SK282110B6

SK282110B6 - Spôsob kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu

Info

Publication number: SK282110B6
Application number: SK1530-96A
Authority: SK
Inventors: Udo Jegelka; Gerhard Bachst�Dter; Stefan Frentzen; G�Nter Kreilkamp; Gerhard Thelen
Original assignee: Degussa-h�ls aktiengesellschaft
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2001-11-06
Also published as: JP3484305B2; EP0776887B1; DE59604829D1; DE19544599A1; BR9605759A; JPH09169732A; ES2145958T3; US5773622A; EP0776887A1; MX9605811A; SK153096A3

Abstract

Spôsob kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6- tetrametylpiperidínu z triacetónamínu, amoniaku a z vodíka, pri ktorom sa v reaktore vytvárajú aspoň dve vrstvy, pričom aspoň jedna vrstva obsahuje aspoň jeden prvok štvrtej a/alebo piatej, a/alebo šiestej periódy ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému prvkov ako katalyzátor na vhodnom nosiči, pričom sa obsah každého jednotlivého prvku od seba nezávisle v katalyzátore mení od vstupu k výstupu z reaktora, umožňuje podstatné zlepšenie výťažku vzhľadom na priestor a čas, výrazné zníženie nákladov, jednoduchú prevádzku pre vysokú životnosť katalyzátora a dramatické zníženie nákladov na katalyzátory. Pre neprítomnosť rozpúšťadla a silne zníženú spotrebu amoniaku sa dodatočné spracovanie veľmi zjednodušuje, pričom stačí normálna čistiaca destilácia na dosiahnutie známych výťažkov a čistôt.ŕ

Description

Vynález sa týka spôsobu kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu (TAD) z triacetónamínu (TAA), z amoniaku a z vodíka v prítomnosti aspoň jedného prvku ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému ako katalyzátora, pričom je katalyzátor nanesený na nosič, ktorý má gradient obsahu katalyzátora v smere prúdenia reakčnej zmesi.

Doterajší stav techniky

Zo stavu techniky sú známe veľkoprevádzkové spôsoby výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu z triacetónamínu, ktoré sú takmer bez výnimky diskontinuálne (napríklad patentový spis číslo JP 86033169, JP 87016461, GB 2176473, SU 1088304, EP 33529, nemecká zverejnená prihláška vynálezu P 44 42 990.8). Veľkým nedostatkom diskontinuálnych spôsobov je skutočnosť, že sú spojené s pravidelným zavážaním a odvážaním jednotlivých násad. Pri takom diskontinuálnom spôsobe je možné dosiahnuť len nepatrné výťažky s ohľadom na priestor a čas pri súčasnej zvýšenej spotrebe energie. Okrem toho dochádza k reakcii všeobecne za prísady rozpúšťadiel, napríklad alkoholov alebo vody (napríklad patentový spis číslo JP 86033169, JP 87016461, GB 2176473, SU 1088304). Ďalším nedostatkom týchto spôsobov sú prídavné pracovné kroky, ako odfiltrovanie katalyzátora a výmena katalyzátora, ako tiež oddestilovávanie rozpúšťadla. Prídavné a pravidelné spracovateľské kroky zvyšujú náklady a zaťažujú životné prostredie. Rozhodujúcim nedostatkom diskontinuálnych spôsobov je skutočnosť, že je vždy nutné uvoľňovať napätie v reaktore a odparovať nadbytočný amoniak, zatiaľ čo pri kontinuálnych spôsoboch výroby môže amoniak vo veľkom meradle v reaktore zostávať. Množstvo amoniaku, ktoré sa musí spracovávať, je pri kontinuálnom spôsobe výroby podstatne menšie.

Pri diskontinuálnych spôsoboch výroby sa spravidla používajú kobaltové a niklové katalyzátory za tlaku 1 až 50 MPa a pri teplote 70 až 200 °C. S použitím pyrofomých katalyzátorov (patentový spis číslo EP 33529) je spojená veľmi nevýhodná manipulácia. Rovnako je nevýhodné ako katalyzátor používané množstvo až 10 % hmotnostných s ohľadom na násadu (vztiahnuté na používané množstvo triacetónamínu) (patentový spis číslo EP 33529, GB 2176473), ktoré vedie k vysokým nákladom na katalyzátory a na ich likvidáciu. Okrem toho je nedostatkom, že je možné dostatočnú selektivitu dosiahnuť v mnohých prípadoch len za prísady kokatalyzátorov, ako sú napríklad hydroxidy alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín (napríklad patentový spis číslo GB 2176473 a SU 1088304).

V porovnaní s veľkým počtom diskontinuálnych spôsobov výroby existuje len nepatrný počet spôsobov kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu z triacetónamínu. Kontinuálny spôsob výroby, známy zo stavu techniky, však nepredstavuje podstatné zlepšenie v porovnaní s postupmi diskontinuálnymi. Napríklad podľa patentového spisu číslo EP 33529 sa pracuje s pyrofomými katalyzátormi a s nadbytkom amoniaku 1 : 10 až 1 : 50 mol/mol. Vysoké množstvá amoniaku slúžia ako náhrada rozpúšťadiel a sú potrebné na posunutie reakčnej rovnováhy na stranu produktu a na dosiahnutie dostatočne vysokej selektivity. Nedostatkom zostáva manipulácia s katalyzátorom a nepriaznivá energetická a surovinová bilancia, podmienená vysokým množstvom amoniaku. Napriek použitiu veľkého množstva amoniaku nevedie kontinuálny spôsob, známy zo stavu techniky, k požadovanému silnému zlepšeniu výťažkov s ohľadom na priestor a čas pri použití LHSV (liquid-hourly-spaeevelocity) maximálne 0,1 h’¹ s ohľadom na triacetónamín je možné dosahovať len mierne presadenie.

Preto je úlohou vynálezu zlepšenie spôsobu pri použití výkonného katalyzátorového a nosičového systému, pri ktorom by nedochádzalo k nedostatkom podmieneným diskontinuálnou prevádzkou, ako sú

- nepatrný výťažok s ohľadom na priestor a čas,

- obťažná manipulácia s katalyzátorom,

- vysoká spotreba amoniaku,

- nákladné dodatočné spracovanie,

- nákladnosť prevádzky a

- zaťažovanie životného prostredia.

Tieto nedostatky súčasný známy kontinuálny spôsob výroby nerieši.

Teraz sa s prekvapením zistilo, že pri použití katalyzátorovej náplne s katalyzátorom, ktorý obsahuje aspoň jeden prvok ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému s gradientom obsahu na vhodnom nosiči sa môže dosiahnuť vo všetkých bodoch výrazné zlepšenie v porovnaní s diskontinuálnymi a kontinuálnymi spôsobmi výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu podľa známeho stavu techniky.

Podstata vynálezu

Spôsob kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu z triacetónamínu, z amoniaku a z vodíka spočíva podľa vynálezu v tom, že sa v reaktore vytvárajú aspoň dve vrstvy, pričom aspoň jedna vrstva obsahuje aspoň jeden prvok štvrtej a/alebo piatej, a/alebo šiestej periódy ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému prvkov ako katalyzátor na vhodnom nosiči a pričom sa obsah každého jednotlivého prvku na sebe nezávisle v katalyzátore mení od vstupu k výstupu z reaktora.

Použitím katalyzátorových gradientov na vhodnom nosiči sa výkonnosť systému dramaticky zvyšuje. LHSV bolo možné zvýšiť z doterajších 0,1.h'¹ s ohľadom na triacetónamín (patentový spis číslo EP 33529) až na 0,6 h'¹ s ohľadom na triacetónamín. Gradient je tak položený, že sa zmes triacetónamínu a amoniaku na vstupe do reaktora stretáva s podľa možnosti malým množstvom katalyzátora. Obsah katalyzátora tým aj reaktivita stúpajú až k výstupu z reaktora. Na nosiči sú pritom prvky ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému. Obsah prvkov štvrtej periódy na nosiči stúpa navzájom nezávisle od vstupu do reaktora k výstupu z reaktora na hodnoty až hmotnostne 40 %, výhodne až 20 % a predovšetkým až 15 %. Obsah prvkov štvrtej periódy je od seba navzájom nezávisle na vstupe do reaktora hmotnostne 0 až 39 %, výhodne 0 až 20 % a predovšetkým 2 až 15 %. Hmotnostný obsah prvkov piatej a/alebo šiestej periódy (tak nazývaných platinových kovov) na nosiči stúpa od seba navzájom nezávisle od vstupu do reaktora k výstupu z reaktora na hodnoty až 20 %, výhodne na hodnoty až 10 % a predovšetkým na hodnoty až 5 %. Obsah platinových kovov na nosiči je od seba navzájom nezávisle na vstupe do reaktora hmotnostne 0 až 19 %, výhodne 0 až 10 % a predovšetkým 0 až 5 %.

Pritom sa vrstvia partie nosiča s rôznym obsahom katalyzátora, takže dochádza k stupňovitej zmene obsahu katalyzátora. Počet vrstiev môže byť dve alebo ich môže byť hocijako mnoho. Pokiaľ je niekoľko takých vrstiev, dosahuje sa prechod od stupňovitej zmeny obsahu katalyzátora

SK 282110 Β6 ku kontinuálnemu gradientu. Prvky sa výhodne používajú v kovovej forme. Výhodne sa používa kobalt, nikel, ruténium, paládium a platina. Kovy sa používajú samy osebe alebo po redukcii ich oxidov, pričom je výhodné používať nepyrofomé katalyzátory. Na optimalizáciu gradientov reaktivity sa môže používať jeden kov alebo tiež zmesi niekoľkých kovov. Pri súčasnom použití prvkov štvrtej periódy a prvkov platinových kovov môže obsah katalyzátora pri prechodu od prvkov štvrtej periódy k prvkom platinovým v smere prúdenia tiež klesať. Použitím gradientu sa dosahujú vysoké výťažky vzhľadom na priestor a čas pri dokonalom zreagovaní.

Pri zhode teploty v reaktore s gradientmi sa môžu vedľajšie reakcie vo veľkom meradle potlačiť a rozkladu sa môže takmer úplne zabrániť. Tak sa darí dosahovať selektivitu až > 99 % s ohľadom na triacetónamín, pokiaľ sú teploty pri aminačnej hydrogenácii až 200 °C, výhodne 80 až 170 °C a predovšetkým 100 až 150 °C.

Spôsob umožňuje zníženie spotreby amoniaku bez zhoršenia kvality zo súčasného pomeru triacetónamín : amoniak až na 1 : 50 mol/mol na 1 : 1 až 1 : 20 mol/mol, výhodne na 1; 1 až 1:10 mol/mol a osobitne na 1:3 až 1 : : 5 mol/mol.

Pri použití vhodného nosičového materiálu sa dosahuje vysoká životnosť katalyzátora. Osobitne sa uvádzajú hydrotermálne stále oxidy hliníka. Môžu sa tiež používať rôzne vhodné vrstvy nosičových materiálov prípadne zmesí nosičových materiálov.

Pracovné tlaky sú v rozmedzí v odbore známych tlakov 1 až 50 MPa, najmä 2 až 30 MPa.

Spôsob podľa vynálezu nevyžaduje použitie rozpúšťadiel.

Je možný niekoľkostupňový pracovný postup ako tiež použitie niekoľkých v rade radených jednotlivých reaktorov, pričom sa potom údaj s ohľadom na obsah katalyzátora vzťahuje na celkový reaktor, to je na súčet všetkých jednotlivých reaktorov. Výhodný je však jednostupňový proces.

Výhodou spôsobu podľa vynálezu je podstatné zlepšenie výťažku s ohľadom na priestor a čas, ktoré sa dosahuje vysokým presadením. To je spojené s výrazným znížením nákladov, podmieneným jednoduchým vykonávaním kontinuálneho spôsobu, najmä jednostupňového spôsobu. Vysokou životnosťou katalyzátora sú vylúčené jeho časté výmeny a dramaticky sa znižujú náklady na katalyzátory. Pretože sa pri spôsobe podľa vynálezu nepoužívajú rozpúšťadlá a silne sa znižuje spotreba amoniaku, dodatočné spracovanie sa veľmi zjednodušuje. Na dodatočné spracovanie stačí normálna čistiaca destilácia, aby sa dosiahli známe výťažky (EP 33529) a čistota.

Spôsob podľa vynálezu bližšie objasňujú, žiadnym spôsobom však neobmedzujú, nasledujúce praktické príklady rozpracovania. Pokiaľ to nie je inak uvedené, rozumejú sa percentá ako hmotnostné.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Do skrápacieho reaktora s obsahom 0,5 m³ sa vnesie 340 kg nosiča na báze oxidu hlinitého. Nosič je potiahnutý niklovým katalyzátorom, pričom jeho obsah od vstupu do reaktora k jeho výstupu stúpa od 5 do 14 %. Triacetónamín a amoniak sa nechávajú reagovať za tlaku vodíka 30 MPa. Pri LHSV 0,4 h ¹ s ohľadom na triacetónamín a 0,44 h¹ s ohľadom na amoniak (to znamená pomer triacetónamín : : amoniak = 1 : 7,4 mol/mol) a pri teplote v reaktore 125 až

145 °C sa z 97 % triacetónamínu vyrobí 96 % 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidín. Produkt sa spracováva destiláciou.

Príklad 2

Podobne ako podľa príkladu 1 sa vyrába v skrápacom reaktore s obsahom 500 ml pri LHSV 0,6 h'¹ s ohľadom na triacetónamín a 0,4 h'¹ s ohľadom na amoniak (to znamená pomer triacetónamín amoniak = 1 : 4,5 mol/mol) za tlaku vodíka 28,5 MPa a pri teplote v reaktore 130 až 150 °C z 97 % triacetónamínu 96 % 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidín. Produkt sa spracováva destiláciou.

Príklad 3

Do skrápacieho reaktoraa s obsahom 500 ml sa vnesie 400 ml nosiča na báze oxidu hlinitého. Nosič je potiahnutý niklovým katalyzátorom, pričom jeho obsah od vstupu do reaktora k jeho výstupu stúpa od 0 do 14 %. Triacetónamín a amoniak sa nechávajú reagovať za tlaku vodíka 28,5 MPa. Pri LHSV 0,38 h^-1 s ohľadom na triacetónamín a 0,25 h^-1 s ohľadom na amoniak (to znamená pomer triacetónamín ; amoniak = 1 :4,4 mol/mol) a pri teplote v reaktore 120 až 145 °C sa z 97 % triacetónamínu vyrobí 96 % 4-ammo-2-2,6,6-tetrametylpiperidín. Produkt sa spracováva destiláciou.

Priemyselná využiteľnosť

Pri spôsobe kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu z triacetónamínu, amoniaku a z vodíka, pri ktorom sa v reaktore vytvárajú aspoň dve vrstvy, pričom aspoň jedna vrstva obsahuje aspoň jeden prvok štvrtej a/alebo piatej, a/alebo šiestej periódy ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému prvkov ako katalyzátor na vhodnom nosiči a pričom sa obsah každého jednotlivého prvku od seba nezávisle v katalyzátore mení od vstupu k výstupu z reaktora umožňuje podstatné zlepšenie výťažku produktu a zníženie výrobných nákladov.

Claims

1. Spôsob kontinuálnej výroby 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu z triacetónamínu, amoniaku a vodíka, vyznačujúci sa tým, že sa v reaktore vytvárajú aspoň dve vrstvy, pričom aspoň jednu vrstvu tvorí prípadne čistý nosič a aspoň jednu vrstvu jeden alebo niekoľko prvkov štvrtej a/alebo piatej, a/alebo šiestej periódy ôsmej vedľajšej skupiny periodického systému prvkov ako katalyzátor na vhodnom nosiči a pričom sa každý obsah katalyzátora vzhľadom na každý jednotlivý prvok od seba nezávisle mení od vstupu k výstupu z reaktora.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že hmotnostný katalyzátorový obsah prvkov štvrtej periódy na nosiči od seba nezávisle stúpa od vstupu do reaktora k výstupu z reaktora až na 20 %.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že hmotnostný katalyzátorový obsah prvkov štvrtej periódy na nosiči od seba nezávisle je na vstupe do reaktora 0až20%.

4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že hmotnostný katalyzátorový obsah prvkov piatej a/alebo šiestej periódy na nosiči od seba nezávisle stúpa od vstupu do reaktora k výstupu z reaktora až na 10 %.

5. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že hmotnostný katalyzátorový obsah prvkov piatej

SK 282110 Β6 a/alebo šiestej periódy na nosiči od seba nezávisle je na vstupe do reaktora 0 až 10 %.

6. Spôsob podľa nároku 1 až 5, vyznačujúci sa t ý m , že sa reakcia uskutočňuje pri teplote v reaktore až 200 °C, výhodne 80 až 170 °C a predovšetkým 100 až 150°C.

7. Spôsob podľa nároku 1 až 6, vyznačujúci sa t ý m , že sa reakcia uskutočňuje za mólovčho pomeru triacetónamínu k amoniaku 1 : 1 až 1 : 10, výhodne 1 : 3 až 1 : 5 mol/mol.

8. Spôsob podľa nároku 1 až 7, vyznačujúci sa t ý m , že kovom katalyzátora je kobalt, nikel, ruténium, paládium alebo platina, alebo ich zmes.

9. Spôsob podľa nároku 1 až 8, vyznačujúci sa t ý m , že sa reakcia uskutočňuje pri súčasnom použití prvkov štvrtej periódy a prvkov platinových kovov, pričom obsah katalyzátora pri prechodu od prvkov štvrtej periódy k prvkom platinových kovov klesá v smere prúdenie reakčnej zmesi.