SE524126C2 - Förfarande för framställning av dietylentriamin och högre polyetylenpolyaminer genom transaminering av etylendiamin - Google Patents

Description

30 524 126 2 Å andra sidan ger katalysatorer med en bärare ett förhållandevis högt utbyte av piperazin.

Det amerikanska patentet 5 410 086 beskriver också ett förfarande för att reglera förhållandet mellan dietylentri- amin och piperazin, när etylendiamin transamineras i närvaro av väte och en hydreringskatalysator, genom att justera väte- koncentrationen i vätskefasen. Föredragna hydreringskataly- satorer är katalysatorer baserade på Raneynickel och Raney- kobolt eller en nickel/renium/bor-katalysator_ Utföringsexemplen beskriver ett transamineringsför- farande av etylendiamin, där reaktionen utföres i en tub- reaktor, vilken är laddad med en katalysator, som innehåller 6,2 viktprocent nickel, 4,4 viktprocent renium och 1,8 viktprocent bor på en bärare.

Vidare beskriver publikation GB 1 508 460 ett förfarande för framställning av dietylentriamin genom transaminering av etylenamin i närvaro av en katalysator, som innehåller åtminstone en övergångsmetall av grupp 8 av det periodiska systemet vid en temperatur från 100°C till 150°C, varvid reaktionen får fortgå till en omsättningsgrad av 70% eller mindre. Företrädesvis upptar katalysatorn åtminstone 20% av reaktorzonens volym, och reaktionstiden är från 5 till 10 timmar.

Det generella problemet i dessa transamineringsför- faranden av etylendiamin till dietylentriamin och högre poly- etylenpolyaminer är det förhållandet att de vid moderata temperaturer och tryck resulterar i en alltför hög andel av cykliska etylenaminföreningar, såsom piperazin, och/eller i en alltför låg omsättningsgrad av etylendiamin. Det finns således ett behov av förbättringar som leder till en hög omsättningsgrad av etylendiamin och samtidigt till ett för- delaktigt förhållande mellan de önskade polyetylenpoly- 10 15 20 25 30 524 126 n | a » Q Q . . - - u 3 aminerna och de cykliska polyetylenpolyaminerna vid gynnsamma reaktionsbetingelser.

Det har nu visat sig att dessa syften kan uppnås genom att genomföra transamineringsförfarandet under milda reaktionsbetingelser i närvaro av en katalysator som innehåller en hög mängd metalliskt nickel på en porös och oxidinnehàllande bärare. Enligt föreliggande uppfinning framställes dietylentriamin och högre acykliska polyetylenpolyaminer genom transaminering av en etylendiamin vid en temperatur av 135-180°C, företrädesvis 150-165°C, vid ett tryck från 5 MPa till 40 MPa, företrädesvis från 8 till 35 MPa, och i närvaro av väte och en partikulär katalysator som innehåller 26-65, företrädesvis 30-65, viktprocent metalliskt nickel på en porös oxidisk bärare, företrädesvis innehållande aluminiumoxid, kiseldioxid eller en blandning därav. Transamineringen kan utföras satsvis men ett konti- nuerligt förfarande föredrages. Vid en temperatur av 145- 165°C och en omsättningsgrad av 4-30% kan höga selektiviteter för acykliska polyetylenpolyaminer erhållas. Således kan vid en omsättningsgrad av 10%, reaktionsblandningen ha ett vikt- förhållande mellan acykliska polyetylenpolyaminföreningar och cykliska polyetylenaminer av över 20:1 och vid 15% omsätt- ningsgrad över 15:1. Motsvarande förhållanden erhållna i utföringsexemplen i det amerikanska patentet 5 410 086 är väsentligt lägre.

Den katalytiskt aktiva delen av katalysatorn enligt upp- finningen innehåller en stor mängd metalliskt nickel avsatt på en porös oxidisk bärare. Katalysatorn kan även innehålla kompletterande katalytiskt aktiva metaller, som vanligen används i amineringsförfaranden, såsom kobolt, järn, koppar, palladium eller blandningar därav. Nämnda metaller kan vara närvarande i en sammanlagd metallisk halt av 0,1%-12 vikt- 10 15 20 25 30 524 126 a ø a n Q no 4 procent av mängden metalliskt nickel. Nickel och eventuellt kompletterande metaller är väsentligen ansvarig för den katalytiska transamineringseffekten.

Den katalytiska effekten kan även förhöjas genom närvaro av en mindre mängd av andra metaller för att uppnå exempelvis förbättrad selektivitet för de önskade produkterna. Dessa promotorer kan vara närvarande i en total metallisk mängd av 0,1 till 15 viktprocent av mängden metalliskt nickel. Exempel på sådana lämpliga promotorer är kalcium, magnesium, strontium, litium, natrium, kalium, barium, cesium, volfram, järn, rutenium, zink, uran, titan, rodium, palladium, platina, iridium, osmium, silver, guld, molybden, renium, kadmium, bly, rubidium, bor och mangan. Således har exempel- vis renium en uttalad positiv effekt på både selektiviteten och omsättningsgraden, medan rutenium har en tendens att reducera omsättningsgraden men en stark selektivitet för bildning av acykliska polyetylenpolyaminer.

Exempel på lämpliga porösa oxidiska bärare är kisel- dioxid eller olika former av aluminiumoxid, exempelvis alfa-, delta-, teta- eller gammaformerna eller blandningar därav.

Företrädesvis utgöres halten aluminiumoxid av minst 25% av bäraren. Bäraren kan även innehålla mindre mängder av annat oxidiskt material, såsom titandioxid, magnesiumoxid och zirkoniumdioxid. Speciellt föredragna är aluminiumoxid och kombinationer mellan aluminiumoxid och kiseldioxid, som innehåller minst 25 viktprocent av aluminiumoxid. Bärarens inre yta kan variera från 20 till 1000, företrädesvis från 40 till 400, n? per gram bärare. Bäraren utgör normalt mellan 30 och 74 viktprocent av hela katalysatorn. I en föredragen utföringsform av uppfinningen innehåller transaminerings- katalysatorn nickel som är dopad med rutenium, renium, palladium eller platina på en porös bärare innehållande 10 15 20 25 30 524 126 5 aluminiumoxid eller en kombination av aluminiumoxid och kiseldioxid. Katalysatorns aktiva yta är lämpligen från 10 till 70 nfi per gram katalysator. Normalt har katalysatorn en sådan partikelstorlek att minst 80, företrädesvis minst 95 viktprocent har en storlek mellan 0,1 och 10 mm, före- trädesvis mellan 0,2 och 5 mm.

Transamineringskatalysatorn kan framställas genom att först samutfälla ett nickelsalt och salter av eventuellt kompletterande och/eller stödjande metaller, exempelvis i form av att natriumsalt, på en granulerad bärare enligt upp- finningen i en alkalisk lösning eller genom att impregnera den granulerade bäraren med metallsalterna. Förutom nitrat- salter är de mest vanligen använda salterna acetat, acetyl- acetonat, ammoniumsulfat, borat, bromid, karbonat, klorid, kromit, citrat, cyanid, 2-etylhexanoat, fluorid, format, hydroxid, hydroxiacetat, iodid, metoxid, 2-metoxietoxid, nitrosylklorid, nitrosylnitrat, oktanoat, oxalat, perklorat, fosfat, sulfamat, sulfat och tetrafluoroborat. Utfällningen och impregnatet tvättas lämpligen med joniserat vatten och pressas i formar eller extruderas. De erhållna granulerna kan därefter torkas och kalcineras i luft vid en temperatur av 200 till l200°C, vanligtvis 300 till 500°C, beroende på de använda salternas sönderdelningstemperatur, tills salterna är överförda till oxider. Slutligen reduceras metalloxiderna till metallisk form i närvaro av väte vid en temperatur från 150 till 600°C, beroende på de metalloxider, som skall konverteras, tills en önskad grad av reduktion är uppnådd.

För det fall att katalysatorn innehåller två eller flera metaller kan en kombination av utfällning och impregnering användas. Lämpliga metoder för framställning av katalysatorer finns närmare beskrivna i M.V. Twigg, J.T. Richardson, Appl.

Catal. A 190 (2000) 61-72, E. Kis et al., Polyhedron 17, 1 10 15 20 25 30 524 126 6 (1998) 27-34 and A. Baiker, W. Richarz, Syn. Comm. 8(1) (1978) 27-32.

Transamineringsförfarandet kan med fördel framställas både kontinuerligt eller satsvis. I en kontinuerlig process införes lämpligen väte och etylendiamin i form av en gas och vätskeblandning under tryck genom en fast eller fluidiserad bädd av katalysatorn vid önskad temperatur. För det fall att en fast bädd användes har normalt minst 80, företrädesvis minst 95, viktprocent av katalysatorpartiklarna en storlek fràn 0,5 till 10 mm, företrädesvis från 1 till 5 mm. I en fluidiserad bädd är åtminstone 80, företrädesvis minst 95, = viktprocent av katalysatorpartiklarna från 0,1 mm till 2 mm, företrädesvis från 0,2 till 1 mm. Den reaktionsblandning som erhålles innehåller transaminerade produkter, såsom dietylen- triamin, dietylentetraamin och piperazin, oreagerad etylendi- amin, ammoniak, som eliminerats i transamineringsreaktionen och väte. Reaktionsblandningen upparbetas normalt genom att först separera de lågmolekylära föreningarna, väte och ammoniak, från oreagerad etylenamin och de olika trans- amineringsprodukterna, som underkastas fraktionell destilla- tion. Väte och etylendiamin återföres till processen.

Väte är närvarande i transamineringsprocessen för att tillförsäkra ett högt utbyte av önskade acykliska poly- etylenpolyaminer och för att inhibera eller reducera för- giftningen av katalysatorn. Normalt är mängden väte från 0,1 till 3 mol per mol etylendiamin. Det är önskvärt att hålla väte och etylendiamin till en väsentlig del i flytande form.

Trycket i reaktorn kommer således att väsentligen bero på reaktionstemperaturen, men även på mängderna av väte och etylendiamin. Eftersom reaktionstemperaturen är moderat kommer även trycket att bli moderat och lämpligen mellan 5-40 MPa, företrädesvis mellan 8-35 MPa, vid en temperatur av 10 15 524 126 . , u . .u 7 135°C-185°C, företrädesvis l45°C-165°C. Under dessa betingelser är omsättningen av etylendiamin god och selektiviteten för linjära polyetylenpolyaminer hög.

Exempel En bur innehållande en av katalysatorerna enligt Tabell I placerades i en autoklav utrustad med omrörare och en anordning för kontroll av temperaturen. Autoklaven spolades därefter med kvävgas och 120 g etylendiamin satsades. Auto- klaven stängdes och därefter infördes väte till ett tryck av 30 bar och reaktorinnehållets temperatur ökades till reak- tionstemperaturen under omrörning och hölls där under fyra timmar, varpå reaktionen stoppades genom att reducera temperaturen. Den erhållna reaktionsblandningen analyserades med avseende på etylendiamin (EDA), dietylentriamin (DETA), högre acykliska polyetylenpolyaminer (HAM) och piperazin- föreningar (PIP). Transaminerainsresultaten framgår av Tabell II.

Tabell I Transamineringskatalysatorer Andra Katalysator Nickel metaller Katalytisk Test Bårare Vikt- Vikt- aktiv stcrlek Mängd Nr viktprocent procent procent ytaf/g m g 1 Aluminium- 55 - 31 1.6 10.2 oxid, 100 2 Aluminium- 55 - 31 1 6 9 1 oxid, 100 3 Aluminium- 47 - 14 3.2 10.2 oxid, 100 4 Aluminium- 47 - 14 3.2 10.0 oxid, 100 5 Aluminium- 47 - 14 3.2 10 0 oxid, 100 524 126 . ø a n en n a n ø . no Aluminium- oxid, 50, kiseldi- oxid, 50 60 35 10.

Aluminium- oxid, 50, kiseldi- oxid, 50 60 35 10.

Aluminium- oxid, 50, kiseldi- oxid, 50 60 35 10.

Kiseldi- oxid, 100 38 32 10. 10 Aluminium- oxid, 100 33 10. ll Aluminium- oxid, 100 33 10. 12 Aluminium- oxid, 50/ kiseldi- oxid 50 60 Ru 0.751' >35 13 Aluminium- oxid, 50/ kiseldi- oxid 50 60 Ru 0.751) >35 14 Aluminium- oxid, 50/ kiseldi- oxid 50 60 Ru 4.5” >36 524 126 9 15 Aluminium- 60 Re >3 5 1 . 2 8.0 oxid, so/ 0.75” kiseldi- oxid 50 16 Aluminium- 60 Ru >35 1.2 øxid, so/ 0.753) kiseldi- oxid, 50 A Aluminium- 16 - 6 4.8 7.2 oxid, 100 B Kiseldi- 15 - 10 3.2 7.4 oxid, 100 U impregnerad med ruteniumklorid Ü impregnerad med ammoniumperenat ” impregnerad med ruteniumnitrosylnitrat Tabell II Transamineringsresultat Omsâtt- Transamineringsprodukter Test Temp ning viktprocent Vikt- nr °C % EDA PIF BETA HAN förhåll anden 1 160 27.3 11.8 71.6 16.4 7.5 2 155 11.3 7.5 84.6 7.6 12.3 3 170 38.4 15.8 62.6 21.3 5.3 4 162 20.4 9.1 78.6 12.0 10.0 5 160 15.0 4.9 87.7 7.2 19.5 6 150 9.1 3.9 92.1 3.7 24.3 7 152 15.1 6.0 86.7 7.1 15.6 8 160 38.0 15.1 65.1 19.6 5.6 10 15 524 126 - . o » n - . - . . .- 10 9 170 23.8 16.0 59.6 24.1 5 2 10 170 52.3 20.6 25.9 53.2 3 8 11 150 13.8 12.1 63.1 24.5 7.3 12 170 42.7 14.5 63.3 21.8 5 9 13 150 5.4 2.2 95.9 1.1 44.5 14 150 3.5 4 1.5 97.3 0.0 64.1 15 150 15.4 5.8 84.3 14.5 16.1 16 150 11.2 4.0 89.2 6.3 23.6 A 170 5.5 32.8 58 8.3 2.0 B 170 2.8 28.5 66.4 3.7 2.5 1) nfizTAmAn/PIP Av resultaten är det uppenbart att katalysatorn enligt uppfinningen har en hög aktivitet redan vid 150°C. Vid temperaturer omkring 150-165°C har katalysatorn enligt upp- finningen hög selektivitet för bildning av dietylentriamin och polyetylenpolyaminer liksom en tillfredställande omsätt- ningsgrad. Närvaro av rutenium förbättrar selektiviteten ytterligare, medan renium ökar både selektiviteten och omsättningsgraden. Den låga reaktionstemperaturen reducerar även trycket vid vilket väte är närvarande i flytande form.

Testerna A och B är jämförelseförsök och visar en ogynnsam kombination av låg omsättningsgrad och låg selektivitet för bildning av acykliska föreningar.

Claims (10)

10 15 20 25 30 a n. a q nu n o o .u .- n a I . . . . . . - . . .. .. . ~ - - - . a a . . .. a - u ~ - - -~-~ , , , . .g .. , ~ p n o n n ~ u - ~ ~ - . . m. 1 a a a a - ~ ~ ~ 0 . . . . u u." 'M " o - ø » »o ll PATENTKRAV

1. Ett förfarande för framställning av dietylentriamin och högre linjära polyetylenpolyaminer genom en transaminerings- reaktion av etylendiamin, kânnetecknad därav att reaktionen utföres vid en temperatur från 135°C till 180°C vid ett tryck från 5 MPa till 40 MPa och i närvaro av väte och en partiku- lär katalysator, som innehåller 26 till 65 viktprocent av metalliskt nickel på en porös oxidisk bärare.

2. Ett förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav att reaktionstemperaturen är från 145°C till 165°C.

3. Ett förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav att bäraren innehåller aluminiumoxid, kiseldioxid eller en blandning innehållande aluminiumoxid och kiseldioxid, och att katalysatorn innehåller 30 till 65 viktprocent metalliskt nickel.

4. Ett förfarande enligt krav 3, kännetecknat därav att bäraren är aluminiumoxid eller en blandning av aluminiumoxid och kiseldioxid som innehåller åtminstone 25 viktprocent aluminiumoxid.

5. Ett förfarande enligt något av kraven 1-4, kännetecknat därav att katalysatorn har en sådan partikelstorlek att minst 80 viktprocent av partiklarna har en storlek av 0.1 mm till 10 mm.

6. Ett förfarande enligt något av kraven 1-5, kännetecknat därav att katalysatorn förutom metalliskt nickel även inne- håller i metallisk form kobolt, järn, koppar, palladium eller blandningar därav i en total mängd av 0,1 till 12 viktprocent av mängden metalliskt nickel.

7. Ett förfarande enligt något av kraven 1-6, kânnetecknat därav att katalysatorn även innehåller en metall vald från gruppen bestående av kalcium, magnesium, strontium, litium, 10 524 126 a . > ~ u . .u 12 natrium, kalium, barium, cesium, volfram, järn, rutenium, zink, uran, titan, rodium, palladium, platina, iridium, osmium, silver, guld, molybden, renium, kadmium, bly, rubidium, bor och mangan eller en blandning därav i en total metallisk mängd av 0,1-15 viktprocent av mängden metalliskt nickel.

8. Ett förfarande enligt krav 7, kânnetecknat därav att metallen är renium, rutenium, palladium eller platina.

9. Ett förfarande enligt nàgot av kraven 1-8, kânnetecknat därav att processen är en kontinuerlig process.

10. Ett förfarande enligt krav 9, kinnetecknat därav att amineringen utföres i en tubreaktion med en fast bädd.