 300-400 deg.C.

Description

메칠피라진의 제조방법Method for preparing methylpyrazine

본 발명은 프로필렌글리콜(I)과 에틸렌디아민(II)으로부터 고온 기상의 촉매반응을 통하여 메칠피라진(III)을 생산하는 공업적 제법에 관한 것이다.The present invention relates to an industrial process for producing methylpyrazine (III) from propylene glycol (I) and ethylenediamine (II) through high temperature gas phase catalysis.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

보다 구체적으로 말하면 고온에서 환원처리한 구리-크로마이트계 촉매와 아연-크로마이트계 촉매를 사용하여 단일 반응기내에 이중 촉매층으로 충전한 장치, 또는 아연-크로마이트 촉매가 충전된 반응기와 구리-크로마이트 촉매가 충전된 반응기를 직렬로 순차적으로 연결한 2단 반응장치에 수소와 질소, 또는 수소만의 기류하에서 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민 1 : 1(몰비)의 혼합물로부터 메칠피라진을 제조하는 방법에 관한 것이다.More specifically, a device packed with a double catalyst layer in a single reactor using a copper-chromite catalyst and a zinc-chromite catalyst that has been reduced at high temperature, or a reactor and a copper-chromite packed with a zinc-chromite catalyst It relates to a method for producing methylpyrazine from a mixture of propylene glycol and ethylenediamine 1: 1 (molar ratio) under a stream of hydrogen and nitrogen, or hydrogen alone in a two-stage reactor connected in series with a catalyst-charged reactor in series. .

메칠피라진 제조에 대한 기존의 방법들을 살펴보면, 먼저 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민으로부터 메칠피라진을 제조하는 방법으로 (1) 대한민국 특허 공고 88-1,853에서는 프로필렌글리콜 74.4Kg과 에틸렌디아민 58.8Kg을 물 200L에 용해한 것을 연질벽돌파편이나 도기파편 표면에 산화아연을 코팅한 촉매가 충전된 고정층 다관식 고온반응기의 온도를 490-500℃로하여 16시간 동안 주입한 결과 90% 순도의 메칠피라진 61.4Kg을 얻었다. 이 방법은 반응온도가 상대적으로 높을 뿐 아니라, 그 수율 역시 60% 정도로 비교적 낮다.Looking at the existing methods for the preparation of methylpyrazine, first, to prepare methylpyrazine from propylene glycol and ethylenediamine. The fixed-bed multi-tube high-temperature reactor filled with a catalyst coated with zinc oxide on the surface of the soft brick debris or pottery debris was injected at 490-500 ° C. for 16 hours to obtain 61.4 kg of methylpyrazine with 90% purity. This method not only has a relatively high reaction temperature, but also a relatively low yield of 60%.

(2) ZnO/Zn-크로마이트 촉매와 Pd을 조촉매로 사용하여 367-427℃에서 에틸렌디아민과 프로필렌글리콜로부터 90%의 전화율에 60%의 2-메틸피라진을 얻는다. 이것 또한 낮은 선택성을 주는 단점이 있다.(Appd, Catal, 29(1987)161,)(2) Using ZnO / Zn-chromite catalyst and Pd as cocatalyst, 60% 2-methylpyrazine is obtained at 90% conversion from ethylenediamine and propylene glycol at 367-427 ° C. This also has the drawback of low selectivity (Appd, Catal, 29 (1987) 161,).

한편 다양한 출발물질을 사용하여 메칠피라진을 제조하는 방법을 살펴보면 (3) 대한민국 특허 공고 번호 82-719의 방법 : 반응물인 N-(2-알킬히드록시 에틸렌디아민 5g을 촉매층 상부에 적하 직접 기화시켜 1.5시간 반응시켜 생성물을 에테르로 추출하고, 무수 황산마그네슘으로 건조시킨뒤 에테르를 증발시켜 3.2g의 알킬피라진을 얻는다. 촉매는 350℃에서 공기 4L를 2시간, 수소 1L를 1시간 통과시켜 활성화 시켰다. 이렇게 공간속도 즉, 촉매의 단위 무게에 대하여 시간당 반응물의 주입속도가 무게로 0.17 정도 도는 낮은 처리 능력에서 80%의 낮은 수율을 주는 단점이 있다.Meanwhile, looking at a method of preparing methylpyrazine using various starting materials, (3) Method of Korean Patent Publication No. 82-719: 5 g of N- (2-alkylhydroxy ethylenediamine), which is a reactant, is directly added dropwise to the upper portion of the catalyst layer. The reaction product was extracted with ether, dried over anhydrous magnesium sulfate and evaporated to give 3.2 g of alkylpyrazine, which was activated by passing 4 L of air at 350 ° C. for 2 hours and 1 L of hydrogen for 1 hour. As such, the space velocity, that is, the injection rate of the reactant per hour with respect to the unit weight of the catalyst has a disadvantage of giving a low yield of 80% at a low processing capacity of about 0.17 by weight.

(4) 일본 공개 특허 소 55-122,769호의 방법 : Cr203-CuO를 무게비로 1.26대 1로 하고 가루형태의 카본을 5% 포함시켜 물을 이용하여 성형한 다음 비교적 낮은 온도인 170-200℃에서 질소가 섞인 수소로 18시간을 활성화 시킨다. 촉매처리 온도가 낮기는 하나 수소처리를 너무 장시간 요하는 단점이 있다. 또 반응에 있어서도 365-300℃로 낮으나, 82%의 전화율과 78% 정도의 수율로 낮은 전화율과 수율을 주는 단점이 있다.(4) Method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-122,769: Cr203-CuO is 1.26 to 1 in weight ratio and 5% of carbon in powder form is molded using water, followed by nitrogen at 170-200 ° C. at a relatively low temperature. Activate for 18 hours with hydrogen mixed with water. Although the catalyst treatment temperature is low, there is a disadvantage in that hydrotreating takes too long. In addition, although the reaction is low as 365-300 ℃, there is a disadvantage that gives a low conversion rate and yield with a conversion rate of 82% and about 78%.

(5) 독일 특허 제 2,722,307의 방법 : 디아민과 알킬렌글리콜과 반응시켜 55-78%의 피라진류를 얻는 것으로 그 수율이 낮다.(5) Method of German Patent No. 2,722,307: Yield is low by reacting diamine with alkylene glycol to obtain 55-78% of pyrazines.

(6) 일본 특허 공보 소 49-25,947의 방법 : 알루미나 촉매상에서 400℃의 반응온도에서 1몰의 NH2-NH2와 1몰의 HO-CH2-CH2-OH로부터 0.069몰의 피라진, 0. 010몰의 메칠피라진, 0.121몰의 에칠피라진등을 얻는 것으로, 선택도와 활성에 있어 크게 뒤진다.(6) Method of Japanese Patent Publication No. 49-25,947: 0.069 moles of pyrazine, 0.01 moles of 1 mole of NH2-NH2 and 1 mole of HO-CH2-CH2-OH at a reaction temperature of 400 ° C on an alumina catalyst. By obtaining methylpyrazine, 0.121 mol of ethylpyrazine, etc., it is greatly inferior in selectivity and activity.

(7) 일본 공개 특허 소 49-30,383의 방법 : 피페라진류로부터 탈수소에 의하여 피라진류를 얻는 방법으로 350-370℃의 반응 온도에서 79%의 전파율 밖에 주지 못하는 낮은 활성을 보인다.(7) Method of Japanese Unexamined Patent Publication No. 49-30,383: A method of obtaining pyrazine by dehydrogenation from piperazine, showing a low activity of only 79% at a reaction temperature of 350-370 ° C.

(8) 일본 공개 특허 공보 소 54-27,577의 방법 : 355℃에서 암모니아와 에틸옥사이드로부터 실리카-알루미나 촉매상에서 합성하는 것으로 몰포린과 피페라진이 동시에 얻어지며 몰포린에 대한 선택도가 더 큰 단점이 있다.(8) Method of Japanese Laid-Open Patent Publication No. 54-27,577: Synthesis on a silica-alumina catalyst from ammonia and ethyl oxide at 355 ° C. yields morpholine and piperazine at the same time and has a greater selectivity to morpholine. have.

이를 상기의 공지의 방법들을 분석 평가하여 보면, 전반적으로 수율이 낮으며, 피페라진류와 여러(둘 이상) 알킬기가 치환된 피라진류등의 부산물이 함께 제조되어 이러한 피페라진류등의 함유량이 높아지면 종류에 어려움이 있어 그 분리 공정에 부하를 크게 준다.By analyzing and evaluating the above known methods, overall yield is low, and byproducts such as piperazine and pyrazine substituted with several (two or more) alkyl groups are prepared together, and thus the content of such piperazine is high. Difficulties in land type put a heavy load on the separation process.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인이 선출한 발명인 대한민국 특허 공고 번호 87-15,841에서 고온에서 환원된 구리-크로마이트계 촉매를 이용하여 N-(2-프로필히드록시)에틸렌디아민으로부터 고온기상의 촉매반응을 통하여 97% 이상의 전화율에 90% 이상의 수율의 메칠피라진을 제조하는 방법을 제시하였다. 그러나 출발물질인 N-(2-프로필히드록시)에틸렌디아민의 경우 에틸렌디아민과 프로필렌 옥사이드의 반응으로부터 얻어지는 바, 제조공정이 하나 더 필요하다. 한편 N-(2-프로필히드록시)에틸렌디아민 대신 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민으로부터 직접 메칠피라진을 제조할 수 있다.In order to solve the above problems, a catalyst on a high-temperature group from N- (2-propylhydroxy) ethylenediamine using a copper-chromite-based catalyst reduced at high temperature in Korean Patent Publication No. 87-15,841, which was selected by the present applicant. Through the reaction, a method of preparing methylpyrazine having a yield of 90% or more at a conversion rate of 97% or more is proposed. However, the starting material N- (2-propylhydroxy) ethylenediamine is obtained from the reaction of ethylenediamine and propylene oxide, so one more manufacturing process is required. Methylpyrazine may be prepared directly from propylene glycol and ethylenediamine instead of N- (2-propylhydroxy) ethylenediamine.

프로필렌글리콜과 에틸렌디아민으로부터 메칠피라진을 제조하는 반응식은 다음과 같다.The reaction formula for preparing methylpyrazine from propylene glycol and ethylenediamine is as follows.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

반응식을 살펴보면 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민으로부터 메칠피라진을 합성할때 탈수반응에 의한 고리화와 탈수소 반응이 동시에 일어남을 알수 있다. 따라서 촉매를 사용함에 있어 탈수 및 탈수소 반응 모두에 활성을 고루 갖춘 촉매가 요구된다. 이미 선출원한 대한민국 특허 공고 번호 87-15,841에서 구리-크로마이트계 촉매가 탈수소 반응에 좋은 활성이 있음을 보았다. 그러나 본 반응에서는 2분자의 물이 빠짐으로 탈수 반응에도 좋은 활성을 갖는 촉매의 개발이 요구되었다. 본원발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 구리-크로마이트계 촉매와 아울러 탈수반응에 보다 활성이 좋은 아연-크로마이트계 촉매를 함께 사용하는이중 촉매층 반응기, 또는 아연-크로마이트 촉매 반응기와 구리-크로마이트 촉매 반응기를 직렬로 연결한 반응기를 사용하여 수소 또는 수소가 첨가된 질소기류하에서 촉매 활성을 오랜시간 지속시키며 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민으로부터 메칠피라진을 제조하는 방법을 개발하였다.Looking at the reaction equation, it can be seen that when the methylpyrazine is synthesized from propylene glycol and ethylenediamine, cyclization by dehydration and dehydrogenation occur simultaneously. Thus, there is a need for a catalyst that is highly active in both dehydration and dehydrogenation reactions. Korean Patent Publication No. 87-15,841, which has already been filed, has shown that the copper-chromite catalyst has good activity in dehydrogenation. However, this reaction required the development of a catalyst having good activity even in the dehydration reaction because two molecules of water is missing. In the present invention, in order to solve this problem, a double catalyst bed reactor using a copper-chromite catalyst and a zinc-chromite catalyst having better activity in dehydration, or a zinc-chromite catalyst reactor and a copper-chromium. A method for producing methylpyrazine from propylene glycol and ethylenediamine while maintaining the catalytic activity for a long time under hydrogen or hydrogenated nitrogen stream using a reactor connected in series with a mite catalyst reactor was developed.

구리-크로마이트 촉매는 CuO와 Cr203의 무게비가 4 : 1이 되도록 아트킨스(Atkins)등이 침전법에 의하여 제조하고 약간의 카본과 함께 성형한 다음 소성하여 CuO와 CuCr204의 상을 갖게 한 후 수소로 환원함으로써 촉매표면의 활성을 극대화 하였다. 아연-크로마이트 촉매는 아연-질산염과 크롬-질산염을 ZnO와 Cr203의 무게비가 4 : 1이 되도록 NaHCO3에 공침시켜 제조하여 360℃에서 소성한후 수소로 환원처리하여 사용하였다. 구리 및 아연-크로마이트 촉매의 환원처리는 모두 고온에서 직접하지 않고, 낮은 온도에서부터 서서히 승온하면서, 또한 수소의 농도 역시 질소가스에 대한 수소의 비를 낮은 농도에서 서서히 높여 순수소에 이르기까지 증가시키면서 행하였다. 이에 촉매의 환원 온도는 구리-크로마이트 촉매의 경우 300-450℃, 아연-크로마이트 촉매의 경우 350-550℃가 요구되었다. 구리 및 아연-크로마이트 촉매의 환원처리는 반응활성과 메칠피라진에 대한 선택성과 매우 밀접한 관계를 갖는 것으로 나타났다. 한편 아연-크로마이트 촉매의 경우 ZnO 만으로도 탈수 및 탈수소반응 모두에 좋은 활성을 갖는다고 알려져 있으나 ZnO단독으로 사용할 경우 소결등으로 인해 촉매의 반응 활성이 급격히 저하되므로 스피넬 구조를 갖는 아연-크로마이트 촉매의 사용이 요구되었다.The copper-chromite catalyst is prepared by precipitation method of Atkins, etc. so that the weight ratio of CuO and Cr203 is 4: 1, molded with some carbon and calcined to give a phase of CuO and CuCr204, and then hydrogen Reduction to maximize the activity of the catalyst surface. The zinc-chromite catalyst was prepared by coprecipitation of zinc-nitrate and chromium-nitrate in NaHCO 3 such that the weight ratio of ZnO and Cr203 was 4: 1, and calcined at 360 ° C., followed by reduction with hydrogen. The reduction treatment of the copper and zinc-chromite catalysts is not directly at high temperatures, but gradually increases from low temperatures, while the concentration of hydrogen gradually increases the ratio of hydrogen to nitrogen gas at low concentrations to pure water. It was done. Accordingly, the reduction temperature of the catalyst was 300-450 ° C. for the copper-chromite catalyst and 350-550 ° C. for the zinc-chromite catalyst. Reduction of the copper and zinc-chromite catalysts was found to have a close relationship with the reaction activity and selectivity to methylpyrazine. On the other hand, zinc-chromite catalysts are known to have good activity in both dehydration and dehydrogenation reactions with ZnO alone. However, when ZnO alone is used, zinc-chromite catalysts having a spinel structure are used because ZnO alone reduces the catalytic activity. Use was required.

촉매상에서 반응물의 반응온도는 Zn-크로마이트층에서는 270℃-500℃의 범위, 가장 적절하게는320℃-450℃의 범위로 유지하는 것이 좋다. Cu-크로마이트 촉매층에서는 250℃-450℃의 온도범위, 가장 적절하게는 300℃-400℃의 온도범위로 반응시키는 것이 좋다. 반응물이 촉매층을 통과하는 속도는 다양하게 변화시킬 수 있으나 0.05-3.0/시간의 공간속도(촉매단위무게당)로 하는 것이 적절하다. 반응물과 섞여서 촉매층을 통과하는 유통가스는 수소와 불활성가스의 혼합가스를 사용하는데 수소의 몰농도는 수소/불활성가스

Figure kpo00003
0.1 이어야 하며 가장 적절하게는 수소/불활성가스
Figure kpo00004
0.3 이어야 한다. 여기서 불활성가스라 함은 반응에 영향을 미치지 않는 가스로 질소, 아르곤, 헬륨등을 지칭한다. 유통가스는 반응물 1g망 100ml-1000ml의 부피로 흘려주는 것이 좋은데 200ml-400ml로 흘려주는 것이 가장 적절하다. 다음에 몇가지 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 취지를 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다음에 기술하는 실시예는 본발명의 일부분을 예시하는 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.The reaction temperature of the reactants on the catalyst is preferably maintained in the range of 270 ° C.-500 ° C., most preferably in the range 320 ° C.-450 ° C. in the Zn-chromite layer. In the Cu-chromite catalyst layer, the reaction is preferably performed in the temperature range of 250 ° C-450 ° C, most preferably in the temperature range of 300 ° C-400 ° C. The rate at which the reactants pass through the catalyst bed can vary, but it is appropriate to have a space velocity (per catalyst unit weight) of 0.05-3.0 / hour. The flow gas mixed with the reactants and passing through the catalyst bed uses a mixed gas of hydrogen and inert gas. The molar concentration of hydrogen is hydrogen / inert gas.
Figure kpo00003
Should be 0.1 and most suitably hydrogen / inert gas
Figure kpo00004
Should be 0.3. Inert gas is a gas that does not affect the reaction refers to nitrogen, argon, helium and the like. The distribution gas is preferably flowed in a volume of 100ml-1000ml of 1g of the reactant network, and 200ml-400ml is most appropriate. Next, some examples and comparative examples will be described in more detail with the gist of the present invention. The following examples illustrate some parts of the invention and do not limit the invention.

실시예 1Example 1

CuO와 Cr203 비가 무게비로 4 : 1이 되도록 침전법에 의하여 구리-크로마이트 촉매 100gr을 준비하고, ZnO와 Cr203도 무게비로 4 : 1이 되도록 침전법에 의하여 아연-크로마이트 촉매 100gr을 준비하여 각각 350℃에서 소성하였다. 이를 직경 1"의 SUS 관형 반응기에 구리-크로마이트 촉매가 아래쪽으로, 그리고 아연-크로마이트 촉매를 위쪽으로 하여 충전하였다. 반응기에 질소가스에 수소가스를 2%에서부터 50%까지 점차 증가시켜가며 분당 300ml의 속도로 흘리면서, 반응기의 온도를 윗쪽 아연-크로마이트층은 상온에서 400℃까지, 그리고 아래 구리-크로마이트층은 상온에서 350℃까지 분망 2℃로 승온하여 반응기내의 촉매를 환원하였다. 이렇게 환원된 촉매상에 계속적으로 질소가스에 수소가스가 50% 함유된 유통가스를 흘리면서 구리-크로마이트층의 온도를 350℃로 고정시키고 아연-크로마이트층의 온도를 270℃에서 500℃ 사이에서 변화시키며, 촉매단위 무게에 대한 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민을 몰비로 1 : 1 혼합한 반응물의 주입량(무게 : gr.)을 다양하게 변화하면서 정량 펌프를 이용하여 예열기를 통해 주입하였다. 각각의 아연-크로마이트층의 반응온도 변화와 반응물의 주입량의 변화에 따른 결과를 표 1에 나타내었다.The copper-chromite catalyst 100gr was prepared by the precipitation method so that the ratio of CuO and Cr203 was 4: 1 by weight ratio, and the zinc-chromite catalyst 100gr was prepared by the precipitation method so that ZnO and Cr203 were also 4: 1 by weight ratio, respectively. It baked at 350 degreeC. It was charged in a 1 "diameter SUS tubular reactor with the copper-chromite catalyst downwards and the zinc-chromite catalyst upwards. The reactor was charged with nitrogen gas gradually increasing hydrogen gas from 2% to 50% per minute. Flowing at a rate of 300 ml, the temperature of the reactor was increased from room temperature to 400 ° C. and the lower copper-chromite layer from room temperature to 350 ° C. to 2 ° C. to reduce the catalyst in the reactor. The temperature of the copper-chromite layer was fixed at 350 ° C and the temperature of the zinc-chromite layer was changed from 270 ° C to 500 ° C while flowing a flow gas containing 50% hydrogen gas in nitrogen gas on the reduced catalyst. And quantitatively varying the injection amount (weight: gr.) Of the reaction mixture of propylene glycol and ethylenediamine in a molar ratio of 1: 1 to the weight of the catalyst unit. Using a loop was injected through a pre-heater, each of the zinc-and the results are shown according to the change in the injection amount of the reaction temperature and the reaction product of chromite layer are shown in Table 1.

반응물의 분석은 OV-17(10%) 컬럼을 사용하여 기체 크로마토그라피로 하였다.Analysis of the reaction was performed by gas chromatography using an OV-17 (10%) column.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00005
Figure kpo00005

실시예 2Example 2

실시예 1과 같은 방법으로 촉매를 제조하고, 같은 방법으로 촉매를 충진 및 환원처리 한후 반응온도 아연-크로마이트충 380℃, 그리고 구리-크로마이트층 340℃에서 유통가스인 수소와 질소의 비율을 변화시키면서, 또 반응혼합물의 양(무게 : gr)에 대한 유통가스의 양을 변화시키면서 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민 1 : 1 혼합반응물을 시간당 100gr, 을 주입하며 반응시켜 그 결과를 표 2에 나타내었다.A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, and the catalyst was charged and reduced in the same manner, and then the reaction temperature of zinc and chromite was charged at 380 ° C and the copper-chromite layer at 340 ° C. The reaction was carried out by injecting 100 gr of propylene glycol and ethylenediamine 1: 1 mixed reactant while changing the amount of flow gas with respect to the amount (weight: gr) of the reaction mixture while changing the result, and the results are shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00006
Figure kpo00006

실시예 3Example 3

실시예 1과 방법으로 아연-크로마이트 200gr을 제조하고 실시예 1과 동일한 반응기에 충진시킨후 같은 조건으로 촉매를 400℃까지 환원처리 한후 반응온도 380℃에서 시간당 반응혼합물 100gr을 주입하며 반응하였다. 그 결과 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민의 반응전화율은 각각 90% 정도였으며 메칠피라진으로의 선택성이 30%로 수율이 27%로 낮게 나타났다. 이때 가장 많이 생성된 부반응물은 메칠피페라진으로 수율이 55% 였다.Zinc-chromite 200gr was prepared by the method of Example 1 and charged in the same reactor as in Example 1, and then the catalyst was reduced to 400 ° C under the same conditions, followed by reaction by injecting the reaction mixture 100gr per hour at the reaction temperature of 380 ° C. As a result, the reaction conversion of propylene glycol and ethylenediamine was about 90%, respectively, and the selectivity to methylpyrazine was 30% and the yield was low as 27%. At this time, the most produced side reaction was methyl piperazine, and the yield was 55%.

실시예 4Example 4

실시예 1과 같은 방법으로 구리-크로마이트 촉매 200gr을 제조하고 실시예 1과 동일한 반응기에 충진시켜 같은 조건으로 촉매를 350℃까지 환원처리 하여 반응온도 350℃에서 시간당 반응혼합물을 100gr 주입하며 반응하였다. 그 결과 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민의 반응 전화율이 75%였으며, 메칠피라진으로의 선택성은 70%로 수율이 65%로 낮게 나타났으며 부반응물로 피라진이 30% 생성되었다.The copper-chromite catalyst 200gr was prepared in the same manner as in Example 1, charged in the same reactor as in Example 1, and the catalyst was reduced to 350 ° C. under the same conditions. . As a result, the reaction conversion rate of propylene glycol and ethylenediamine was 75%, the selectivity to methylpyrazine was 70%, the yield was low as 65%, and pyrazine was produced as a side reaction 30%.

실시예 5Example 5

실시예 1과 같은 방법으로 아연-크로마이트 촉매와 구리-크로마이트 촉매를 준비하고 2개의 1" SUS 관형 반응기에 각각 100gr씩 충진한후 아연-크로마이트 촉매가 충진된 반응기를 예열기와 연결하고 구리-크로마이트 촉매가 충진된 반응기를 아연-크로마이트 촉매가 충진된 반응기와 직렬로 연결한 후 실시예 1에서와 같은 방법으로 환원하였다. 이렇게 환원된 촉매상에 아연-크로마이트 촉매층의 온도를 380℃로 유지시키고, 구리-크로마이트층의 온도를 350℃로 유지시키면서 시간당 반응혼합물 100gr을 주입 메칠피라진을 합성한 결과 프로필렌글리콜 및 에틸렌티아민의 반응전화율이 약 100%에 메칠피라진에 대한 선택율이 89.3%로 그 수율이 89% 이상이었다.A zinc-chromite catalyst and a copper-chromite catalyst were prepared in the same manner as in Example 1, and two 1 "SUS tubular reactors were filled with 100 gr each, and the reactor filled with zinc-chromite catalyst was connected to a preheater and copper The reactor packed with the chromite catalyst was connected in series with the reactor packed with the zinc-chromite catalyst and then reduced in the same manner as in Example 1. The temperature of the zinc-chromite catalyst layer on the reduced catalyst was reduced to 380. Maintaining the temperature and the temperature of the copper-chromite layer at 350 ° C while injecting 100 gr of the reaction mixture per hour, the synthesis of methylpyrazine resulted in the conversion of propylene glycol and ethylene thiamine to about 100%, and the selectivity to methylpyrazine was 89.3. The yield was above 89%.

실시예 1과 5를 실시예 3과 4에 비교하면 실시예 1과 5에서와 같이 아연-크로마이트 촉매와 구리-크로마이트 촉매를 이중 촉매층, 또는 2단 반응기를 사용한 경우, 각각의 촉매를 단독으로 사용하였을때 보다 메칠피라진의 수율이 증가함을 알수 있다. 이것은 실시예 3에서 보듯이 아연-크로마이트 촉매의 경우 반응전화율은 높으나 탈수소반응의 활성도가 상대적으로 낮아 메칠피페라진에서 반응이 중단되기 때문이며, 실시예 4에서는 구리-크로마이트 촉매가 탈수소반응에 높은 활성을 갖고 있으나 반응중에 생성된 물에 의하여 쉽게 활성저하되는 특성이 있어 전반적으로 반응전화율이 낮아지기 때문이다.When Examples 1 and 5 were compared to Examples 3 and 4, when the zinc-chromite catalyst and the copper-chromite catalyst were used in the double catalyst bed or the two-stage reactor as in Examples 1 and 5, each catalyst was used alone. It can be seen that the yield of methylpyrazine increases when used as. This is because, as shown in Example 3, the zinc-chromite catalyst has a high reaction conversion rate, but the dehydrogenation activity is relatively low so that the reaction is stopped in methylpiperazine. In Example 4, the copper-chromite catalyst is high in the dehydrogenation reaction. This is because it has activity but is easily deactivated by water generated during the reaction, and the overall reaction conversion rate is lowered.

본 발명에서는 아연-크로마이트와 구리-크로마이트의 이중 촉매층 반응기 및 2단 반응기를 사용함으로 아연-크로마이트 촉매층에서 반응물로부터 메칠피페라진등의 중간체로의 전화율을 최대가 되도록 조절하고, 구리-크로마이트 촉매층에서 메칠피페라진등의 중간체로부터의 메칠피라진으로의 전화를 크게할 뿐 아니라, 아연-크로마이트 촉매중에서의 미반응 반응물을 다시 메칠피라진으로 전화시켜 반응 수율을 극대화할 수 있게 된다. 한편 유통가스로 수소를 사용할 경우 질소가스를 단독으로 사용할때보다 반응물의 전화율과 메칠피라진에 대한선택율이 증가하는 것으로 나타났을 뿐 아니라, 촉매의 활성 역시 반응 진행시간에 따라 유지되는 것으로 나타났다.In the present invention, by using a double catalyst layer reactor and a two-stage reactor of zinc-chromite and copper-chromite, the conversion rate from the reactants to intermediates such as methylpiperazine in the zinc-chromite catalyst layer is controlled to the maximum, and copper-chromium is used. In the mite catalyst layer, not only the conversion of an intermediate such as methylpiperazine to methylpyrazine is increased, but also the unreacted reactant in the zinc-chromite catalyst can be converted back to methylpyrazine to maximize the reaction yield. On the other hand, when hydrogen was used as the gas, the conversion rate of the reactants and the selectivity for methylpyrazine increased not only when nitrogen gas was used alone, but also the activity of the catalyst was maintained according to the reaction time.

Claims (4)

수소와, 질소를 포함하는 불활성 가스가 혼합된 유통가스에 프로필렌글리콜과 에틸렌디아민의 혼합물(몰비 1 : 1)을 기체상태로 혼합하여 가열된 고체 촉매상에 접촉 통과시킨 후 생성된 메칠피라진을 분리 회수하는 메칠피라진 제조방법에 있어서, 유통가스내의 수소 농도는 몰비로 0.1 이상이고 반응혼합물 1g당 100ml-1000ml의 유통가스를 혼합하며 고체 촉매상은 저온으로부터 350℃-550℃까지 승온시키면서 불활성가스와 수소의 혼합기류 속에서 환원된 아연-크로마이트와 저온으로부터 300℃-450℃까지 승온시키면서 불활성가스와 수소의 혼합기류속에서 환원된 구리-크로마이트의 2종류의 촉매가 따로따로 층을 이루도록 구성하되 반응혼합물은 먼저 270℃-550℃로 가열된 아연-크로마이트 촉매층을 시간당 0.05-3.0의 공간속도로 통과한뒤 연속하여 250℃-450℃로 가열된 구리-크로마이트 촉매층을 시간당 0.Mixing the mixture of propylene glycol and ethylenediamine (molar ratio 1: 1) in a gaseous state in a gaseous mixture of hydrogen and an inert gas containing nitrogen and passing through a heated solid catalyst to separate the resulting methylpyrazine In the method of preparing methylpyrazine to be recovered, the hydrogen concentration in the flow gas is 0.1 or more in a molar ratio, and 100 ml-1000 ml of the flow gas is mixed per 1 g of the reaction mixture, and the solid catalyst phase is heated from low temperature to 350 ° C.-550 ° C. while the inert gas and the hydrogen are heated. The two types of catalysts, the reduced zinc-chromite and the reduced copper-chromite in the mixed gas stream of inert gas and hydrogen, are layered separately in a mixed gas stream of The reaction mixture first passes the zinc-chromite catalyst layer heated to 270 ° C.-550 ° C. at a space velocity of 0.05-3.0 per hour and then continuously 250 ° C.-450 ° C. The copper-chromite catalyst layer heated to < RTI ID = 0.0 > 05-3.0의 공간속도로 통과하는 것을 특징으로 하는 메칠피라진의 제조방법.A method for producing methylpyrazine, characterized by passing at a space velocity of 05-3.0. 제1항에 있어서, 아연-크로마이트 촉매와 구리-크로마이트 촉매가 단일 반응기속에서 이중층을 이루도록 순차로 충전된 반응기를 사용함을 특징으르 하는 메칠피라진의 제조방법.The method of claim 1, wherein the zinc-chromite catalyst and the copper-chromite catalyst are sequentially charged to form a double layer in a single reactor. 제1항에 있어서, 아연-크로마이트 촉매와 구리-크로마이트 촉매가 각각 다른 반응기속에 분리되어 충전되고 이들 두 반응기를 직렬로 연결한 2단 반응장치를 사용함 특징으로 하는 메칠피라진의 제조방법.The method of claim 1, wherein the zinc-chromite catalyst and the copper-chromite catalyst are separately charged in different reactors, and a two-stage reactor in which these two reactors are connected in series is used. 제1항, 제2항 및 제3항에 있어서, 유통가스내의 수소 몰농도가 0.3 이상이고 반응혼합물 1g당 유통가스 200ml-400ml를 혼합하며 아연-크로마이트 촉매층의 온도는 320℃-450℃, 구리-크로마이트 촉매층의 온도는 300℃-400℃임을 특징으로 하는 메칠피라진의 제조방법.The zinc-chromite catalyst layer according to claim 1, 2 and 3, wherein the molar concentration of hydrogen in the flow gas is 0.3 or more and 200 ml-400 ml of the flow gas per 1 g of the reaction mixture is mixed. Method for producing methylpyrazine, characterized in that the temperature of the copper-chromite catalyst layer is 300 ℃ -400 ℃.
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