WO2011003934A2 - Method for the direct amination of hydrocarbons into amino hydrocarbons, including electrochemical separation of hydrogen - Google Patents

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WO2011003934A2
WO2011003934A2 PCT/EP2010/059711 EP2010059711W WO2011003934A2 WO 2011003934 A2 WO2011003934 A2 WO 2011003934A2 EP 2010059711 W EP2010059711 W EP 2010059711W WO 2011003934 A2 WO2011003934 A2 WO 2011003934A2
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hydrogen
membrane
hydrocarbons
hydrocarbon
separation
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Petr Kubanek
Alexander Panchenko
Andreas Fischer
Thomas Heidemann
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Basf Se
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/02Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by substitution of hydrogen atoms by amino groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/10Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108Hydrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells

Definitions

  • the present invention relates to a process for the direct amination of hydrocarbons with an aminating reagent to aminocarbons in the presence of a catalyst, wherein at least a portion of the resulting hydrogen in the reaction is separated by electrochemical means of a gas-tight membrane electrode assembly.
  • at least a portion of the hydrogen is oxidized to protons on the retentate side of the membrane.
  • the protons after passing through the membrane on the permeate side, are reduced in part by applying a voltage to hydrogen and, on the other hand, are reacted with oxygen to produce electric current.
  • the oxygen originates from an oxygen-containing stream O, which is brought into contact with the permeate side of the membrane.
  • WO 2007/096297 and WO 2000/69804 describe a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons to give the corresponding aminocarbons, the resulting hydrogen being removed from the reaction mixture by oxidation on reducible metal oxides.
  • These processes have the disadvantage that the reducible metal oxides have to be regenerated with oxygen again after some time. This means costly interruptions of the process, since the direct amination of the hydrocarbons and the regeneration of the reducible metal oxides usually do not take place under the same conditions. For regeneration of the catalyst, the reactor must therefore usually be relaxed, rinsed and rendered inert.
  • WO 2007/099028 describes a direct amination of aromatic hydrocarbons to the corresponding amino hydrocarbons, wherein in a first step, the heterogeneously catalyzed Sparamintechnik is carried out and in a second step, the hydrogen formed in the first step by the reaction with an oxidizing agent such as air, oxygen, CO, CO 2 , NO and / or N 2 O is reacted.
  • an oxidizing agent such as air, oxygen, CO, CO 2 , NO and / or N 2 O is reacted.
  • oxidants such as oxygen leads to the oxidation of ammonia and the formation of further by-products. This leads to higher material costs and additional work-up steps, whereby the economic efficiency of the process is worsened.
  • WO 2008/009668 also describes a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons.
  • the removal of hydrogen from the reaction mixture is achieved here by carrying out the direct amination with the addition of compounds which react with the hydrogen formed in the direct amination.
  • Examples of compounds added to the direct amination are nitrobenzene and carbon monoxide.
  • WO 2007/025882 describes the direct amination of aromatic hydrocarbons to the corresponding amino hydrocarbons, wherein hydrogen is physically separated from the reaction mixture. The separation takes place here by a selectively hydrogen-permeable membrane, that is, hydrogen migrates as H 2 molecule through the membrane. Palladium and palladium alloys are preferably used as membrane materials. The diffusion rate in this process depends on the partial pressure difference of the hydrogen between the retentate and permeate sides of the membrane.
  • the object of the present invention is therefore to provide a process for the direct amination of hydrocarbons to aminohydrocarbons, wherein the hydrogen is separated from the reaction mixture as effectively as possible, and that avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art processes for Maisamintechnik.
  • the method should allow a shift in the position of the thermodynamic equilibrium on the side of Aminokohlenwas- substances.
  • the separation of the hydrogen should be made possible directly from the reaction zone.
  • the hydrocarbons used should be used efficiently as well as the by-products obtained during the reaction.
  • the method should have the best possible energy balance and the lowest possible expenditure on equipment.
  • the object is achieved according to the invention by a process for the direct amination of hydrocarbons to aminohydrocarbons by reacting an ethylene stream E which comprises at least one hydrocarbon and at least one amine to a reaction mixture R containing Aminokohlen- hydrogen and hydrogen in a reaction zone RZ, and electrochemical separation of at least a portion of the resulting in the reaction of hydrogen from the reaction mixture R by means of a gas-tight membrane electrode assembly, the at least one selectively proton-conducting membrane and on each side of the membrane has at least one electrode catalyst, wherein on the retentate side of the membrane at least a portion of the hydrogen is oxidized at the anode catalyst to protons and the protons after passing through the membrane on the permeate side of the cathode catalyst partially according to
  • the process according to the invention has the advantage that complicated and cost-intensive interruptions of the process for directamination can be avoided and that the process can be operated continuously over a relatively long period of time .
  • the inventive method also comes in comparison to known methods in which gaseous oxidizing agents such as air, oxygen, CO, CO 2 , NO or N 2 O or compounds such as nitrobenzene are used without a complex apparatus and costly separation of the resulting by the addition of the oxidants by-products out.
  • a particular advantage of the process according to the invention is the electrochemical separation of the hydrogen formed from the reaction mixture R.
  • the driving force of the electrochemical hydrogen separation according to sub-stage b1) is the potential difference between the two sides of the membrane. Since the separation is not dependent on the partial pressure difference of the hydrogen between the two sides of the membrane, as in the commonly used hydrogen-selective membranes, the hydrogen separation can be carried out at much lower pressures and pressure differentials, preferably to an externally impressed pressure difference is dispensed with and prevails in particular on Permeat- and Retentatseite the same pressure. This significantly reduces the mechanical stress on the membrane, which, inter alia, increases its long-term stability and increases the choice of materials that are suitable for the membrane.
  • Sub-stage b2) has the particular advantage of combining the electrochemical separation of the hydrogen formed from the reaction mixture R with the simultaneous production of electrical current.
  • the hydrogen is not, as known from the prior art, first separated and then supplied as hydrogen to a power generating process such as an external fuel cell or gas turbine, but the power generation takes place already during the separation.
  • the combination of substeps b1) and b2) is very particularly advantageous in the process according to the invention since the stream generated in substep b2) can be used directly for the reduction of the protons in substep b1). How much hydrogen is separated after each of substeps b1) and b2) can be set as desired, depending on whether more hydrogen or electricity is to be generated.
  • the process according to the invention thus provides economical utilization of the starting materials used, with simultaneous flexible production of valuable aminocarbons, hydrogen and electrical energy.
  • the process according to the invention has the advantage that the hydrogen formed in the directamination and in the unavoidable decomposition of ammonia is partly recovered by the separation from the reaction mixture.
  • the hydrogen obtained in the process according to the invention has a high purity and can be collected and sold or used for energy production. Due to the high purity of the hydrogen can be used as starting material in subsequent reactions, especially in those that react sensitively to impurities.
  • the feedstock stream E contains at least one hydrocarbon.
  • Suitable hydrocarbons which can be used in the process according to the invention are, for example, hydrocarbons, such as aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and cycloaliphatic hydrocarbons, which can be arbitrarily substituted and heteroatoms and double or triple bonds within their chain or their ring (s) can have.
  • Aromatic hydrocarbons and heteroaromatic hydrocarbons are preferably used in the amination process according to the invention.
  • Suitable aromatic hydrocarbons are, for example, unsaturated cyclic hydrocarbons which have one or more rings and contain only aromatic C-H bonds.
  • Preferred aromatic hydrocarbons have one or more 5- and / or 6-membered rings.
  • heteroaromatic hydrocarbon those aromatic hydrocarbons in which one or more of the carbon atoms of the aromatic ring is replaced by a heteroatom selected from N, O and S.
  • the aromatic hydrocarbons or the heteroaromatic hydrocarbons may be substituted or unsubstituted.
  • a substituted aromatic or heteroaromatic hydrocarbon are meant compounds in which one or more hydrogen atoms bound to a carbon and / or heteroatom of the aromatic ring is / are replaced by another radical.
  • Suitable radicals are, for example, substituted or unsubstituted alkyl, alkenyl, alkynyl, heteroalkyl, heteroalkenyl, heteroalkynyl, cycloalkyl and / or cycloalkynyl radicals; Halogen, hydroxy, alkoxy, aryloxy, amino, amido, thio and phosphino.
  • Preferred radicals of the aromatic or heteroaromatic hydrocarbons substances are selected from Ci -6 alkyl, Ci -6 alkenyl, Ci -6 alkynyl, C 3-8 cycloalkyl, C 3-8 - cycloalkenyl, alkoxy, aryloxy, amino and amido, wherein the term Ci_6 refers to the number of carbon atoms in the main chain of the alkyl radical, the alkenyl radical or the alkynyl radical and the designation C 3-8 on the number of carbon atoms of the cycloalkyl or cycloalkenyl ring. It is also possible that the substituents (radicals) of the substituted aromatic or heteroaromatic hydrocarbon in turn have further substituents.
  • the number of substituents (radicals) of the aromatic or heteroaromatic hydrocarbon is arbitrary. In a preferred embodiment, however, the aromatic or heteroaromatic hydrocarbon has at least one hydrogen atom which is attached directly to a carbon atom or a heteroatom of the aromatic or heteroaromatic ring is attached.
  • a 6-membered ring preferably has 5 or fewer substituents (groups) and a 5-membered ring preferably has 4 or fewer substituents (groups).
  • a 6-membered aromatic or heteroaromatic ring carries 4 or fewer substituents, very particularly preferably 3 or fewer substituents (radicals).
  • a 5-membered aromatic or heteroaromatic ring preferably carries 3 or fewer substituents (radicals), more preferably 2 or fewer substituents (radicals).
  • A is independently aryl or heteroaryl, A is preferably selected from among phenyl, diphenyl, benzyl, dibenzyl, naphthyl, anthracene, pyridyl and quinoline; n is a number from 0 to 5, preferably 0 to 4, especially in the case when A is a
  • n is preferably 0 to 4; independently of the ring size, n is more preferably 0 to 3, most preferably 0 to 2 and especially 0 to 1; the other hydrocarbon or heteroatoms of A having no substituents B carry hydrogen atoms or optionally no substituents;
  • B is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, heteroalkyl, substituted heteroalkyl, heteroalkenyl, substituted heteroalkenyl, heteroalkynyl, substituted heteroalkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl , substituted cycloalkenyl, halogen, hydroxy, alkoxy, aryloxy, carbonyl, amino, amido, thio and phosphino; preferably B is independently selected from C- ⁇ - 6 alkyl, d- 6 -alkenyl, C- ⁇ - 6 alkynyl, C 3-8 cycloalkyl, C 3-8 cycloalkenyl, alkoxy, aryloxy, amino and amido ,
  • alkyl in the present application means branched or unbranched, saturated acyclic hydrocarbon radicals. Preference is given to using alkyl radicals having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably having 1 to 6 carbon atoms and in particular having 1 to 4 carbon atoms. Examples of suitable alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl and i-butyl.
  • Alkenyl according to the present application is to be understood as meaning branched or unbranched acyclic hydrocarbon radicals which have at least one carbon-carbon double bond.
  • the alkenyl radicals preferably have 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms.
  • Suitable alkenyl radicals are, for example, vinyl and 2-propenyl.
  • Alkynyl according to the present application is to be understood as meaning branched or unbranched acyclic hydrocarbon radicals which have at least one carbon-carbon triple bond.
  • the alkynyl radicals preferably have 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms. Examples of suitable alkynyl radicals are ethynyl and 2-propynyl.
  • Substituted alkyl, substituted alkenyl and substituted alkynyl are alkyl-alkenyl and alkynyl radicals in which one or more hydrogen atoms bound to one carbon atom of these radicals are replaced by another group.
  • Examples of such other groups are halogen, aryl, substituted aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl and combinations thereof.
  • suitable substituted alkyl radicals are benzyl and trifluoromethyl.
  • heteroalkyl heteroalkenyl and heteroalkynyl are meant alkyl-alkenyl and alkynyl radicals wherein one or more of the carbon atoms in the carbon chain are replaced by a heteroatom selected from N, O and S.
  • the bond between the heteroatom and another carbon atom may be saturated or unsaturated.
  • Cycloalkyl according to the present application is to be understood as meaning saturated cyclic nonaromatic hydrocarbon radicals which are composed of a single ring or several condensed rings.
  • the cycloalkyl radicals have between 3 and 8 carbon atoms and more preferably between 3 and 6 carbon atoms.
  • Suitable cycloalkyl radicals are, for example, cycloproyol, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctanyl and bicyclooctyl.
  • cycloalkenyl according to the present application, partially unsaturated, cyclic non-aromatic hydrocarbon radicals are to be understood which have a single or multiple condensed rings.
  • the cycloalkenyl radicals preferably have 3 to 8 carbon atoms and particularly preferably 5 to 6 carbon atoms.
  • Suitable cycloalkenyl radicals are, for example, cyclopentenyl, cyclohexenyl and cyclooctenyl.
  • Substituted cycloalkyl and substituted cycloalkenyl radicals are cycloalkyl and cycloalkenyl radicals wherein one or more hydrogen atoms of one carbon atom of the carbon ring are replaced by another group.
  • Such other groups are, for example, halogen, alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, aryl, substituted aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl, an aliphatic heterocyclic radical, a substituted aliphatic heterocyclic radical, Heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy, boryl, phosphino, amino, SiIyI, thio, seleno and combinations thereof.
  • substituted cycloalkyl and cycloalkenyl radicals are 4-dimethylaminocyclohexyl and 4,5-dibromocyclohept-4-enyl.
  • aryl is to be understood as meaning aromatic radicals which have a single aromatic ring or several aromatic rings which are condensed, linked via a covalent bond or by a linking unit such as a methylene or ethylene unit.
  • linking moieties may also be carbonyl moieties, such as in benzophenone, or oxygen moieties, such as in diphenyl ether, or nitrogen moieties, such as in diphenylamine.
  • the aryl radicals preferably have 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms, and especially preferably 6 carbon atoms.
  • aryl radicals are aryl radicals in which one or more hydrogen atoms bound to carbon atoms of the aryl radical are replaced by one or more groups such as alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl, heterocyclo, substituted heterocyclo, halogen, halo-substituted alkyl (eg CF 3 ), hydroxy, amino, phosphino, alkoxy and thio.
  • one or more hydrogen atoms attached to carbon atoms of the aryl group may be bonded through one or more groups, such as saturated and / or unsaturated cyclic hydrocarbons, which may be fused to the aromatic ring (s) be linked, or linked together by a suitable group.
  • Suitable groups are those described above.
  • Heterocyclo in the present application means a saturated, partially unsaturated or unsaturated cyclic radical in which one or more carbon atoms of the radical have been replaced by a heteroatom such as N, O or S.
  • heterocyclo radicals are piperazinyl, morpholinyl, tetrahydropyranyl, tetrahydrofuranyl, piperidinyl, pyrolidinyl, oxazolinyl, pyridyl, pyrazyl, pyridazyl, pyrimidyl.
  • Substituted heterocyclo radicals are those heterocyclo radicals in which one or more hydrogen atoms bonded to one of the ring atoms are substituted by one or more groups such as halogen, alkyl, substituted alkyl, aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy , Aryloxy, boryl, phosphino, amino, SiIyI, thio, seleno are replaced.
  • Alkoxy radicals are radicals of the general formula -OZ 1 , where Z 1 is selected from alkyl, substituted alkyl, cycloalkyl, substituted cycloalkyl, heterocycloalkyl, substituted heterocycloalkyl and SiIyI.
  • Suitable alkoxy radicals are, for example, methoxy, ethoxy, benzyloxy and t-butoxy.
  • aryloxy are meant those radicals of general formula -OZ 2 wherein Z 2 is selected from aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl and combinations thereof.
  • Suitable aryloxy radicals and heteroaryloxy radicals are phenoxy, substituted phenoxy, 2-pyridinoxy and 8-quinolinoxy.
  • Amino radicals are radicals of the general formula -NZ 3 Z 4 in which Z 3 and Z 4 are selected independently of one another from hydrogen, alkyl, substituted alkyl, cycloalkyl, substituted cycloalkyl, heterocycloalkyl, substituted heterocycloalkyl, aryl, substituted aryl, Heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy and SiIyI.
  • Preferred aromatic and heteroaromatic hydrocarbons used in the amination process according to the invention are benzene, naphthalene, diphenylmethanes, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline, and also pyridine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine and quinoline.
  • At least one hydrocarbon from the group benzene, naphthalene, diphenylmethane, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline and pyridine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine and quinoline is used. It is also possible to use mixtures of said aromatic or heteroaromatic hydrocarbons. Particular preference is given to using at least one aromatic hydrocarbon from the group consisting of benzene, naphthalene, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline, very particularly preferably benzene, toluene and naphthalene.
  • Benzene is particularly preferably used in the process according to the invention.
  • methane is particularly preferred for use in the process of the present invention.
  • the reactant stream E contains at least one aminating reagent.
  • Suitable aminating reagents are those which introduce at least one amino group into the hydrocarbon used for direct amination.
  • Examples of preferred aminating reagents are ammonia, primary and secondary amines and compounds which split off ammonia under the reaction conditions. It is also possible to use mixtures of two or more of the abovementioned amination reagents.
  • preferred amination reagent is ammonia.
  • a reactant stream E which comprises at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent is converted to a reaction mixture R which contains at least one amino hydrocarbon and hydrogen. At least one corresponding to the hydrocarbon used corresponding amino hydrocarbon is obtained which contains at least one amino group more than the hydrocarbon used.
  • aminohydrocarbon is therefore to be understood as meaning the reaction product of the hydrocarbons used in the process with the aminating reagent.
  • at least one amino group is transferred from the aminating reagent to the hydrocarbon.
  • 1 to 6 amino groups, in a particularly preferred embodiment 1 to 3 amino groups, very particularly preferably 1 to 2 amino groups and particularly preferably 1 amino group are transferred to the hydrocarbon.
  • the number of amino groups transferred can be controlled by the molar ratio between amination reagent and hydrocarbon to be aminated and by the reaction temperature.
  • the ratio of amination reagent to hydrocarbon is 0.5 to 9, preferably 1 to 5, more preferably 1, 5 to 3.
  • a hydrocarbon benzene and as amination ammonia in a molar ratio in the range of 1 to 9 are used, is obtained as the amino hydrocarbon aniline.
  • toluene diamine is obtained as the aminohydrocarbons.
  • methane is used in the process according to the invention as the hydrocarbon and ammonia in a molar ratio in the range from 1 to 9 as the aminating reagent
  • methylamine, dimethylamine or trimethylamine or a mixture of two or more of the abovementioned amines is obtained as aminohydrocarbyl ,
  • benzene is reacted with ammonia to aniline.
  • toluene is reacted with ammonia to form toluenediamine.
  • Catalysts The direct amination is carried out in the presence of at least one catalyst.
  • Catalysts which may be used are those known for the direct amination of hydrocarbons, in particular those known for the direct amination of benzene with ammonia to form aniline.
  • Such catalysts are described in the patent literature, for example, in WO 2007/099028, WO 2007/096297, WO 2000/69804, WO 2008/009668, WO 2007/025882, US Pat. No. 3,919,155, US Pat. No. 3,929,889, US Pat. No. 4,001,260, US Pat. No. 4,031,106, and US Pat WO 99/10311 described. Since, according to the process of the invention, the removal of the hydrogen takes place electrochemically and not by chemical conversion in the reaction system, it is also possible to use catalysts which have no components which are reactive toward hydrogen.
  • catalysts for example, conventional metal catalysts based on
  • Nickel, iron, cobalt, copper, precious metals or alloys of these metals are used.
  • Preferred noble metals (EM) are Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt and Au.
  • the noble metals Ru and Rh do not become alone, but used in alloy with one or more other transition metals, such as Co, Cu, Fe and nickel.
  • suitable catalysts are supported NiCuEM; CoCuEM; NiCoCuEM, NiMoEM, NiCrEM, NiReEM, CoMoEM, CoCrEM, Co-ReEM, FeCuEM, FeCoCuEM, FeMoEM, FeReEM alloys.
  • EM is a deliming metal, preferably Pt, Pd, Ag, Ir, particularly preferably Ag and / or Ir. Further particularly preferred is NiCuEM, wherein EM is selected from Pt, Pd, Ag and / or Ir.
  • the electrocatalyst (electrode) used on the retentate side simultaneously serves as a catalyst for the conversion of hydrocarbon to aminocarbon (amination catalyst).
  • the amination catalyst may be attached directly to the electrocatalyst. In this case, the hydrogen released in the reaction is discharged directly from the catalyst surface of the amination catalyst through the proton-conducting membrane.
  • the catalyst can be used in generally conventional form, for example as a powder or for use in a fixed bed in the form of strands, spheres, tablets or rings.
  • the catalytically active constituents can be present on a carrier material.
  • suitable carrier materials are inorganic oxides, for example ZrO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , B 2 O 3 , CaO, ZnO, BaO, ThO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 and mixtures thereof
  • Oxides such as magnesium aluminum oxide, preferably TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , magnesium aluminum oxide and SiO 2 into consideration. Particularly preferred are Al 2 O 3 , ZrO 2 and magnesium aluminum oxide.
  • ZrO 2 is understood as meaning both pure ZrO 2 and the normal Hf-containing ZrO 2 .
  • the catalysts preferably used in the process according to the invention can be regenerated, for example by passing a reductive atmosphere over the catalyst or by first passing an oxidative and then a reductive atmosphere over or through the catalyst bed.
  • a reductive atmosphere an H 2 atmosphere is preferably used.
  • the direct amination can be carried out under oxidative or non-oxidative conditions.
  • the direct amination can also be carried out under catalytic or non-catalytic conditions.
  • the directamination takes place in the presence of a catalyst under non-oxidative conditions.
  • Non-oxidative according to the present invention in terms of direct amination means that the concentration of oxidants such as oxygen or nitrogen oxides in the educts used (Eduktstrom E) below 5 wt .-%, preferably below 1 wt .-%, more preferably below 0.1 wt .-% (in each case based on the total weight of the reactant stream E).
  • Educt stream E is understood in the context of the present invention to mean the stream which is conducted to the reactor and contains at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent. Most preferably, the reactant stream E is free of oxygen. Also particularly preferred is a concentration of oxidant in the reactant stream E, which is equal to or less than the concentration of oxidizing agents in the source from which the hydrocarbons and aminating reagents used originate.
  • the reaction conditions in the direct laminating process according to the invention depend inter alia on the hydrocarbon to be aminated and the catalyst used.
  • the direct amination is generally carried out at temperatures of 20 to 800 0 C, preferably 50 to 700 0 C, particularly preferably 70 to 350 0 C.
  • the reaction pressure in the directamination is preferably 0.5 to 40 bar, preferably 1 to 6 bar, particularly preferably 1 to 3 bar, in particular atmospheric pressure.
  • the residence time in the case of discontinuous process control in the amination process according to the invention is generally from 15 minutes to 8 hours, preferably from 15 minutes to 4 hours, particularly preferably from 15 minutes to 1 hour.
  • the residence time is generally 0.1 second to 20 minutes, preferably 0.5 second to 10 minutes.
  • "residence time" in this context means the residence time of the reactant stream E on the catalyst, for fixed bed catalysts thus the residence time in the catalyst bed, for fluidized bed reactors, the synthesis part of the reactor is considered (part of the reactor where the catalyst is located).
  • the relative amount of the hydrocarbon used and of the amination reagent depends on the amination reaction carried out and the reaction conditions. Generally, at least stoichiometric amounts of the hydrocarbon and the amine reagent are used. Preferably, one of the reactants will be used in stoichiometric excess to achieve equilibrium shift to the desired product side and thus higher conversion. Preferably, the Aminn michsreagenz is used in stoichiometric excess with respect to the hydrocarbon.
  • the ratio of amination reagent to hydrocarbon is 0.5 to 9, preferably 1 to 5, particularly preferably 1, 5 to 3. Hydrogen separation:
  • the reaction mixture R is understood to mean the mixture which is formed by the chemical reaction of at least one hydrocarbon with at least one amination reagent.
  • the reaction mixture therefore usually contains as reaction products the corresponding amino hydrocarbons and hydrogen.
  • the reaction mixture R may further contain unreacted starting materials.
  • the hydrogen is separated by means of a gas-tight membrane-electrode assembly, wherein the hydrogen to be separated is transported in the form of protons through the membrane.
  • the electrodes with the membrane interposed therebetween are called Membrane Electrode Assembly (MEA).
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • the reaction mixture R is guided along one side of the membrane. This page is called retentate page below. The other side of the membrane is referred to below as the permeate side.
  • the hydrogen formed in sub-step b1) and the water formed in sub-step b2) are removed.
  • the MEA has at least one selectively proton-conducting membrane.
  • the membrane has at least one electrode catalyst on each side, in the context of this description the electrode catalyst located on the retentate side being referred to as anode catalyst, and the electrode catalyst located on the permeate side as cathode catalyst.
  • the hydrogen is oxidized to protons at the anode catalyst, these pass through the membrane and are partially reduced to hydrogen (b1) on the permeate side of the cathode catalyst and partially converted to water to produce electrical energy with oxygen (b2); in substep b2), an oxygen-containing stream O is guided along the permeate side and brought into contact with the membrane.
  • electrical energy must be expended through the membrane for the transport of the protons, which energy is supplied by applying a DC voltage to the two sides of the membrane by means of electrodes.
  • the hydrogen is separated directly from the reaction mixture R. Furthermore, the hydrogen is preferably separated off directly from the reaction zone RZ, in which the reaction mixture R is formed.
  • Reaction zone RZ in the context of the present invention is to be understood as the region in which the chemical reaction of at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent takes place for the reaction mixture R.
  • the separation of hydrogen according to the inventive process may be from 0 C at temperatures of 20 to 800, are preferably carried out from 50 to 700 0 C, particularly preferably from 70 to 350 0 C.
  • the separation is carried out preferably at 130 to 200 0 C.
  • ceramic membranes for example based on ammonium polyphosphate, it is possible to work at temperatures of 250 to 350 ° C.
  • the separation of the hydrogen by the process according to the invention is preferably carried out at pressures of from 0.5 to 10 bar, preferably from 1 to 6 bar, more preferably from 1 to 3 bar, in particular at atmospheric pressure.
  • the pressure difference between the retentate and the permeate side of the membrane is below 1 bar, preferably below 0.5 bar, more preferably there is no pressure difference.
  • the separation of the hydrogen is brought about by the formation of a potential difference between the two sides of the membrane by applying a voltage according to the invention.
  • the separation is carried out at voltages from 0.05 to 2000 mV, preferably from 100 to 900 mV, particularly preferably from 100 to 800 mV, measured against a hydrogen reference electrode (RHE).
  • RHE hydrogen reference electrode
  • At least part of the hydrogen formed in the direct amination is separated off.
  • the hydrogen obtained on the permeate side contains at most 5 mol%, preferably at most 2 mol% and particularly preferably at most 1 mol% of hydrocarbons.
  • the hydrogen may contain up to 30 mol%, preferably up to 10 mol%, particularly preferably up to 2 mol%, of water, depending on the selectively proton-conducting membrane used. The presence of water is required with some types of membranes, for example, certain polymer membranes to moisten the polymer membrane.
  • the separation of the hydrogen from the reaction mixture R is carried out in a reactor which is equipped with at least one gas-tight MEA in such a way that the reaction zone RZ is on the retinal side of the membrane or forms.
  • the separation can be carried out, for example, in a reactor whose outer walls are at least partially formed from gas-tight MEAs.
  • the separated hydrogen can still be dried prior to further use, this is carried out in particular if the separation takes place through a polymer membrane which has to be moistened.
  • Suitable reactors are thus tubular reactors, fixed bed reactors, membrane reactors, fluidized bed reactors, moving beds, circulating fluidized beds, Salzbadreaktoren, plate heat exchanger reactors, Horden reactors with multiple hordes with / without heat exchange or withdrawal / supply of partial streams between the Hor-, in possible embodiments as radial flow or axial flow reactors, wherein in each case the reactor suitable for the desired reaction conditions (such as temperature, pressure and residence time) is used.
  • the reactors can each be used as a single reactor, as a series of individual reactors and / or in the form of two or more parallel reactors.
  • the process according to the invention can be carried out as a semi-continuous reaction or a continuous reaction.
  • the specific reactor design and the performance of the reaction may vary depending on the amination procedure to be performed, the state of matter of the aromatic hydrocarbon to be aminated, the reaction times required, and the nature of the catalyst employed.
  • the process according to the invention for directamination is preferably carried out in a fixed bed reactor or fluidized bed reactor which has been modified according to the invention with at least one MEA.
  • electrode catalyst The function of electrode catalyst is z. See, for example, Journal of Power Sources 177 (2008), 478-484, KA Perry, GA Eisman, BC Benicewicz "Electrochemical hydrogen pumping using a high-temperature polybenzimidazole (PBI) membrane.”
  • PBI polybenzimidazole
  • the electrode layers are usually contacted with gas distribution layers., These are, for example, plates with a lattice-like surface structure of a system of fine channels or layers of porous material such as nonwoven fabric or fabric.
  • gas distribution layers These are, for example, plates with a lattice-like surface structure of a system of fine channels or layers of porous material such as nonwoven fabric or fabric
  • GDE gas diffusion electrode
  • the anode can simultaneously serve as an anode catalyst and the cathode at the same time as a cathode catalyst.
  • the anode catalyst may also serve as an amination catalyst at the same time.
  • the anode catalyst is formed from at least one material of the abovementioned amination catalysts.
  • the customary materials known to the person skilled in the art can be used for producing the electrodes, for example Pt, Pd, Cu, Ni, Ru, Co, Cr, Fe, Mn, V, W, tungsten carbide, Mo, molybdenum carbide, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb, electrically conductive forms of carbon such as carbon black, graphite and nanotubes, and alloys and mixtures of the foregoing elements.
  • the anode and the cathode may be made of the same material or of different materials.
  • the anode catalyst and the cathode catalyst may be selected from the same or different materials. Particularly preferred as the anode / cathode combination are Pt / Pt, Pd / Pd, Pt / Pd, Pd / Pt, Pd / Cu, Pd / Ag, Ni / Pt, Ni / Ni and Fe / Fe.
  • electrode catalyst material it is possible to use the customary compounds known to the person skilled in the art and elements which can catalyze the dissociation of molecular hydrogen into atomic hydrogen, the oxidation of hydrogen into protons and the reduction of protons to hydrogen. Suitable examples are Pd, Pt, Cu, Ni, Ru, Fe, Co, Cr, Mn, V, W, tungsten carbide, Mo, molybdenum carbide, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb and alloys and mixtures of these, Pd, Pt and Ni are preferred according to the invention.
  • the elements and compounds mentioned above as the electrode catalyst material may also be present in a supported state, preference being given to using carbon as the carrier.
  • carbon containing conductive material electrodes is preferably used.
  • the carbon and an electrode catalyst are preferably applied to a porous support such as fleece, fabric or paper.
  • the carbon can be mixed with the catalyst or first the carbon and then the catalyst are applied.
  • the electrically conductive material used as the electrode and the electrode catalyst are applied directly to the membrane.
  • the membrane is preferably formed as a plate or as a tube, wherein the usual, known from the prior art for the separation of gas mixtures membrane arrangements can be used, for example, tube bundle or plug-in membrane.
  • the MEA used in the invention is gas-tight, that is, it has virtually no porosity, can pass through the gases in atomic or molecular form from one side to the other side of the MEA, nor does it have mechanisms by the gases nonselectively, for example by adsorption, Solution in the membrane, diffusion and desorption can be transported through the MEA.
  • the tightness of the membrane-electrode assembly can be ensured either by a gas-tight membrane, by a gas-tight electrode or a gas-tight electrode catalyst and by a combination thereof.
  • a gas-tight electrode a thin metallic foil may be used, for example, a Pd, Pd-Ag or Pd-Cu foil.
  • the membrane used according to the invention selectively conducts protons, that is to say in particular that it is not electron-conducting.
  • the membranes all materials known to those skilled in the art, from which it is possible to form selectively proton-conducting membranes. These include, for example, the materials listed by J.W. Phair and S.P.S. Badwal in London (2006) 12, pages 103-115. Also selectively proton-conducting membranes, as they are known from fuel cell technology, can be used according to the invention.
  • ceramic membranes such as certain heteropolyacids such as H 3 Sb 3 B 2 O 4 • 10H 2 O, H 2 Ti 4 O 9 • 12H 2 O and HSbP 2 O 8 • 10 H 2 O; Acid zirconium silicates, phosphates and phosphonates in layered structure such as
  • Oxide hydrates such as antimony acid (Sb 2 O 5 • 2H 2 O), V 2 O 5 • nH 2 O, ZrO 2 • nH 2 O, SnO 2 • nH 2 O and Ce (HPO 4 ) 2 • nH 2 O are used. Furthermore, oxo acids and
  • Particularly suitable are Oxoanionensysteme based on phosphates or complex heteropolyacids such as polyphosphate, aluminum polyphosphate, ammonium polyphosphate and polyphosphate compositions such as NH 4 PO 3 / (NH 4) 2 SiP 4 OI3 and NH 4 PO 3 2 O ZTiP. 7
  • Oxoanionensysteme based on phosphates or complex heteropolyacids such as polyphosphate, aluminum polyphosphate, ammonium polyphosphate and polyphosphate compositions such as NH 4 PO 3 / (NH 4) 2 SiP 4 OI3 and NH 4 PO 3 2 O ZTiP. 7
  • oxidic materials can be used, such as brownmillerites, fluorites and phosphates with apatite structure, pyrochlore minerals and perovskites.
  • Perovskites have the basic formula AB 1-x M x O 3-y , where M is a trivalent rare earth element that serves for doping and y denotes the oxygen deficiency in the perovskite oxide lattice.
  • M may be selected from Mg, Ca, Sr and Ba.
  • B can be selected from CeZr and Ti.
  • A, B and M different elements from the respective groups can also be selected independently of one another.
  • structurally modified glasses can be used, such as chalcogenide glasses, PbO-SiO 2 , BaO-SiO 2 and CaO-SiO 2 .
  • chalcogenide glasses PbO-SiO 2 , BaO-SiO 2 and CaO-SiO 2 .
  • suitable proton-conducting ceramics and oxides are described, for example, in Solid State Ionics 125, (1999), 271-278; Journal of Power Sources 180, (2008), 15-22; Ionics 12, (2006), 103-115; Journal of Power Sources 179 (2008) 92-95; Journal of Power Sources 176 (2008) 122-127 and Electrochemistry Communications 10 (2008) 1005-1007.
  • Examples of proton-conducting ceramics and oxides are SrCeO 3 , BaCeO 3 , Yb: SrCeO 3 , Nd: BaCeO 3 , Gd: BaCeO 3 , Sm: BaCeO 3 , BaCaNdO 9 , Y: BaCeO 3 , Y: BaZrCeO 3 , Pr-doped Y BaCeO 3 , Gd: BaCeO 3 , BaCe 0 , 9Yo, i0 2 , 95 (BYC), SrCe 0 , 95Ybo, o5 ⁇ 3- ⁇ , BaCe 0 , 9Ndo, io0 3- ⁇ , ( ⁇ denotes the number of oxygen vacancies per formula unit of the perovskite oxide); Sr-doped La 3 P 3 O 9 , Sr-doped LaPO 4 , BaCe 0 , 9 Yo, i0 3- ⁇ (
  • polymer membranes suitable for the preparation of gas tight and selectively proton conducting membranes.
  • Suitable polymers include sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzoimidazoles (S-PBI) and sulfonated fluorocarbon polymers (NAFION ®).
  • perforated polysulfonic acids, styrene-based polymers, poly (arylene ether), polyimides and polyphosphazenes are used. It can be used that are based on polybenzimidazole and phosphoric acid, as sold for example under the name Celtec-P ® from BASF SE also Polybenzamidazolen.
  • the above-mentioned ceramic membranes are preferably used as materials for the selectively proton-conducting membrane.
  • polymer membranes When polymer membranes are used, they are usually wetted by the presence of about 0.5 to 30% by volume of water on at least one side of the membrane.
  • a product stream P is obtained.
  • This contains at least one amino hydrocarbon and optionally unreacted starting materials, such as hydrocarbons and aminating reagents, and optionally not separated hydrogen.
  • the product stream P contains less than 500, preferably less than 200, and most preferably less than 100 ppm of hydrogen.
  • further hydrogen can be separated from the product stream P.
  • the product stream P is brought into contact again with one or more MEAs in a subsequent step.
  • the separation of the hydrogen from the reaction mixture is so complete that a subsequent separation of hydrogen from the product stream P is not necessary.
  • the amino hydrocarbon and the amination reagent are separated from the product stream P.
  • the order of separation is freely selectable.
  • only the amination reagent and then the amino hydrocarbon is separated off.
  • the reclaimed stream S1 thus obtained contains the unreacted hydrocarbon. In a preferred embodiment, this is used again in the direct lamination.
  • the hydrocarbon from stream S1 is either added to the educt stream E or directly recycled to the reaction zone.
  • the separation of aminocarbon and Amin istsreagenz can be carried out according to well-known, familiar to the expert methods, for example by condensation, distillation or extraction. The choice of the pressure and temperature range depends on the physical properties of the compounds to be separated and is known to the person skilled in the art.
  • the product stream P at 50 0 C to 250 0 C, preferably at 70 0 C to 200 0 C, particularly preferably at 80 0 C to 150 0 C, at pressures in the range of 0 to 5 bar, preferably 0.5 to 2 bar, more preferably 0.8 to 1, 5 bar and cooled in particular at atmospheric pressure.
  • the amino hydrocarbons condense, while unconverted hydrocarbon and amination reagent and optionally still present hydrogen in gaseous form and thus can be separated by conventional methods, for example with a gas-liquid separator.
  • the liquid components thus obtained contain the amino hydrocarbon and unreacted hydrocarbon, the separation of amino hydrocarbon and hydrocarbon also takes place by methods known in the art, such as distillation, rectification or acid extraction.
  • the amounts of hydrocarbon and amination reagent added to recycled recycle stream S1 are selected to maintain the molar ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the direct amination.
  • the product stream P contains essentially aniline, unreacted benzene and ammonia, and optionally byproducts and residues of hydrogen.
  • the product stream P is first separated by condensation into a gaseous phase containing ammonia and optionally radicals of hydrogen, and a liquid phase containing aniline and benzene.
  • the liquid phase is subsequently separated by distillation, rectification or acid extraction into aniline and benzene.
  • the benzene (stream S1) is reused in the direct lamination.
  • the aniline thus obtained may optionally be subjected to further work-up steps.
  • the product stream P is used again in the direct lamination.
  • the product stream P can be admixed with the Edutkstrom E or introduced separately directly into the reaction zone RZ.
  • the product stream P is fed back as long as in the reaction zone RZ until it has enriched in the product stream P, a concentration of amino hydrocarbon, which allows economical processing.
  • the product stream P is preferably recycled one to twenty times, preferably one to ten times, more preferably one to five times, and particularly preferably one to three times, to the reaction zone RZ.
  • the quantities of hydrocarbon and amination reagent fed in to the recycled product stream P are selected such that the MoI ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the directamination are maintained.
  • the work-up and separation of the amino hydrocarbon takes place according to the method described under variant I.
  • the aminohydrocarbyl is separated from the product stream P.
  • the reclaimed stream S2 obtained in this process variant contains unconverted hydrocarbon and amination reagent.
  • This reclaimed stream S2 can be reused in direct lamination.
  • the worked-up product stream can be admixed with the educt stream E or introduced directly into the reaction zone RZ.
  • the separation of the amino hydrocarbon takes place by methods known to the person skilled in the art, for example by condensation, distillation or acid extraction.
  • the aminohydrocarbyl is preferably removed from the product stream P by acid extraction.
  • the amounts of hydrocarbon and amination reagent added to the recycled product stream P are selected such that the molar ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the directamination are maintained.
  • the MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
  • Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
  • a voltage (U A ) in the range of +250 to + 800 mV is applied.
  • the hydrogen is oxidized on the retentate side at the anode to protons, these pass through the membrane and are reduced to hydrogen at the cathode.
  • reaction mixture R gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia. A large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
  • an electric cell (reactant stream E) are introduced at a temperature of 300 to 350 0 C and ammonium benzene monia.
  • the cell contains a gas-tight MEA with sufficient active area.
  • the proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate.
  • Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 ⁇ m) is used as the anode electrode of the MEA, and the cathode used is a gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 (manufacturer BASF Fuel Cell GmbH).
  • the advantage of Pd film is that it is gas-tight and thus offers protection of the ceramic membrane from ammonia.
  • an amination catalyst made of carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electrical cell, this catalyst layer is applied directly to the Pd film.
  • the MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
  • Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
  • the reactor discharge is a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia.
  • a large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
  • an amination catalyst made of a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3-5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electric cell, this catalyst layer is attached directly to the ELAT gas diffusion electrode.
  • the MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
  • Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
  • the reaction mixture R contains benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia and is conducted along the anode side of the electric cell.
  • Oxygen or air
  • Oxygen is introduced into the electric cell on the cathode side.
  • On the retentate side of the hydrogen at the anode catalyst is oxidized to protons, these traverse the membrane and react on the permeate side of the cathode catalyst with the oxygen to water.
  • the driving force is the reduction of oxygen.
  • energy is released in the form of heat and by interposing a consumer in the form of electrical current.
  • the reactor discharge on the anode side gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia.
  • a large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
  • benzene and ammonia are added at a temperature of 300 to 350 0 C.
  • the cell contains a gastight MEA with sufficient active area.
  • the proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate.
  • Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 ⁇ m) is used as the anode electrode of the MEA, and the cathode used is a gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 (manufacturer BASF Fuel Cell GmbH).
  • the advantage of Pd film is that it is gas-tight and thus offers protection of the ceramic membrane from ammonia.
  • an amination catalyst consisting of carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3-5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electrical cell, this catalyst layer being introduced directly onto the Pd foil.
  • the MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
  • Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
  • the reaction mixture R contains aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia and is passed along on the anode side of the electric cell.
  • Oxygen or air
  • Oxygen is introduced into the electric cell on the cathode side.
  • On the retentate side of the hydrogen at the anode catalyst is oxidized to protons, these traverse the membrane and react on the permeate side of the cathode catalyst with the oxygen to water.
  • the driving force is the reduction of oxygen.
  • energy is released in the form of heat and by interposing a consumer in the form of electrical current.
  • the reactor discharge on the anode side gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia.
  • a large part of the hydrogen is separated from the reaction zone by means of the electromembrane directly from the reaction zone and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
  • Example 6 In Table 1, the effectiveness of the hydrogen separation of Example 5 is compared with Comparative Examples of the prior art.

Abstract

Disclosed is a method for the direct amination of hydrocarbons into amino hydrocarbons by reacting a feedstock stream E containing at least one hydrocarbon and at least one amination reagent so as to obtain a reaction mixture R containing amino hydrocarbon and hydrogen in a reaction zone RZ, and electrochemically separating at least some of the hydrogen produced during the reaction from the reaction mixture R by means of a gas-tight membrane-electrode assembly comprising at least one membrane selectively conducting protons and at least one electrode catalyst on each side of the membrane, wherein at least some of the hydrogen is oxidized to protons on the anode catalyst on the retentate side of the membrane, and after penetrating the membrane, some of the protons on the permeate side are b1) reduced to hydrogen on the cathode catalyst by applying a voltage, and some of the protons b2) are reacted with oxygen on the cathode catalyst to obtain water, thereby generating electricity, the oxygen being fed from an oxygen-containing stream O that is brought in contact with the permeate side of the membrane.

Description

Verfahren zur Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwasserstof- fen mit elektrochemischer Abtrennung von Wasserstoff  Process for the direct amination of hydrocarbons to aminohydrocarbons with electrochemical separation of hydrogen
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen mit einem Aminierungsreagenz zu Aminokohlenwasserstoffen in Gegenwart eines Katalysators, wobei mindestens ein Teil des bei der Umsetzung entstehenden Wasserstoffs mittels einer gasdichten Membran-Elektroden-Assembly elektrochemisch abgetrennt wird. Dabei wird auf der Retentatseite der Membran mindestens ein Teil des Wasserstoffs zu Protonen oxidiert. Die Protonen werden nach Durchqueren der Membran auf der Permeatseite zum einen Teil unter Anlegen einer Spannung zu Wasserstoff reduziert und zum anderen Teil unter Erzeugung elektrischen Stroms mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt. Der Sauerstoff stammt aus einem Sauerstoff enthalten- den Strom O, der mit der Permeatseite der Membran in Kontakt gebracht wird. The present invention relates to a process for the direct amination of hydrocarbons with an aminating reagent to aminocarbons in the presence of a catalyst, wherein at least a portion of the resulting hydrogen in the reaction is separated by electrochemical means of a gas-tight membrane electrode assembly. In this case, at least a portion of the hydrogen is oxidized to protons on the retentate side of the membrane. The protons, after passing through the membrane on the permeate side, are reduced in part by applying a voltage to hydrogen and, on the other hand, are reacted with oxygen to produce electric current. The oxygen originates from an oxygen-containing stream O, which is brought into contact with the permeate side of the membrane.
Die kommerzielle Herstellung von Aminokohlenwasserstoffen aus Kohlenwasserstoffen wird üblicherweise in mehrstufigen Reaktionen durchgeführt. So wird bei der Herstellung von Anilin aus Benzol zunächst ein Benzolderivat wie Nitrobenzol, Chlorbenzol oder Phenol hergestellt, welches anschließend in ein- oder mehrstufigen Reaktionen zu Anilin umgesetzt wird. The commercial production of amino hydrocarbons from hydrocarbons is usually carried out in multi-stage reactions. Thus, in the production of aniline from benzene, a benzene derivative such as nitrobenzene, chlorobenzene or phenol is first prepared, which is then reacted in one or more stages reactions to aniline.
Es sind auch Verfahren zur direkten Herstellung von Aminokohlenwasserstoffen aus den entsprechenden Kohlenwasserstoffen bekannt. Reaktionen, bei denen Aminokoh- lenwasserstoffe direkt aus den entsprechenden Kohlenwasserstoffen hergestellt werden bezeichnet man als Direktaminierung. Wibaut beschreibt 1917 erstmals die heterogenkatalysierte Direktaminierung von Benzol (Berichte 1917, 50, 541-546). There are also known processes for the direct production of aminocarbons from the corresponding hydrocarbons. Reactions in which aminocarbons are produced directly from the corresponding hydrocarbons are referred to as direct amination. Wibaut first describes the heterogeneously catalyzed direct amination of benzene in 1917 (Berichte 1917, 50, 541-546).
Bei der Direktaminierung findet die Umsetzung des eingesetzten Kohlenwasserstoffs zum entsprechenden Aminokohlenwasserstoff unter Freisetzung von Wasserstoff statt. Bei der Direktaminierung von Benzol zu Anilin entstehen aus 1 mol Benzol und 1 mol Ammoniak 1 mol Anilin und 1 mol Wasserstoff. Die Direktaminierung von Benzol zu Anilin ist durch die Lage des thermodynamischen Gleichgewichts limitiert. Der Gleichgewichtsumsatz liegt bei Temperaturen von 350 0C bei ca. 0,5 Mol-% bezogen auf Benzol. In Direktamination the reaction of the hydrocarbon used to the corresponding amino hydrocarbon takes place with the release of hydrogen. In the direct amination of benzene to aniline, 1 mol of aniline and 1 mol of hydrogen are formed from 1 mol of benzene and 1 mol of ammonia. The direct amination of benzene to aniline is limited by the location of the thermodynamic equilibrium. The equilibrium conversion is at temperatures of 350 0 C at about 0.5 mol% based on benzene.
Aufgrund des niedrigen Gleichgewichtsumsatzes ist zur wirtschaftlichen Durchführung der Direktaminierung eine Verschiebung der Lage des thermodynamischen Gleichgewichts auf die Seite der Aminokohlenwasserstoffe notwendig. Eine Möglichkeit besteht darin, aus dem Reaktionsgemisch der Direktaminierung, welches Aminokohlenwasserstoff, nicht umgesetzte Edukte und Wasserstoff enthält, einen Teil des Wasserstoffs abzutrennen und die nicht umgesetzten Edukte erneut in die Direktaminierungsreaktion einzusetzten. Die Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch ist notwendig, da sonst durch den Wasserstoff das thermodynami- sche Gleichgewicht in Richtung der Edukte verschoben wird, wodurch die Ausbeute an Aminokohlenwasserstoff bei der erneuten Direktaminierung noch niedriger ausfällt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den bei der Direktaminierung entstehenden Wasserstoff direkt aus der Reaktionszone zu entfernen. Zur Entfernung des Wasser- Stoffs aus dem Reaktionsgemisch sind mehrere Verfahren beschrieben. Due to the low equilibrium conversion, a shift in the position of the thermodynamic equilibrium on the side of the amino hydrocarbons is necessary for the economic implementation of Direktaminierung. One possibility is to separate off part of the hydrogen from the reaction mixture of the direct amination, which contains amino hydrocarbon, unreacted starting materials and hydrogen, and to reuse the unreacted starting materials in the direct amination reaction. The separation of the hydrogen from the reaction mixture is necessary, since otherwise the thermodynamic equilibrium is shifted in the direction of the educts by the hydrogen, whereby the yield of aminocarbon is even lower in the renewed direct lamination. Another possibility is to remove the hydrogen formed in the direct amination directly from the reaction zone. Several methods are described for removing the hydrogen from the reaction mixture.
WO 2007/096297 und WO 2000/69804 beschreiben ein Verfahren zur Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu den entsprechenden Aminokohlen- wasserstoffen, wobei der entstehende Wasserstoff durch Oxidation an reduzierbaren Metalloxiden aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass die reduzierbaren Metalloxide nach einiger Zeit wieder mit Sauerstoff regeneriert werden müssen. Dies bedeutet kostenintensive Unterbrechungen des Verfahrens, da die Direktaminierung der Kohlenwasserstoffe und die Regenerierung der reduzierbaren Metalloxide üblicherweise nicht bei den gleichen Bedingungen ablaufen. Zur Regenerierung des Katalysators muss der Reaktor daher üblicherweise entspannt, gespült und inertisiert werden. WO 2007/096297 and WO 2000/69804 describe a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons to give the corresponding aminocarbons, the resulting hydrogen being removed from the reaction mixture by oxidation on reducible metal oxides. These processes have the disadvantage that the reducible metal oxides have to be regenerated with oxygen again after some time. This means costly interruptions of the process, since the direct amination of the hydrocarbons and the regeneration of the reducible metal oxides usually do not take place under the same conditions. For regeneration of the catalyst, the reactor must therefore usually be relaxed, rinsed and rendered inert.
Eine weiter unerwünschte Nebenreaktion, die bei der Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwasserstoffen auftritt, ist die Zersetzung von Ammoniak zu Wasserstoff. Diese Zersetzung ist nachteilig, da einerseits das Edukt Ammoniak verloren geht und andererseits der bei der Zersetzung entstehende Wasserstoff zu einer weiteren ungünstigen Verschiebung der Gleichgewichtslage in Richtung der E- dukte führt. Bei den in WO 2007/096297 und WO 2000/69804 beschriebenen Katalysatoren nimmt die unerwünschte Zersetzung von Ammoniak mit steigendem Reduktions- grad der Metalloxide zu, so dass mit steigendem Reduktionsgrad die Gleichgewichtslage immer weiter in Richtung der Edukte verschoben wird. Another undesirable side reaction that occurs in the direct amination of hydrocarbons to aminocarbons is the decomposition of ammonia to hydrogen. This decomposition is disadvantageous because, on the one hand, the educt ammonia is lost and, on the other hand, the hydrogen formed during the decomposition leads to a further unfavorable shift in the equilibrium position in the direction of the products. In the catalysts described in WO 2007/096297 and WO 2000/69804, the undesired decomposition of ammonia increases with increasing degree of reduction of the metal oxides, so that with increasing degree of reduction the equilibrium position is shifted further and further in the direction of the educts.
WO 2007/099028 beschreibt ein Direktaminierungsverfahren von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu den entsprechenden Aminokohlenwasserstoffen, wobei in einem ersten Schritt die heterogenkatalysierte Direktaminierung durchgeführt wird und in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt entstandene Wasserstoff durch die Umsetzung mit einem Oxidationsmittel wie Luft, Sauerstoff, CO, CO2, NO und/oder N2O umgesetzt wird. Die Verwendung von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff führt zur Oxidation von Ammoniak und zur Bildung weiterer Nebenprodukte. Dies führt zu höheren Stoff- kosten und zu zusätzlichen Aufarbeitungsschritten, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verschlechtert wird. WO 2008/009668 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen. Die Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch wird hier dadurch erreicht, dass die Direktaminierung unter Zusatz von Ver- bindungen durchgeführt wird, die mit dem bei der Direktaminierung entstehenden Wasserstoff reagieren. Als der Direktaminierung zugesetzte Verbindungen werden beispielsweise Nitrobenzol und Kohlenmonoxid beschrieben. Auch bei diesem Verfahren treten die vorstehend beschriebenen Nachteile auf. WO 2007/025882 beschreibt die Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu den entsprechenden Aminokohlenwasserstoffen, wobei Wasserstoff aus dem Reaktionsgemisch physikalisch abgetrennt wird. Die Abtrennung erfolgt hier durch eine selektiv wasserstoffdurchlässige Membran, das heißt Wasserstoff wandert als H2- Molekül durch die Membran. Als Membranmaterialien werden bevorzugt Palladium und Palladiumlegierungen eingesetzt. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt bei diesem Verfahren vom Partialdruckunterschied des Wasserstoffs zwischen der Retentat- und Permeat-Seite der Membran ab. Um höhere Diffusionsgeschwindigkeiten zu erreichen, muss bei höheren Druckunterschieden gearbeitet werden, die hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität der Membran stellen. In Basile, Top. Catal. (2008), 51 , 107- 122, wird zudem beschrieben, dass zum Erreichen einer ausreichend hohen Diffusionsgeschwindigkeit Temperaturen oberhalb 300 0C erforderlich sind. Darüber hinaus müssen zur Ausbildung der Druckunterschiede entsprechende Vorrichtungen zum Verdichten und Expandieren des Gasgemisches vorhanden sein. Aus thermodynami- schen Gründen bleibt zudem stets ein gewisser Anteil des Wasserstoffs in dem Reten- tat zurück. Dies wirkt sich negativ auf die Lage des thermodynamischen Gleichgewichts aus. WO 2007/099028 describes a direct amination of aromatic hydrocarbons to the corresponding amino hydrocarbons, wherein in a first step, the heterogeneously catalyzed Direktaminierung is carried out and in a second step, the hydrogen formed in the first step by the reaction with an oxidizing agent such as air, oxygen, CO, CO 2 , NO and / or N 2 O is reacted. The use of oxidants such as oxygen leads to the oxidation of ammonia and the formation of further by-products. This leads to higher material costs and additional work-up steps, whereby the economic efficiency of the process is worsened. WO 2008/009668 also describes a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons. The removal of hydrogen from the reaction mixture is achieved here by carrying out the direct amination with the addition of compounds which react with the hydrogen formed in the direct amination. Examples of compounds added to the direct amination are nitrobenzene and carbon monoxide. Also in this method, the disadvantages described above occur. WO 2007/025882 describes the direct amination of aromatic hydrocarbons to the corresponding amino hydrocarbons, wherein hydrogen is physically separated from the reaction mixture. The separation takes place here by a selectively hydrogen-permeable membrane, that is, hydrogen migrates as H 2 molecule through the membrane. Palladium and palladium alloys are preferably used as membrane materials. The diffusion rate in this process depends on the partial pressure difference of the hydrogen between the retentate and permeate sides of the membrane. In order to achieve higher diffusion rates, it is necessary to work at higher pressure differences, which place high demands on the mechanical stability of the membrane. In Basile, top. Catal. (2008), 51, 107- 122, is described in addition to temperatures above 300 0 C are required to achieve a sufficiently high diffusion rate. In addition, appropriate devices for compressing and expanding the gas mixture must be present to form the pressure differences. For thermodynamic reasons, a certain amount of hydrogen always remains in the retentate. This has a negative effect on the position of the thermodynamic equilibrium.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwasserstoffen bereitzustellen, bei dem Was- serstoff aus dem Reaktionsgemisch möglichst effektiv abgetrennt wird, und dass die vorstehend genannten Nachteile aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Direktaminierung vermeidet. Darüber hinaus soll das Verfahren eine Verschiebung der Lage des thermodynamischen Gleichgewichts auf die Seite der Aminokohlenwas- serstoffe ermöglichen. Insbesondere soll die Abtrennung des Wasserstoffs direkt aus der Reaktionszone ermöglicht werden. Die eingesetzten Kohlenwasserstoffe sollen ebenso wie die bei der Umsetzung anfallenden Nebenprodukte effizient genutzt werden. Das Verfahren soll eine möglichst günstige Energiebilanz und einen möglichst geringen apparativen Aufwand aufweisen. The object of the present invention is therefore to provide a process for the direct amination of hydrocarbons to aminohydrocarbons, wherein the hydrogen is separated from the reaction mixture as effectively as possible, and that avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art processes for Direktaminierung. In addition, the method should allow a shift in the position of the thermodynamic equilibrium on the side of Aminokohlenwas- substances. In particular, the separation of the hydrogen should be made possible directly from the reaction zone. The hydrocarbons used should be used efficiently as well as the by-products obtained during the reaction. The method should have the best possible energy balance and the lowest possible expenditure on equipment.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwasserstoffen durch Umsetzen eines E- duktstroms E, der mindestens einen Kohlenwasserstoff und mindestens ein Aminie- rungsreagenz enthält, zu einem Reaktionsgemisch R, enthaltend Aminokohlenwas- serstoff und Wasserstoff in einer Reaktionszone RZ, und elektrochemische Abtrennung mindestens eines Teils des bei der Umsetzung entstandenen Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch R mittels einer gasdichten Membran-Elektroden-Assembly, die min- destens eine selektiv protonenleitende Membran und auf jeder Seite der Membran mindestens einen Elektrodenkatalysator aufweist, wobei auf der Retentatseite der Membran mindestens ein Teil des Wasserstoffs an dem Anodenkatalysator zu Protonen oxidiert wird und die Protonen nach Durchqueren der Membran auf der Permeat- seite an dem Kathodenkatalysator teilweise gemäß The object is achieved according to the invention by a process for the direct amination of hydrocarbons to aminohydrocarbons by reacting an ethylene stream E which comprises at least one hydrocarbon and at least one amine to a reaction mixture R containing Aminokohlen- hydrogen and hydrogen in a reaction zone RZ, and electrochemical separation of at least a portion of the resulting in the reaction of hydrogen from the reaction mixture R by means of a gas-tight membrane electrode assembly, the at least one selectively proton-conducting membrane and on each side of the membrane has at least one electrode catalyst, wherein on the retentate side of the membrane at least a portion of the hydrogen is oxidized at the anode catalyst to protons and the protons after passing through the membrane on the permeate side of the cathode catalyst partially according to
b1 ) unter Anlegen einer Spannung zu Wasserstoff reduziert werden und teilweise gemäß b1) are reduced by applying a voltage to hydrogen and partially according to
b2) unter Erzeugung elektrischen Stroms mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt werden, wobei der Sauerstoff aus einem Sauerstoff enthaltenden Strom O stammt, der mit der Permeatseite der Membran in Kontakt gebracht wird. b2) are reacted with water to produce electric current, wherein the oxygen comes from an oxygen-containing stream O, which is brought into contact with the permeate side of the membrane.
Gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen der Wasserstoff durch reduzierbare Metalloxide entfernt wird, weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass aufwändige und kostenintensive Unterbrechungen des Verfahrens zur Direktaminie- rung vermieden werden und dass das Verfahren über einen längeren Zeitraum kontinu- ierlich betrieben werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt zudem im Vergleich zu bekannten Verfahren bei denen gasförmige Oxidationsmittel wie Luft, Sauerstoff, CO, CO2, NO oder N2O oder Verbindungen wie Nitrobenzol eingesetzt werden ohne eine apparativ aufwändige und kostenintensive Abtrennung der durch die Zugabe der Oxidationsmittel entstandenen Nebenprodukte aus. In contrast to the known processes in which the hydrogen is removed by reducible metal oxides, the process according to the invention has the advantage that complicated and cost-intensive interruptions of the process for directamination can be avoided and that the process can be operated continuously over a relatively long period of time , The inventive method also comes in comparison to known methods in which gaseous oxidizing agents such as air, oxygen, CO, CO 2 , NO or N 2 O or compounds such as nitrobenzene are used without a complex apparatus and costly separation of the resulting by the addition of the oxidants by-products out.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die elektrochemische Abtrennung des gebildeten Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemischs R. Die Triebkraft der elektrochemischen Wasserstoffabtrennung ist gemäß Teilstufe b1 ) der Potentialunterschied zwischen den beiden Seiten der Membran. Da die Abtrennung nicht, wie bei den üblich verwendeten wasserstoffselektiven Membranen, vom Partialdruckunter- schied des Wasserstoffs zwischen den beiden Seiten der Membran abhängig ist, kann die Wasserstoffabtrennung bei sehr viel niedrigeren Drücken und Druckunterschieden durchgeführt werden, wobei vorzugsweise auf einen von außen aufgeprägten Druckunterschied völlig verzichtet wird und insbesondere auf Permeat- und Retentatseite der gleiche Druck herrscht. Damit verringert sich die mechanische Beanspruchung der Membran deutlich, was unter anderem ihre Langzeitstabilität erhöht sowie die Auswahl an für die Membran in Frage kommenden Materialien vergrößert. Dies bietet weiterhin die Möglichkeit, die Abtrennung des Wasserstoffs bei niedrigen Drücken durchzuführen als bei herkömmlichen Membranen. Die elektrochemische Abtrennung des Wasserstoffs ist im Vergleich zur Abtrennung mittels herkömmlicher wasserstoffselektiver Membranen deutlich effektiver, bei gleicher Trennleistung kann daher die erforderliche Membranfläche verkleinert werden oder bei gleich bleibender Membranfläche deutlich mehr Wasserstoff abgetrennt werden. Ins- gesamt ist das erfindungsgemäße Verfahren daher mit weniger apparativem Aufwand verbunden. A particular advantage of the process according to the invention is the electrochemical separation of the hydrogen formed from the reaction mixture R. The driving force of the electrochemical hydrogen separation according to sub-stage b1) is the potential difference between the two sides of the membrane. Since the separation is not dependent on the partial pressure difference of the hydrogen between the two sides of the membrane, as in the commonly used hydrogen-selective membranes, the hydrogen separation can be carried out at much lower pressures and pressure differentials, preferably to an externally impressed pressure difference is dispensed with and prevails in particular on Permeat- and Retentatseite the same pressure. This significantly reduces the mechanical stress on the membrane, which, inter alia, increases its long-term stability and increases the choice of materials that are suitable for the membrane. This also provides the opportunity to carry out the separation of the hydrogen at low pressures than conventional membranes. The electrochemical separation of the hydrogen is significantly more effective compared to the separation by means of conventional hydrogen-selective membranes, therefore, with the same separation performance, the required membrane area can be reduced or significantly more hydrogen can be separated while maintaining the same membrane area. Overall, the method according to the invention is therefore associated with less expenditure on equipment.
Die Teilstufe b2) weist den besonderen Vorteil auf, die elektrochemische Abtrennung des gebildeten Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch R mit der gleichzeitigen Ge- winnung von elektrischem Strom zu kombinieren. Sub-stage b2) has the particular advantage of combining the electrochemical separation of the hydrogen formed from the reaction mixture R with the simultaneous production of electrical current.
Der Wasserstoff wird dabei nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zunächst abgetrennt und anschließend als Wasserstoff einem Strom erzeugenden Verfahren wie einer externen Brennstoffzelle oder Gasturbine zugeführt, sondern die Stromerzeugung erfolgt schon bei der Abtrennung. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird, je nach Blickwinkel, eine Trennvorrichtung oder eine Einheit zur Energieerzeugung aus dem entstandenen Wasserstoff und die damit einhergehenden Energie- und Substanzverluste eingespart. Ganz besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Kombination aus den Teilschritten b1 ) und b2), da der in Teilschritt b2) erzeugte Strom direkt zur Reduktion der Protonen in Teilschritt b1 ) eingesetzt werden kann. Wie viel Wasserstoff jeweils nach den Teilschritten b1 ) und b2) abgetrennt wird, lässt sich nach Wunsch einstellen, je nachdem ob mehr Wasserstoff oder Strom erzeugt werden soll. The hydrogen is not, as known from the prior art, first separated and then supplied as hydrogen to a power generating process such as an external fuel cell or gas turbine, but the power generation takes place already during the separation. Compared to the known from the prior art method, depending on the angle, a separator or a unit for energy production from the resulting hydrogen and the associated energy and substance losses saved. The combination of substeps b1) and b2) is very particularly advantageous in the process according to the invention since the stream generated in substep b2) can be used directly for the reduction of the protons in substep b1). How much hydrogen is separated after each of substeps b1) and b2) can be set as desired, depending on whether more hydrogen or electricity is to be generated.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine wirtschaftliche Nutzung der eingesetzten Edukte unter gleichzeitiger flexibler Produktion von wertvollen Aminokohlen- wasserstoffen, Wasserstoff und elektrischer Energie bereit. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass der bei der Direktaminierung und bei der nicht vermeidbaren Zersetzung von Ammoniak entstehende Wasserstoff durch die Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch teilweise zurück gewonnen wird. Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Wasserstoff weist eine hohe Reinheit auf und kann gesammelt und verkauft oder zur Energieerzeu- gung genutzt werden. Aufgrund der hohen Reinheit kann der Wasserstoff als Edukt in Folgereaktionen eingesetzt werden, vor allem in solche, die sensibel auf Verunreinigungen reagieren. The process according to the invention thus provides economical utilization of the starting materials used, with simultaneous flexible production of valuable aminocarbons, hydrogen and electrical energy. In addition, the process according to the invention has the advantage that the hydrogen formed in the directamination and in the unavoidable decomposition of ammonia is partly recovered by the separation from the reaction mixture. The hydrogen obtained in the process according to the invention has a high purity and can be collected and sold or used for energy production. Due to the high purity of the hydrogen can be used as starting material in subsequent reactions, especially in those that react sensitively to impurities.
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich beschrieben. Kohlenwasserstoffe: In the following the invention will be described in detail. hydrocarbons:
Erfindungsgemäß enthält der Eduktstrom E mindestens einen Kohlenwasserstoff. Geeignete Kohlenwasserstoffe, die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wer- den können, sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, die beliebig substituiert sein können und innerhalb ihrer Kette bzw. ihres Rings/ihrer Ringe Heteroatome und Doppel- oder Dreifachbindungen aufweisen können. Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren aromatische Kohlenwasserstof- fe und heteroaromatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt. According to the invention, the feedstock stream E contains at least one hydrocarbon. Suitable hydrocarbons which can be used in the process according to the invention are, for example, hydrocarbons, such as aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and cycloaliphatic hydrocarbons, which can be arbitrarily substituted and heteroatoms and double or triple bonds within their chain or their ring (s) can have. Aromatic hydrocarbons and heteroaromatic hydrocarbons are preferably used in the amination process according to the invention.
Geeignete aromatische Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe, die einen oder mehrere Ringe aufweisen und ausschließlich aromatische C-H-Bindungen enthalten. Bevorzugte aromatische Kohlenwasserstoffe wei- sen einen oder mehrere 5- und/oder 6-gliedrige Ringe auf. Suitable aromatic hydrocarbons are, for example, unsaturated cyclic hydrocarbons which have one or more rings and contain only aromatic C-H bonds. Preferred aromatic hydrocarbons have one or more 5- and / or 6-membered rings.
Unter einem heteroaromatischen Kohlenwasserstoff sind solche aromatischen Kohlenwasserstoffe zu verstehen, in denen einer oder mehrere der Kohlenstoffatome des aromatischen Rings durch ein Heteroatom ausgewählt aus N, O und S ersetzt ist/sind. By a heteroaromatic hydrocarbon are meant those aromatic hydrocarbons in which one or more of the carbon atoms of the aromatic ring is replaced by a heteroatom selected from N, O and S.
Die aromatischen Kohlenwasserstoffe bzw. die heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe können substituiert oder unsubstituiert sein. Unter einem substituierten aromatischen bzw. heteroaromatischen Kohlenwasserstoff sind Verbindungen zu verstehen, in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an ein Kohlenstoff- und/oder Heteroatom des aro-matischen Rings gebunden sind/ist, durch einen anderen Rest ausgetauscht ist/sind. Geeignete Reste sind beispielsweise substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Heteroalkyl-, Heteroalkenyl-, Heteroalkinyl-, Cycloalkyl- und/oder Cycloalkinylreste; Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Aryloxy, Amino, Amido, Thio und Phos- phino. Bevorzugte Reste der aromatischen bzw. heteroaromatischen Kohlenwasser- Stoffe sind ausgewählt aus Ci-6-Alkyl, Ci-6-Alkenyl, Ci-6-Alkinyl, C3-8-Cycloalkyl, C3-8- Cycloalkenyl, Alkoxy, Aryloxy, Amino und Amido, wobei sich die Angabe Ci_6 auf die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Hauptkette des Alkylrests, des Alkenylrests oder des Alkinylrests bezieht und die Bezeichnung C3-8 auf die Anzahl der Kohlenstoff atome des Cycloalkyl- bzw. Cycloalkenylrings. Es ist weiterhin möglich, dass die Substituen- ten (Reste) des substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Kohlenwasserstoffs ihrerseits weitere Substituenten aufweisen. The aromatic hydrocarbons or the heteroaromatic hydrocarbons may be substituted or unsubstituted. By a substituted aromatic or heteroaromatic hydrocarbon are meant compounds in which one or more hydrogen atoms bound to a carbon and / or heteroatom of the aromatic ring is / are replaced by another radical. Suitable radicals are, for example, substituted or unsubstituted alkyl, alkenyl, alkynyl, heteroalkyl, heteroalkenyl, heteroalkynyl, cycloalkyl and / or cycloalkynyl radicals; Halogen, hydroxy, alkoxy, aryloxy, amino, amido, thio and phosphino. Preferred radicals of the aromatic or heteroaromatic hydrocarbons substances are selected from Ci -6 alkyl, Ci -6 alkenyl, Ci -6 alkynyl, C 3-8 cycloalkyl, C 3-8 - cycloalkenyl, alkoxy, aryloxy, amino and amido, wherein the term Ci_6 refers to the number of carbon atoms in the main chain of the alkyl radical, the alkenyl radical or the alkynyl radical and the designation C 3-8 on the number of carbon atoms of the cycloalkyl or cycloalkenyl ring. It is also possible that the substituents (radicals) of the substituted aromatic or heteroaromatic hydrocarbon in turn have further substituents.
Die Zahl der Substituenten (Reste) des aromatischen bzw. heteroraromatischen Kohlenwasserstoffs ist beliebig. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der aromati- sehe bzw. heteroaromatische Kohlenwasserstoff jedoch mindestens ein Wasserstoffatom auf, das direkt an ein Kohlenstoffatom oder ein Heteroatom des aromatischen oder heteroaromatischen Rings gebunden ist. Somit weist ein 6-gliedriger Ring bevorzugt 5 oder weniger Substituenten (Reste) auf und ein 5-gliedriger Ring bevorzugt 4 oder weniger Substituenten (Reste). Besonders bevorzugt trägt ein 6-gliedriger aromatischer bzw. heteroaromatischer Ring 4 oder weniger Substituenten, ganz besonders bevorzugt 3 oder weniger Substituenten (Reste). Ein 5-gliedriger aromatischer oder heteroaromatischer Ring trägt bevorzugt 3 oder weniger Substituenten (Reste), besonders bevorzugt 2 oder weniger Substituenten (Reste). The number of substituents (radicals) of the aromatic or heteroaromatic hydrocarbon is arbitrary. In a preferred embodiment, however, the aromatic or heteroaromatic hydrocarbon has at least one hydrogen atom which is attached directly to a carbon atom or a heteroatom of the aromatic or heteroaromatic ring is attached. Thus, a 6-membered ring preferably has 5 or fewer substituents (groups) and a 5-membered ring preferably has 4 or fewer substituents (groups). Particularly preferably, a 6-membered aromatic or heteroaromatic ring carries 4 or fewer substituents, very particularly preferably 3 or fewer substituents (radicals). A 5-membered aromatic or heteroaromatic ring preferably carries 3 or fewer substituents (radicals), more preferably 2 or fewer substituents (radicals).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein aromatischer bzw. heteroaromatischer Kohlenwasserstoff der allgemeinen Formel In a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, an aromatic or heteroaromatic hydrocarbon of the general formula
(A)- (B)n eingesetzt, worin die Symbole die folgende Bedeutung haben: (A) - (B) n , in which the symbols have the following meaning:
A unabhängig Aryl oder Heteroaryl, bevorzugt ist A ausgewählt aus Phenyl, Di- phenyl, Benzyl, Dibenzyl, Naphthyl, Anthracen, Pyridyl und Chinolin; n eine Zahl von 0 bis 5, bevorzugt 0 bis 4, insbesondere in dem Fall, wenn A einA is independently aryl or heteroaryl, A is preferably selected from among phenyl, diphenyl, benzyl, dibenzyl, naphthyl, anthracene, pyridyl and quinoline; n is a number from 0 to 5, preferably 0 to 4, especially in the case when A is a
6-gliedriger Aryl- oder Heteroaryl-Ring ist; für den Fall, dass A ein 5-gliedriger Aryl- oder Heteroaryl-Ring ist, ist n bevorzugt 0 bis 4; unabhängig von der Ringgröße ist n besonders bevorzugt 0 bis 3, ganz besonders bevorzugt 0 bis 2 und insbesondere 0 bis 1 ; dabei tragen die übrigen, keine Substituenten B tra- genden Kohlenwasserstoff- oder Heteroatome von A Wasserstoffatome oder gegebenenfalls keinen Substituenten; 6-membered aryl or heteroaryl ring; in the case where A is a 5-membered aryl or heteroaryl ring, n is preferably 0 to 4; independently of the ring size, n is more preferably 0 to 3, most preferably 0 to 2 and especially 0 to 1; the other hydrocarbon or heteroatoms of A having no substituents B carry hydrogen atoms or optionally no substituents;
B ist unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkenyl, substituiertem Alki- nyl, Heteroalkyl, substiuiertem Heteroalkyl, Heteroalkenyl, substituiertem Hete- roalkenyl, Heteroalkinyl, substituiertem Heteroalkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertem Cycloalkyl, substituiertem Cycloalkenyl, Halogen, Hydroxy, Alko- xy, Aryloxy, Carbonyl, Amino, Amido, Thio und Phosphino; bevorzugt ist B unabhängig voneinander ausgewählt aus C-ι-6-Alkyl, d-6-Alkenyl, C-ι-6-Alkinyl, C3-8-Cycloalkyl, C3-8-Cycloalkenyl, Alkoxy, Aryloxy, Amino und Amido. B is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, heteroalkyl, substituted heteroalkyl, heteroalkenyl, substituted heteroalkenyl, heteroalkynyl, substituted heteroalkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl , substituted cycloalkenyl, halogen, hydroxy, alkoxy, aryloxy, carbonyl, amino, amido, thio and phosphino; preferably B is independently selected from C-ι- 6 alkyl, d- 6 -alkenyl, C-ι- 6 alkynyl, C 3-8 cycloalkyl, C 3-8 cycloalkenyl, alkoxy, aryloxy, amino and amido ,
Der Ausdruck unabhängig voneinander bedeutet, dass, wenn n 2 oder größer ist, die Substituenten B gleiche oder verschiedene Reste aus den genannten Gruppen sein können. Unter Alkyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung verzweigte oder unverzweigte, gesättigte acyclische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen. Bevorzugt werden Alkyl- Reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und insbesondere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen eingesetzt. Beispiele für ge- eignete Alkyl-Reste sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, t-Butyl und i-Butyl. The expression independently of one another means that when n is 2 or greater, the substituents B may be the same or different radicals from the named groups. Alkyl in the present application means branched or unbranched, saturated acyclic hydrocarbon radicals. Preference is given to using alkyl radicals having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably having 1 to 6 carbon atoms and in particular having 1 to 4 carbon atoms. Examples of suitable alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl and i-butyl.
Unter Alkenyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung verzweigte oder unverzweigte acyclische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die mindestens eine Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung aufweisen. Bevorzugt weisen die Alkenyl-Reste 2 bis 20 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoff atome und insbesondere 2 bis 3 Kohlenstoffatome auf. Geeignete Alkenyl-Reste sind beispielsweise Vinyl und 2- Propenyl. Alkenyl according to the present application is to be understood as meaning branched or unbranched acyclic hydrocarbon radicals which have at least one carbon-carbon double bond. The alkenyl radicals preferably have 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms. Suitable alkenyl radicals are, for example, vinyl and 2-propenyl.
Unter Alkinyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung verzweigte oder unverzweigte acyclische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die mindestens eine Kohlenstoff- Kohlenstoff-Dreifachbindung aufweisen. Vorzugsweise weisen die Alkinyl-Reste 2 bis 20 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatome und insbesondere 2 bis 3 Kohlenstoffatome auf. Beispiele für geeignete Alkinyl-Reste sind Ethinyl und 2- Propinyl. Alkynyl according to the present application is to be understood as meaning branched or unbranched acyclic hydrocarbon radicals which have at least one carbon-carbon triple bond. The alkynyl radicals preferably have 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms. Examples of suitable alkynyl radicals are ethynyl and 2-propynyl.
Unter substituiertem Alkyl, substituiertem Alkenyl und substituiertem Alkinyl sind Alkyl- Alkenyl- und Alkinyl-Reste zu verstehen, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an ein Kohlenstoffatom dieser Reste gebunden sind, durch eine andere Gruppe ersetzt sind. Beispiele für solche andere Gruppen sind Halogen, Aryl, substituiertes Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl und Kombinationen davon. Beispiele für geeignete substituierte Alkyl-Reste sind Benzyl und Trifluormethyl. Substituted alkyl, substituted alkenyl and substituted alkynyl are alkyl-alkenyl and alkynyl radicals in which one or more hydrogen atoms bound to one carbon atom of these radicals are replaced by another group. Examples of such other groups are halogen, aryl, substituted aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl and combinations thereof. Examples of suitable substituted alkyl radicals are benzyl and trifluoromethyl.
Unter den Begriffen Heteroalkyl, Heteroalkenyl und Heteroalkinyl sind Alkyl- Alkenyl- und Alkinyl-Reste zu verstehen, worin ein oder mehrere der Kohlenstoffatome in der Kohlenstoffkette durch ein Heteroatom ausgewählt aus N, O und S ersetzt sind. Die Bindung zwischen dem Heteroatom und einem weiteren Kohlenstoffatom kann dabei gesättigt oder ungesättigt sein. Unter Cycloalkyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung gesättigte cyclische nichtaromatische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die aus einem einzigen Ring oder mehreren kondensierten Ringen aufgebaut sind. Bevorzugt weisen die Cycloalkyl- Reste zwischen 3 und 8 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt zwischen 3 und 6 Kohlenstoffatome auf. Geeignete Cycloalkyl-Reste sind beispielsweise Cycloproyol, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctanyl und Bicyclooctyl. Unter Cycloalkenyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung teilweise ungesättigte, cyclische nicht-aromatische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die einen einzigen oder mehrere kondensierte Ringe aufweisen. Bevorzugt weisen die Cycloalkenyl-Reste 3 bis 8 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt 5 bis 6 Kohlenstoffatome auf. Ge- eignete Cycloalkenyl-Reste sind beispielsweise Cyclopentenyl, Cyclohexenyl und Cyc- looctenyl. By the terms heteroalkyl, heteroalkenyl and heteroalkynyl are meant alkyl-alkenyl and alkynyl radicals wherein one or more of the carbon atoms in the carbon chain are replaced by a heteroatom selected from N, O and S. The bond between the heteroatom and another carbon atom may be saturated or unsaturated. Cycloalkyl according to the present application is to be understood as meaning saturated cyclic nonaromatic hydrocarbon radicals which are composed of a single ring or several condensed rings. Preferably, the cycloalkyl radicals have between 3 and 8 carbon atoms and more preferably between 3 and 6 carbon atoms. Suitable cycloalkyl radicals are, for example, cycloproyol, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctanyl and bicyclooctyl. By cycloalkenyl, according to the present application, partially unsaturated, cyclic non-aromatic hydrocarbon radicals are to be understood which have a single or multiple condensed rings. The cycloalkenyl radicals preferably have 3 to 8 carbon atoms and particularly preferably 5 to 6 carbon atoms. Suitable cycloalkenyl radicals are, for example, cyclopentenyl, cyclohexenyl and cyclooctenyl.
Substituierte Cycloalkyl- und substituierte Cycloalkenyl-Reste sind Cycloalkyl- und Cycloalkenyl-Reste, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome eines Kohlenstoffatoms des Kohlenstoffrings durch eine andere Gruppe ersetzt sind. Solche andere Gruppen sind beispielsweise Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Alke- nyl, substituiertes Alkinyl, Aryl, substituiertes Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl, ein aliphatischer heterocyclischer Rest, ein substituierter aliphatischer heterocyclischer Rest, Heteroaryl, substituiertes Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy, Boryl, Phosphino, Amino, SiIyI, Thio, Seleno und Kombinationen davon. Beispiele für substituierte Cycloalkyl und Cycloalkenyl-Reste sind 4- Dimethylaminocyclohexyl und 4,5-Dibromocyclohept-4-enyl. Substituted cycloalkyl and substituted cycloalkenyl radicals are cycloalkyl and cycloalkenyl radicals wherein one or more hydrogen atoms of one carbon atom of the carbon ring are replaced by another group. Such other groups are, for example, halogen, alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, aryl, substituted aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl, an aliphatic heterocyclic radical, a substituted aliphatic heterocyclic radical, Heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy, boryl, phosphino, amino, SiIyI, thio, seleno and combinations thereof. Examples of substituted cycloalkyl and cycloalkenyl radicals are 4-dimethylaminocyclohexyl and 4,5-dibromocyclohept-4-enyl.
Unter Aryl sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung aromatische Reste zu verste- hen, die einen einzelnen aromatischen Ring oder mehrere aromatische Ringe aufweisen, die kondensiert sind, über eine kovalente Bindung oder durch eine Verknüpfungseinheit, wie eine Methylen- oder Ethylen-Einheit verknüpft sind. Solche Verknüpfungseinheiten können auch Carbonyl-Einheiten, wie in Benzophenon, oder Sauerstoff- Einheiten, wie in Diphenylether, oder Stickstoff-Einheiten, wie in Diphenylamin, sein. Bevorzugt weisen die Aryl-Reste 6 bis 20 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 6 bis 8 Kohlenstoff atome und insbesondere bevorzugt 6 Kohlenstoff atome auf. Beispiele für aromatische Ringe sind Phenyl, Naphthyl, Diphenyl, Diphenylether, Diphenylamin und Benzophenon. Substituierte Aryl-Reste sind Aryl-Reste, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an Kohlenstoffatome des Aryl-Rests gebunden sind, durch eine oder mehrere Gruppen wie Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Alkenyl, substituiertes Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl, Heterocyclo, substituiertes Hetereocyclo, Halogen, halogensubstituiertes Alkyl (z. B. CF3), Hydroxy, Amino, Phosphino, Alkoxy und Thio ersetzt wird. Darüber hinaus können ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an Kohlenstoffatome des Aryl-Rests gebunden sind, durch eine oder mehrere Gruppen wie gesättigte und/oder ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe, die an den aromatischen Ring bzw. an die aromatischen Ringe kondensiert sein können oder durch eine Bindung verknüpft sein können, oder über eine geeignete Gruppe miteinander verknüpft sein können, ersetzt werden. Geeignete Gruppen sind die vorstehend beschriebenen. Unter Heteroaryl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung die vorstehend genannten Arylverbindungen zu verstehen, worin ein oder mehrere Kohlenstoffatome des Rests durch ein Heteroatom, z. B. N, O oder S ersetzt sind. For the purposes of the present application, aryl is to be understood as meaning aromatic radicals which have a single aromatic ring or several aromatic rings which are condensed, linked via a covalent bond or by a linking unit such as a methylene or ethylene unit. Such linking moieties may also be carbonyl moieties, such as in benzophenone, or oxygen moieties, such as in diphenyl ether, or nitrogen moieties, such as in diphenylamine. The aryl radicals preferably have 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 8 carbon atoms, and especially preferably 6 carbon atoms. Examples of aromatic rings are phenyl, naphthyl, diphenyl, diphenyl ether, diphenylamine and benzophenone. Substituted aryl radicals are aryl radicals in which one or more hydrogen atoms bound to carbon atoms of the aryl radical are replaced by one or more groups such as alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl, heterocyclo, substituted heterocyclo, halogen, halo-substituted alkyl (eg CF 3 ), hydroxy, amino, phosphino, alkoxy and thio. In addition, one or more hydrogen atoms attached to carbon atoms of the aryl group may be bonded through one or more groups, such as saturated and / or unsaturated cyclic hydrocarbons, which may be fused to the aromatic ring (s) be linked, or linked together by a suitable group. Suitable groups are those described above. Under heteroaryl according to the present application, the above-mentioned aryl compounds to understand in which one or more carbon atoms of the radical by a heteroatom, for. B. N, O or S are replaced.
Unter Heterocyclo ist gemäß der vorliegenden Anmeldung ein gesättigter, teilweise ungesättigter oder ungesättigter cyclischer Rest zu verstehen, worin ein oder mehrere Kohlenstoffatome des Rests durch ein Heteroatom wie N, O oder S ersetzt sind. Beispiele für Heterocyclo-Reste sind Piperazinyl, Morpholinyl, Tetrahydropyranyl, Tetra- hydrofuranyl, Piperidinyl, Pyrolidinyl, Oxazolinyl, Pyridyl, Pyrazyl, Pyridazyl, Pyrimidyl. Heterocyclo in the present application means a saturated, partially unsaturated or unsaturated cyclic radical in which one or more carbon atoms of the radical have been replaced by a heteroatom such as N, O or S. Examples of heterocyclo radicals are piperazinyl, morpholinyl, tetrahydropyranyl, tetrahydrofuranyl, piperidinyl, pyrolidinyl, oxazolinyl, pyridyl, pyrazyl, pyridazyl, pyrimidyl.
Substituierte Heterocyclo-Reste sind solche Heterocyclo-Reste, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an eines der Ringatome gebunden sind, durch eine oder mehrere Gruppen wie Halogen, Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl, He- teroaryl, substituiertes Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy, Boryl, Phosphino, Amino, SiIyI, Thio, Seleno ersetzt sind. Substituted heterocyclo radicals are those heterocyclo radicals in which one or more hydrogen atoms bonded to one of the ring atoms are substituted by one or more groups such as halogen, alkyl, substituted alkyl, aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy , Aryloxy, boryl, phosphino, amino, SiIyI, thio, seleno are replaced.
Unter Alkoxy-Resten sind Reste der allgemeinen Formel -OZ1 zu verstehen, worin Z1 ausgewählt ist aus Alkyl, substituiertem Alkyl, Cycloalkyl, substituiertem Cycloalkyl, Heterocycloalkyl, substituiertem Heterocycloalkyl und SiIyI. Geeignete Alkoxy-Reste sind beispielsweise Methoxy, Ethoxy, Benzyloxy und t-Butoxy. Alkoxy radicals are radicals of the general formula -OZ 1 , where Z 1 is selected from alkyl, substituted alkyl, cycloalkyl, substituted cycloalkyl, heterocycloalkyl, substituted heterocycloalkyl and SiIyI. Suitable alkoxy radicals are, for example, methoxy, ethoxy, benzyloxy and t-butoxy.
Unter dem Begriff Aryloxy sind solche Reste der allgemeinen Formel -OZ2 zu verstehen, worin Z2 ausgewählt ist aus Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, substituiertem Heteroaryl und Kombinationen davon. Geeignete Aryloxy-Reste und Heteroaryloxy- Reste sind Phenoxy, substituiertes Phenoxy, 2-Pyridinoxy und 8-Chinolinoxy. By the term aryloxy are meant those radicals of general formula -OZ 2 wherein Z 2 is selected from aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl and combinations thereof. Suitable aryloxy radicals and heteroaryloxy radicals are phenoxy, substituted phenoxy, 2-pyridinoxy and 8-quinolinoxy.
Unter Amino-Resten sind Reste der allgemeinen Formel -NZ3Z4 zu verstehen, worin Z3 und Z4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Alkyl, substituiertem Alkyl, Cycloalkyl, substituiertem Cycloalkyl, Heterocycloalkyl, substituiertem Heterocycloalkyl, Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, substituiertem Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy und SiIyI. Amino radicals are radicals of the general formula -NZ 3 Z 4 in which Z 3 and Z 4 are selected independently of one another from hydrogen, alkyl, substituted alkyl, cycloalkyl, substituted cycloalkyl, heterocycloalkyl, substituted heterocycloalkyl, aryl, substituted aryl, Heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy and SiIyI.
Bevorzugte in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren eingesetzte aromati- sehe und heteroaromatische Kohlenwasserstoffe sind Benzol, Naphthalin, Diphenyl- methane, Anthracen, Toluol, XyIoI, Phenol und Anilin sowie Pyridin, Pyrazin, Pyridazin, Pyrimidin und Chinolin. Preferred aromatic and heteroaromatic hydrocarbons used in the amination process according to the invention are benzene, naphthalene, diphenylmethanes, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline, and also pyridine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine and quinoline.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird demnach mindestens ein Kohlenwasser- stoff aus der Gruppe Benzol, Naphthalin, Diphenylmethane, Anthracen, Toluol, XyIoI, Phenol und Anilin sowie Pyridin, Pyrazin, Pyridazin, Pyrimidin und Chinolin eingesetzt. Es ist auch möglich, Mischungen der genannten aromatischen bzw. heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe einzusetzen. Besonders bevorzugt wird mindestens ein a- romatischer Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Benzol, Naphthalin, Anthracen, Toluol, XyIoI Phenol und Anilin, ganz besonders bevorzugt Benzol, Toluol, und Naphthalin eingesetzt. In a preferred embodiment, therefore, at least one hydrocarbon from the group benzene, naphthalene, diphenylmethane, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline and pyridine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine and quinoline is used. It is also possible to use mixtures of said aromatic or heteroaromatic hydrocarbons. Particular preference is given to using at least one aromatic hydrocarbon from the group consisting of benzene, naphthalene, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline, very particularly preferably benzene, toluene and naphthalene.
Insbesondere bevorzugt wird Benzol in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Als aliphatischer Kohlenwasserstoff ist Methan für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere bevorzugt. Benzene is particularly preferably used in the process according to the invention. As the aliphatic hydrocarbon, methane is particularly preferred for use in the process of the present invention.
Aminierungsreagenz: Erfindungsgemäß enthält der Eduktstrom E mindestens ein Aminierungsreagenz. Geeignete Aminierungsreagenzien sind solche, durch die mindestens eine Aminogruppe in den zur Direktaminierung eingesetzten Kohlenwasserstoff eingeführt wird. Beispiele für bevorzugte Aminierungsreagenzien sind Ammoniak, primäre und sekundäre Amine und Verbindungen, die unter den Reaktionsbedingungen Ammoniak abspalten. Es ist auch möglich Mischungen von zwei oder mehreren der vorstehend genannten Aminie- rungsreazien einzusetzen. Amination Reagent: According to the invention, the reactant stream E contains at least one aminating reagent. Suitable aminating reagents are those which introduce at least one amino group into the hydrocarbon used for direct amination. Examples of preferred aminating reagents are ammonia, primary and secondary amines and compounds which split off ammonia under the reaction conditions. It is also possible to use mixtures of two or more of the abovementioned amination reagents.
Insbesondere bevorzugtes Aminierungsreagenz ist Ammoniak. Aminokohlenwasserstoffe: In particular, preferred amination reagent is ammonia. Aminokohlenwasserstoffe:
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Eduktstrom E, der mindestens einen Kohlenwasserstoff und mindestens ein Aminierungsreagenz enthält, zu einem Reaktionsgemisch R, das mindestens einen Aminokohlenwasserstoff und Wasserstoff enthält, umgesetzt. Dabei wird mindestens ein zum eingesetzten Kohlenwasserstoff korrespondierender Aminokohlenwasserstoff erhalten, der mindestens eine Aminogruppe mehr als der eingesetzte Kohlenwasserstoff enthält. Unter Aminokohlenwasserstoff ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung demnach das Reaktionsprodukt der im Verfahren eingesetzten Kohlenwasserstoffe mit dem Aminierungsreagenz zu verstehen. Hier- bei wird mindestens eine Aminogruppe von dem Aminierungsreagenz auf den Kohlenwasserstoff übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden 1 bis 6 Ami- nogruppen, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform 1 bis 3 Aminogruppen, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2 Aminogruppen und insbesondere bevorzugt 1 Aminogruppe auf den Kohlenwasserstoff übertragen. Die Anzahl der übertragenen Ami- nogruppen lässt sich durch das molare Verhältnis zwischen Aminierungsreagenz und zu aminierendem Kohlenwasserstoff sowie durch die Reaktionstemperatur steuern. Typischerweise beträgt das Verhältnis von Aminierungsreagenz zu Kohlenwasserstoff 0,5 bis 9, bevorzugt 1 bis 5, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3. Für den Fall, dass in das erfindungsgemäße Verfahren als Kohlenwasserstoff Benzol und als Aminierungsreagenz Ammoniak in einem Molverhältnis im Bereich von 1 bis 9 eingesetzt werden, wird als Aminokohlenwasserstoff Anilin erhalten. In the process according to the invention, a reactant stream E which comprises at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent is converted to a reaction mixture R which contains at least one amino hydrocarbon and hydrogen. At least one corresponding to the hydrocarbon used corresponding amino hydrocarbon is obtained which contains at least one amino group more than the hydrocarbon used. For the purposes of the present invention, aminohydrocarbon is therefore to be understood as meaning the reaction product of the hydrocarbons used in the process with the aminating reagent. In this case, at least one amino group is transferred from the aminating reagent to the hydrocarbon. In a preferred embodiment, 1 to 6 amino groups, in a particularly preferred embodiment 1 to 3 amino groups, very particularly preferably 1 to 2 amino groups and particularly preferably 1 amino group are transferred to the hydrocarbon. The number of amino groups transferred can be controlled by the molar ratio between amination reagent and hydrocarbon to be aminated and by the reaction temperature. Typically, the ratio of amination reagent to hydrocarbon is 0.5 to 9, preferably 1 to 5, more preferably 1, 5 to 3. In the event that in the process according to the invention as a hydrocarbon benzene and as amination ammonia in a molar ratio in the range of 1 to 9 are used, is obtained as the amino hydrocarbon aniline.
Für den Fall, dass in das erfindungsgemäße Verfahren als Kohlenwasserstoff Toluol und als Aminierungsreagenz Ammoniak in einem Molverhältnis im Bereich von 1 bis 9 eingesetzt wird, wird als Aminokohlewasserstoff Toluoldiamin erhalten. If toluene is used as the hydrocarbon in the process according to the invention and ammonia in the molar ratio in the range from 1 to 9 is used as the aminating reagent, toluene diamine is obtained as the aminohydrocarbons.
Für den Fall, dass in das erfindungsgemäße Verfahren als Kohlenwasserstoff Methan und als Aminierungsreagenz Ammoniak in einem Molverhältnis im Bereich von 1 bis 9 eingesetzt wird, wird als Aminokohlewasserstoff Methylamin, Dimethylamin oder Tri- methylamin oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren der vorstehend genannten Amine erhalten. In the event that methane is used in the process according to the invention as the hydrocarbon and ammonia in a molar ratio in the range from 1 to 9 as the aminating reagent, methylamine, dimethylamine or trimethylamine or a mixture of two or more of the abovementioned amines is obtained as aminohydrocarbyl ,
In einer besonderen Ausführungsform wird Benzol mit Ammoniak zu Anilin umgesetzt. In einer weitern besondern Ausführungsform wird Toluol mit Ammoniak zu Toluoldiamin umgesetzt. In a particular embodiment, benzene is reacted with ammonia to aniline. In another special embodiment, toluene is reacted with ammonia to form toluenediamine.
Katalysatoren: Die Direktaminierung wird in Gegenwart mindestens eines Katalysators durchgeführt. Catalysts: The direct amination is carried out in the presence of at least one catalyst.
Als Katalysatoren sind prinzipiell alle bekannten Aminierungskatalysatoren geeignet. Als Katalysatoren können die für die direkte Aminierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere die für die direkte Aminierung von Benzol mit Ammoniak zu Anilin bekann- ten Katalysatoren eingesetzt werden. Derartige Katalysatoren sind in der Patentliteratur beispielsweise in WO 2007/099028, WO 2007/096297, WO 2000/69804, WO 2008/009668, WO 2007/025882, US 3,919,155, US 3,929,889, US 4,001 ,260, US 4,031 ,106, und WO 99/10311 beschrieben. Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Entfernung des Wasserstoffs elektrochemisch und nicht durch chemische Umwandlung im Reaktionssystem erfolgt, können auch Katalysatoren eingesetzt werden, die keine gegenüber Wasserstoff reaktive Komponenten aufweisen. As catalysts, in principle, all known amination catalysts are suitable. Catalysts which may be used are those known for the direct amination of hydrocarbons, in particular those known for the direct amination of benzene with ammonia to form aniline. Such catalysts are described in the patent literature, for example, in WO 2007/099028, WO 2007/096297, WO 2000/69804, WO 2008/009668, WO 2007/025882, US Pat. No. 3,919,155, US Pat. No. 3,929,889, US Pat. No. 4,001,260, US Pat. No. 4,031,106, and US Pat WO 99/10311 described. Since, according to the process of the invention, the removal of the hydrogen takes place electrochemically and not by chemical conversion in the reaction system, it is also possible to use catalysts which have no components which are reactive toward hydrogen.
Als Katalysatoren können beispielsweise übliche Metallkatalysatoren auf der Basis vonAs catalysts, for example, conventional metal catalysts based on
Nickel, Eisen, Kobalt, Kupfer, Edelmetallen oder Legierungen dieser genannten Metalle eingesetzt werden. Bevorzugte Edelmetalle (EM) sind Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt und Au. In einer besonderen Ausführungsform werden die Edelmetalle Ru und Rh nicht alleine, sondern in Legierung mit einem oder mehreren anderen Übergangsmetallen, wie Co, Cu, Fe und Nickel eingesetzt. Beispiele für geeignete Katalysatoren sind geträgerte NiCuEM; CoCuEM; NiCoCuEM, NiMoEM, NiCrEM, NiReEM, CoMoEM, CoCrEM, Co- ReEM, FeCuEM, FeCoCuEM, FeMoEM, FeReEM Legierungen. Dabei ist EM ein E- delmetall, bevorzugt Pt, Pd, Ag, Ir, insbesondere bevorzugt Ag und/oder Ir. Weiter insbesondere bevorzugt ist NiCuEM, wobei EM aus Pt, Pd, Ag und/oder Ir ausgewählt ist. Nickel, iron, cobalt, copper, precious metals or alloys of these metals are used. Preferred noble metals (EM) are Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt and Au. In a particular embodiment, the noble metals Ru and Rh do not become alone, but used in alloy with one or more other transition metals, such as Co, Cu, Fe and nickel. Examples of suitable catalysts are supported NiCuEM; CoCuEM; NiCoCuEM, NiMoEM, NiCrEM, NiReEM, CoMoEM, CoCrEM, Co-ReEM, FeCuEM, FeCoCuEM, FeMoEM, FeReEM alloys. In this case, EM is a deliming metal, preferably Pt, Pd, Ag, Ir, particularly preferably Ag and / or Ir. Further particularly preferred is NiCuEM, wherein EM is selected from Pt, Pd, Ag and / or Ir.
In einer Ausführungsform dient der auf der Retentatseite eingesetzte Elektrokatalysator (Elektrode) gleichzeitig als Katalysator für die Umsetzung von Kohlenwasserstoff zu Aminokohlenwasserstoff (Aminierungskatalysator). In einer weiteren Ausführungsform kann der Aminierungskatalysator direkt auf dem Elektrokatalysator angebracht werden. In diesem Fall wird der bei der Reaktion freigesetzte Wasserstoff direkt von der Katalysatoroberfläche des Aminierungskatalysators durch die protonenleitende Membran abgeführt. In one embodiment, the electrocatalyst (electrode) used on the retentate side simultaneously serves as a catalyst for the conversion of hydrocarbon to aminocarbon (amination catalyst). In another embodiment, the amination catalyst may be attached directly to the electrocatalyst. In this case, the hydrogen released in the reaction is discharged directly from the catalyst surface of the amination catalyst through the proton-conducting membrane.
Der Katalysator kann in allgemein üblicher Form, beispielsweise als Pulver oder für den Einsatz im Festbett in Form von Strängen, Kugeln, Tabletten oder Ringe eingesetzt werden. Die katalytisch aktiven Bestandteile können auf einem Trägermaterial vorliegen. Als Trägermaterial kommen beispielsweise anorganische Oxide, beispiels- weise ZrO2, SiO2, AI2O3, MgO, TiO2, B2O3, CaO, ZnO, BaO, ThO2, CeO2, Y2O3 und Mischungen dieser Oxide, wie Magnesium-Aluminium-oxid, bevorzugt TiO2, ZrO2, AI2O3, Magnesium-Aluminium-oxid und SiO2 in Betracht. Besonders bevorzugt sind AI2O3, ZrO2 und Magnesium-Aluminium-oxid. Unter ZrO2 wird sowohl reines ZrO2 als auch das normale Hf-enthaltende ZrO2 verstanden. The catalyst can be used in generally conventional form, for example as a powder or for use in a fixed bed in the form of strands, spheres, tablets or rings. The catalytically active constituents can be present on a carrier material. Examples of suitable carrier materials are inorganic oxides, for example ZrO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , B 2 O 3 , CaO, ZnO, BaO, ThO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 and mixtures thereof Oxides, such as magnesium aluminum oxide, preferably TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , magnesium aluminum oxide and SiO 2 into consideration. Particularly preferred are Al 2 O 3 , ZrO 2 and magnesium aluminum oxide. ZrO 2 is understood as meaning both pure ZrO 2 and the normal Hf-containing ZrO 2 .
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzten Katalysatoren können regeneriert werden, z.B. indem man eine reduktive Atmosphäre über den Katalysator leitet oder zuerst eine oxidative und anschließend eine reduktive Atmosphäre über oder durch das Katalysatorbett führt. Als reduktive Atmosphäre wird vorzugsweise eine H2-Atmosphäre verwendet. The catalysts preferably used in the process according to the invention can be regenerated, for example by passing a reductive atmosphere over the catalyst or by first passing an oxidative and then a reductive atmosphere over or through the catalyst bed. As the reductive atmosphere, an H 2 atmosphere is preferably used.
Reaktionsbedingungen Direktaminierung:  Reaction Conditions Directamination:
Die Direktaminierung kann unter oxidativen oder nicht oxidativen Bedingungen durchgeführt werden. Die Direktaminierung kann darüber hinaus unter katalytischen oder nicht katalytischen Bedingungen durchgeführt werden. The direct amination can be carried out under oxidative or non-oxidative conditions. The direct amination can also be carried out under catalytic or non-catalytic conditions.
In einer bevorzugten Ausführungsform findet die Direktaminierung in Gegenwart eines Katalysators unter nicht-oxidativen Bedingungen statt. Nicht-oxidativ gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet in Bezug auf die Direktaminierung, dass die Konzentration von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff oder Stickoxiden in den eingesetzten Edukten (Eduktstrom E) unterhalb von 5 Gew.-%, bevorzugt unterhalb von 1 Gew.-%, besonders bevorzugt unterhalb von 0,1 Gew.-% liegt (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Eduktstroms E). Unter Eduktstrom E wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Strom verstanden, der zum Reaktor geführt wird und mindestens einen Kohlenwasserstoff und mindestens ein Aminierungsreagenz enthält. Ganz besonders bevorzugt ist der Eduktstrom E frei von Sauerstoff. Ebenfalls besonders bevorzugt ist eine Konzentration an Oxidationsmittel im Eduktstrom E, die gleichgroß oder geringer ist als die Konzentration an Oxidationsmitteln in der Quelle, aus der die eingesetzten Kohlenwasserstoffe und Aminierungsreagenzien stammen. In a preferred embodiment, the directamination takes place in the presence of a catalyst under non-oxidative conditions. Non-oxidative according to the present invention in terms of direct amination means that the concentration of oxidants such as oxygen or nitrogen oxides in the educts used (Eduktstrom E) below 5 wt .-%, preferably below 1 wt .-%, more preferably below 0.1 wt .-% (in each case based on the total weight of the reactant stream E). Educt stream E is understood in the context of the present invention to mean the stream which is conducted to the reactor and contains at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent. Most preferably, the reactant stream E is free of oxygen. Also particularly preferred is a concentration of oxidant in the reactant stream E, which is equal to or less than the concentration of oxidizing agents in the source from which the hydrocarbons and aminating reagents used originate.
Die Reaktionsbedingungen in den erfindungsgemäßen Direktaminierungsverfahren sind unter anderem von dem zu aminierenden Kohlenwasserstoff und dem eingesetzten Katalysator abhängig. Die Direktaminierung erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen von 20 bis 800 0C, bevorzugt 50 bis 700 0C, besonders bevorzugt 70 bis 350 0C. The reaction conditions in the direct laminating process according to the invention depend inter alia on the hydrocarbon to be aminated and the catalyst used. The direct amination is generally carried out at temperatures of 20 to 800 0 C, preferably 50 to 700 0 C, particularly preferably 70 to 350 0 C.
Der Reaktionsdruck beträgt bei der Direktaminierung vorzugsweise 0,5 bis 40 bar, bevorzugt 1 bis 6 bar, besonders bevorzugt 1 bis 3 bar, insbesondere Atmosphärendruck. The reaction pressure in the directamination is preferably 0.5 to 40 bar, preferably 1 to 6 bar, particularly preferably 1 to 3 bar, in particular atmospheric pressure.
Die Verweilzeit bei diskontinuierlicher Verfahrensführung beträgt in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren im Allgemeinen 15 Minuten bis 8 Stunden, bevorzugt 15 Minuten bis 4 Stunden, besonders bevorzugt 15 Minuten bis 1 Stunde. Bei Durchführung in einem kontinuierlichen Verfahren beträgt die Verweilzeit im Allgemeinen 0,1 Sekunden bis 20 Minuten, bevorzugt 0,5 Sekunden bis 10 Minuten. Für die bevorzugten kontinuierlichen Verfahren bedeutet„Verweilzeit" in diesem Zusammenhang die Verweilzeit des Eduktstroms E am Katalysator, für Festbettkatalysatoren somit die Verweilzeit im Katalysatorbett, für Wirbelschichtreaktoren wird der Syntheseteil des Reaktors (Teil des Reaktors, wo der Katalysator lokalisiert ist) betrachtet. The residence time in the case of discontinuous process control in the amination process according to the invention is generally from 15 minutes to 8 hours, preferably from 15 minutes to 4 hours, particularly preferably from 15 minutes to 1 hour. When carried out in a continuous process, the residence time is generally 0.1 second to 20 minutes, preferably 0.5 second to 10 minutes. For the preferred continuous process "residence time" in this context means the residence time of the reactant stream E on the catalyst, for fixed bed catalysts thus the residence time in the catalyst bed, for fluidized bed reactors, the synthesis part of the reactor is considered (part of the reactor where the catalyst is located).
Die relative Menge des eingesetzten Kohlenwasserstoffs und des Aminierungsreagenz ist abhängig von der durchgeführten Aminierungsreaktion und den Reaktionsbedingungen. Im Allgemeinen werden mindestens stöchiometrische Mengen des Kohlenwasserstoffs und des Aminnierungsreagenz eingesetzt. Bevorzugt wird einer der Reaktionspartner im stöchiometrischen Überschuss eingesetzen, um eine Gleichgewichts- Verschiebung auf die Seite des gewünschten Produkts und somit einen höheren Umsatz zu erreichen. Bevorzugt wird das Aminnierungsreagenz im stöchiometrischen Ü- berschuss im Bezug auf den Kohlenwasserstoff eingesetzt. Das Verhältnis Aminierungsreagenz zu Kohlenwasserstoff beträgt 0,5 bis 9, bevorzugt 1 bis 5, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3. Wasserstoffabtrennung: The relative amount of the hydrocarbon used and of the amination reagent depends on the amination reaction carried out and the reaction conditions. Generally, at least stoichiometric amounts of the hydrocarbon and the amine reagent are used. Preferably, one of the reactants will be used in stoichiometric excess to achieve equilibrium shift to the desired product side and thus higher conversion. Preferably, the Aminnierungsreagenz is used in stoichiometric excess with respect to the hydrocarbon. The ratio of amination reagent to hydrocarbon is 0.5 to 9, preferably 1 to 5, particularly preferably 1, 5 to 3. Hydrogen separation:
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Teil des im Reaktionsgemisch R enthaltenen Wasserstoffs elektrochemisch abgetrennt. Unter dem Reaktionsgemisch R ist das Gemisch zu verstehen, das durch die chemische Umsetzung von mindestens einem Kohlenwasserstoff mit mindestens einem Aminierungsreagenz entsteht. Das Reaktionsgemisch enthält daher üblicherweise als Reaktionsprodukte den oder die korrespondierenden Aminokohlenwasserstoffe und Wasserstoff. Gegebenenfalls kann das Reaktionsgemisch R darüber hinaus nicht umgesetzte Edukte enthalten. Der Was- serstoff wird mittels einer gasdichten Membran-Elektroden-Assembly abgetrennt, wobei der abzutrennende Wasserstoff in Form von Protonen durch die Membran transportiert wird. Die Elektroden mit der dazwischen angeordneten Membran werden Membran-Elektroden-Assembly (MEA) genannt. Das Reaktionsgemisch R wird auf einer Seite der Membran entlang geführt. Diese Seite wird im Folgenden Retentatseite genannt. Die andere Seite der Membran wird im Folgenden als Permeatseite bezeichnet. Auf dieser Seite wird der gemäß Teilschritt b1 ) entstandene Wasserstoff und das gemäß Teilschritt b2) entstandene Wasser abgeführt. In the process according to the invention, at least part of the hydrogen contained in the reaction mixture R is separated off electrochemically. The reaction mixture R is understood to mean the mixture which is formed by the chemical reaction of at least one hydrocarbon with at least one amination reagent. The reaction mixture therefore usually contains as reaction products the corresponding amino hydrocarbons and hydrogen. Optionally, the reaction mixture R may further contain unreacted starting materials. The hydrogen is separated by means of a gas-tight membrane-electrode assembly, wherein the hydrogen to be separated is transported in the form of protons through the membrane. The electrodes with the membrane interposed therebetween are called Membrane Electrode Assembly (MEA). The reaction mixture R is guided along one side of the membrane. This page is called retentate page below. The other side of the membrane is referred to below as the permeate side. On this page, the hydrogen formed in sub-step b1) and the water formed in sub-step b2) are removed.
Erfindungsgemäß weist die MEA mindestens eine selektiv protonenleitende Membran auf. Die Membran weist auf jeder Seite mindestens einen Elektrodenkatalysator auf, wobei im Rahmen dieser Beschreibung der auf der Retentatseite befindliche Elektrodenkatalysator als Anodenkatalysator, der auf der Permeatseite befindliche Elektrodenkatalysator als Kathodenkatalysator bezeichnet wird. Auf der Retentatseite wird der Wasserstoff am Anodenkatalysator zu Protonen oxidiert, diese durchqueren die Memb- ran und werden auf der Permeatseite am Kathodenkatalysator teilweise zu Wasserstoff (b1 ) reduziert und teilweise unter Erzeugung von elektrischer Energie mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt (b2); in Teilschritt b2) wird dazu an der Permeatseite ein Sauerstoff enthaltender Strom O entlanggeführt und mit der Membran in Kontakt gebracht. Bei dem Teilschritt b1 ) muss für den Transport der Protonen durch die Membran elektri- sehe Energie aufgewendet werden, die durch Anlegen einer Gleichspannung an die beiden Seiten der Membran mittels Elektroden zugeführt wird. According to the invention, the MEA has at least one selectively proton-conducting membrane. The membrane has at least one electrode catalyst on each side, in the context of this description the electrode catalyst located on the retentate side being referred to as anode catalyst, and the electrode catalyst located on the permeate side as cathode catalyst. On the retentate side, the hydrogen is oxidized to protons at the anode catalyst, these pass through the membrane and are partially reduced to hydrogen (b1) on the permeate side of the cathode catalyst and partially converted to water to produce electrical energy with oxygen (b2); in substep b2), an oxygen-containing stream O is guided along the permeate side and brought into contact with the membrane. In sub-step b1), electrical energy must be expended through the membrane for the transport of the protons, which energy is supplied by applying a DC voltage to the two sides of the membrane by means of electrodes.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wasserstoff direkt aus dem Reaktionsgemisch R abgetrennt. Weiterhin bevorzugt wird der Wasserstoff direkt aus der Reakti- onszone RZ abgetrennt, in der das Reaktionsgemisch R gebildet wird. In a preferred embodiment, the hydrogen is separated directly from the reaction mixture R. Furthermore, the hydrogen is preferably separated off directly from the reaction zone RZ, in which the reaction mixture R is formed.
Unter Reaktionszone RZ im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Bereich zu verstehen, in dem die chemische Umsetzung von mindestens einem Kohlenwasserstoff und mindestens einem Aminierungsreagenz zum Reaktionsgemisch R stattfindet. Die Abtrennung des Wasserstoffs nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei Temperaturen von 20 bis 800 0C, bevorzugt von 50 bis 700 0C, besonders bevorzugt von 70 bis 350 0C durchgeführt werden. Bei Verwendung von MEAs basierend auf Po- lybenzimidazol und Phosphorsäure wird die Abtrennung bevorzugt bei 130 bis 200 0C vorgenommen. Bei der Verwendung von keramischen Membranen, z.B. auf Basis von Ammoniumpolyphosphat, kann bei Temperaturen von 250 bis 350 0C gearbeitet werden. Reaction zone RZ in the context of the present invention is to be understood as the region in which the chemical reaction of at least one hydrocarbon and at least one aminating reagent takes place for the reaction mixture R. The separation of hydrogen according to the inventive process may be from 0 C at temperatures of 20 to 800, are preferably carried out from 50 to 700 0 C, particularly preferably from 70 to 350 0 C. When using MEAs based on polyvinyl lybenzimidazol and phosphoric acid, the separation is carried out preferably at 130 to 200 0 C. When using ceramic membranes, for example based on ammonium polyphosphate, it is possible to work at temperatures of 250 to 350 ° C.
Die Abtrennung des Wasserstoffs nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor- zugsweise bei Drücken von 0,5 bis 10 bar, bevorzugt von 1 bis 6 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 3 bar, insbesondere bei Atmosphärendruck vorgenommen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Druckunterschied zwischen der Retentat- und der Permeatseite der Membran unter 1 bar, bevorzugt unter 0,5 bar, besonders bevorzugt besteht kein Druckunterschied. The separation of the hydrogen by the process according to the invention is preferably carried out at pressures of from 0.5 to 10 bar, preferably from 1 to 6 bar, more preferably from 1 to 3 bar, in particular at atmospheric pressure. According to a preferred embodiment of the invention, the pressure difference between the retentate and the permeate side of the membrane is below 1 bar, preferably below 0.5 bar, more preferably there is no pressure difference.
Die Abtrennung des Wasserstoffs wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung eines Potentialunterschiedes zwischen den beiden Seiten der Membran durch Anlegen einer Spannung herbeigeführt. Die Abtrennung wird bei Spannungen von 0,05 bis 2000 mV, bevorzugt von 100 bis 900 mV, besonders bevorzugt von 100 bis 800 mV, gemessen gegen eine Wasserstoffreferenzelektrode (RHE) durchgeführt. The separation of the hydrogen is brought about by the formation of a potential difference between the two sides of the membrane by applying a voltage according to the invention. The separation is carried out at voltages from 0.05 to 2000 mV, preferably from 100 to 900 mV, particularly preferably from 100 to 800 mV, measured against a hydrogen reference electrode (RHE).
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Teil des bei der Direktaminierung entstandenen Wasserstoffs abgetrennt. Bevorzugt werden mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 70 % und ganz besonders bevor- zugt mindestens 95 %, insbesondere mindestens 98 % abgetrennt. According to the invention, at least part of the hydrogen formed in the direct amination is separated off. Preferably at least 30%, more preferably at least 50%, more preferably at least 70%, and most preferably at least 95%, especially at least 98% are separated off.
Der auf der Permeatseite erhaltene Wasserstoff enthält höchstens 5 Mol-%, bevorzugt höchstens 2 Mol-% und besonders bevorzugt höchstens 1 Mol-% Kohlenwasserstoffe. Darüber hinaus kann der Wasserstoff je nach verwendeter selektiv Protonen leitenden Membran bis zu 30 Mol-%, bevorzugt bis zu 10 Mol-%, besonders bevorzugt bis zu 2 Mol-% Wasser enthalten. Die Gegenwart von Wasser ist bei einigen Membrantypen, zum Beispiel bei bestimmten Polymermembranen zur Befeuchtung der Polymermembran erforderlich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch R in einem Reaktor durchgeführt, der mit mindestens einer gasdichten MEA in der Art ausgestattet ist, dass die Reaktionszone RZ auf der Reten- tatseite der Membran liegt bzw. diese bildet. Die Abtrennung kann in einer Ausführungsform beispielsweise in einem Reaktor, dessen Außenwände zumindest teilweise aus gasdichten MEAs gebildet sind, durchgeführt werden. Der abgetrennte Wasserstoff kann vor der Weiterverwendung noch getrocknet werden, dies wird insbesondere durchgeführt, wenn die Abtrennung durch eine Polymermembran erfolgt, die befeuchtet werden muss. Reaktoren: The hydrogen obtained on the permeate side contains at most 5 mol%, preferably at most 2 mol% and particularly preferably at most 1 mol% of hydrocarbons. In addition, the hydrogen may contain up to 30 mol%, preferably up to 10 mol%, particularly preferably up to 2 mol%, of water, depending on the selectively proton-conducting membrane used. The presence of water is required with some types of membranes, for example, certain polymer membranes to moisten the polymer membrane. According to a preferred embodiment, the separation of the hydrogen from the reaction mixture R is carried out in a reactor which is equipped with at least one gas-tight MEA in such a way that the reaction zone RZ is on the retinal side of the membrane or forms. In one embodiment, the separation can be carried out, for example, in a reactor whose outer walls are at least partially formed from gas-tight MEAs. The separated hydrogen can still be dried prior to further use, this is carried out in particular if the separation takes place through a polymer membrane which has to be moistened. reactors:
Im erfindungsgemäßen Verfahren können alle Reaktortypen eingesetzt werden, die für Direktaminierungsreaktionen geeignet sind, und die durch mindestens eine gasdichte MEA modifiziert wurden. In the process according to the invention, it is possible to use all reactor types which are suitable for direct lamination reactions and which have been modified by at least one gas-tight MEA.
Geeignete Reaktoren sind somit Rohr-Reaktoren, Festbettreaktoren, Membranereaktoren, Wirbelschichtreaktoren, Wanderbetten, zirkulierende Wirbelschichten, Salzbadreaktoren, Plattenwärmetauscher-Reaktoren, Hordenreaktoren mit mehreren Horden mit/oder ohne Wärmetausch bzw. Abzug/Zufuhr von Teilströmen zwischen den Hor- den, in möglichen Ausführungen als Radialstrom- oder Axialstromreaktoren, wobei jeweils der für die gewünschten Reaktionsbedingungen (wie Temperatur, Druck und Verweilzeit) geeignete Reaktor eingesetzt wird. Die Reaktoren können jeweils als einzelner Reaktor (Single reactor), als Serie von einzelnen Reaktoren und/oder in Form von zwei oder mehr parallelen Reaktoren eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als semi-kontinuierliche Reaktion oder kontinuierliche Reaktion durchgeführt werden. Der spezielle Reaktoraufbau und die Durchführung der Reaktion können in Abhängigkeit von dem durchzuführenden Aminierungsverfahren, dem Aggregatzustand des zu aminierenden aromatischen Kohlenwasserstoffs, den erforderlichen Reaktionszeiten und der Natur des eingesetzten Katalysators variieren. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Direktaminierung in einem Festbettreaktor oder Wirbelschichtreaktor durchgeführt, die erfindungsgemäß mit mindestens einer MEA modifiziert wurden. Suitable reactors are thus tubular reactors, fixed bed reactors, membrane reactors, fluidized bed reactors, moving beds, circulating fluidized beds, Salzbadreaktoren, plate heat exchanger reactors, Horden reactors with multiple hordes with / without heat exchange or withdrawal / supply of partial streams between the Hor-, in possible embodiments as radial flow or axial flow reactors, wherein in each case the reactor suitable for the desired reaction conditions (such as temperature, pressure and residence time) is used. The reactors can each be used as a single reactor, as a series of individual reactors and / or in the form of two or more parallel reactors. The process according to the invention can be carried out as a semi-continuous reaction or a continuous reaction. The specific reactor design and the performance of the reaction may vary depending on the amination procedure to be performed, the state of matter of the aromatic hydrocarbon to be aminated, the reaction times required, and the nature of the catalyst employed. The process according to the invention for directamination is preferably carried out in a fixed bed reactor or fluidized bed reactor which has been modified according to the invention with at least one MEA.
Elektrodenkatalvsatoren: Elektrodenkatalvsatoren:
Die Funktion von Elektrodenkatalysators wird z. B. in Journal of Power Sources 177 (2008), 478-484, K.A. Perry, G.A. Eisman, B.C. Benicewicz Εlectrochemical hydrogen pumping using a high-temperature polybenzimidazole (PBI) membrane" beschrieben. Um einen guten Kontakt der Membran mit dem auf der Retentatseite befindlichen Wasserstoff und einen guten Abtransport des abgetrennten Wasserstoffs auf der Per- meatseite zu gewährleisten, sind die Elektrodenschichten üblicherweise mit Gasverteilerschichten kontaktiert. Diese sind zum Beispiel Platten mit einer gitterartigen Oberflächenstruktur aus einem System feiner Kanäle oder Schichten aus porösem Material wie Vlies, Gewebe oder Papier. Die Gesamtheit von Gasverteilerschicht und Elektrodenschicht wird im Allgemeinen als Gasdiffusionselektrode (GDE) bezeichnet. Durch die Gasverteilerschicht wird der abzutrennende Wasserstoff auf der Retentatseite nahe an die Membran und den Anodenkatalysator geführt und auf der Permeatseite der Abtransport des gebildeten Wasserstoffs erleichtert. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann die Anode gleichzeitig auch als Anodenkatalysator und die Kathode gleichzeitig auch als Kathodenkatalysator dienen. Es können jedoch auch jeweils unterschiedliche Materialien für die Anode und den Anodenkatalysator bzw. die Kathode und den Kathodenkatalysator verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Anodenkatalysator gleichzeitig auch als Aminierungskatalysator dienen. In diesem Fall wird der Anodenkatalysator aus mindestens einem Material der vorstehend genannten Aminierungskatalysatoren ausgebildet. Zur Herstellung der Elektroden können die üblichen, dem Fachmann bekannten Materialien verwendet werden, beispielsweise Pt, Pd, Cu, Ni, Ru, Co, Cr, Fe, Mn, V, W, Wolframcarbid, Mo, Molybdäncarbid, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb, elektrisch leitende Formen von Kohlenstoff wie Ruß, Graphit und Nanoröhrchen sowie Legierungen und Mischungen der vorstehend genannten Elemente. The function of electrode catalyst is z. See, for example, Journal of Power Sources 177 (2008), 478-484, KA Perry, GA Eisman, BC Benicewicz "Electrochemical hydrogen pumping using a high-temperature polybenzimidazole (PBI) membrane." To ensure good contact of the membrane with that on the Retentate side hydrogen and ensure good removal of the separated hydrogen on the permeate side, the electrode layers are usually contacted with gas distribution layers., These are, for example, plates with a lattice-like surface structure of a system of fine channels or layers of porous material such as nonwoven fabric or fabric The entirety of gas distribution layer and electrode layer is generally referred to as gas diffusion electrode (GDE) the gas distribution layer, the hydrogen to be separated on the retentate side is guided close to the membrane and the anode catalyst and facilitated on the permeate side, the removal of the hydrogen formed. Depending on the embodiment of the invention, the anode can simultaneously serve as an anode catalyst and the cathode at the same time as a cathode catalyst. However, it is also possible to use different materials for the anode and the anode catalyst or the cathode and the cathode catalyst. In one embodiment of the invention, the anode catalyst may also serve as an amination catalyst at the same time. In this case, the anode catalyst is formed from at least one material of the abovementioned amination catalysts. The customary materials known to the person skilled in the art can be used for producing the electrodes, for example Pt, Pd, Cu, Ni, Ru, Co, Cr, Fe, Mn, V, W, tungsten carbide, Mo, molybdenum carbide, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb, electrically conductive forms of carbon such as carbon black, graphite and nanotubes, and alloys and mixtures of the foregoing elements.
Die Anode und die Kathode können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Der Anodenkatalysator und der Kathodenkatalysator können aus den gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien ausgewählt sein. Besonders bevorzugt sind als Anoden/Kathoden-Kombination Pt/Pt, Pd/Pd, Pt/Pd, Pd/Pt, Pd/Cu, Pd/Ag, Ni/Pt, Ni/Ni und Fe/Fe. The anode and the cathode may be made of the same material or of different materials. The anode catalyst and the cathode catalyst may be selected from the same or different materials. Particularly preferred as the anode / cathode combination are Pt / Pt, Pd / Pd, Pt / Pd, Pd / Pt, Pd / Cu, Pd / Ag, Ni / Pt, Ni / Ni and Fe / Fe.
Als Elektrodenkatalysatormaterial können die üblichen, dem Fachmann bekannten Verbindungen und Elemente verwendet werden, die die Dissoziation von molekularem Wasserstoff in atomaren Wasserstoff, die Oxidation von Wasserstoff zu Protonen so- wie die Reduktion von Protonen zu Wasserstoff katalysieren können. Geeignet sind beispielsweise Pd, Pt, Cu, Ni, Ru, Fe, Co, Cr, Mn, V, W, Wolframcarbid, Mo, Molybdäncarbid, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb sowie Legierungen und Mischungen davon, bevorzugt sind erfindungsgemäß Pd, Pt und Ni. Die vorstehend als Elektrodenkatalysatormaterial genannten Elemente und Verbindungen können auch geträgert vorliegen, bevorzugt wird dabei Kohlenstoff als Träger eingesetzt. As electrode catalyst material it is possible to use the customary compounds known to the person skilled in the art and elements which can catalyze the dissociation of molecular hydrogen into atomic hydrogen, the oxidation of hydrogen into protons and the reduction of protons to hydrogen. Suitable examples are Pd, Pt, Cu, Ni, Ru, Fe, Co, Cr, Mn, V, W, tungsten carbide, Mo, molybdenum carbide, Zr, Rh, Ag, Ir, Au, Re, Y, Nb and alloys and mixtures of these, Pd, Pt and Ni are preferred according to the invention. The elements and compounds mentioned above as the electrode catalyst material may also be present in a supported state, preference being given to using carbon as the carrier.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt Kohlenstoff als leitendes Material enthaltende Elektroden verwendet. Dabei wird der Kohlenstoff und ein Elektrodenkatalysator bevorzugt auf einem porösen Träger wie Vlies, Gewebe oder Papier aufgebracht. Der Kohlenstoff kann dabei mit dem Katalysa- tor vermischt oder zunächst der Kohlenstoff und anschließend der Katalysator aufgebracht werden. According to a preferred embodiment of the present invention, carbon containing conductive material electrodes is preferably used. In this case, the carbon and an electrode catalyst are preferably applied to a porous support such as fleece, fabric or paper. The carbon can be mixed with the catalyst or first the carbon and then the catalyst are applied.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das als Elektrode einge- setzte elektrisch leitende Material und der Elektrodenkatalysator direkt auf der Membran aufgebracht. According to a further embodiment of the invention, the electrically conductive material used as the electrode and the electrode catalyst are applied directly to the membrane.
Membranen: Die Membran ist vorzugsweise als Platte oder als Rohr ausgebildet, wobei die üblichen, aus dem Stand der Technik zur Auftrennung von Gasgemischen bekannten Membrananordnungen verwendet werden können beispielsweise Rohrbündel- oder Steckplattenmembran. Die erfindungsgemäß eingesetzte MEA ist gasdicht, das heißt sie weist praktisch keine Porosität auf, durch die Gase in atomarer oder molekularer Form von einer Seite auf die andere Seite der MEA gelangen können, noch weist sie Mechanismen auf, durch die Gase unselektiv beispielsweise durch Adsorption, Lösung in der Membran, Diffusion und Desorption durch die MEA transportiert werden können. Die Dichtigkeit der Membran-Elektroden-Assembly (MEA) kann entweder durch eine gasdichte Membran, durch eine gasdichte Elektrode oder einen gasdichten Elektrodenkatalysator sowie durch eine Kombination davon gewährleistet werden. So kann als gasdichte Elektrode zum Beispiel eine dünne metallische Folie verwendet werden, beispielsweise eine Pd-, Pd-Ag oder Pd-Cu-Folie. Weiterhin leitet die erfindungsgemäß eingesetzte Membran selektiv Protonen, das heißt insbesondere, dass sie nicht elektronenleitend ist. Membranes: The membrane is preferably formed as a plate or as a tube, wherein the usual, known from the prior art for the separation of gas mixtures membrane arrangements can be used, for example, tube bundle or plug-in membrane. The MEA used in the invention is gas-tight, that is, it has virtually no porosity, can pass through the gases in atomic or molecular form from one side to the other side of the MEA, nor does it have mechanisms by the gases nonselectively, for example by adsorption, Solution in the membrane, diffusion and desorption can be transported through the MEA. The tightness of the membrane-electrode assembly (MEA) can be ensured either by a gas-tight membrane, by a gas-tight electrode or a gas-tight electrode catalyst and by a combination thereof. For example, as a gas-tight electrode, a thin metallic foil may be used, for example, a Pd, Pd-Ag or Pd-Cu foil. Furthermore, the membrane used according to the invention selectively conducts protons, that is to say in particular that it is not electron-conducting.
Erfindungsgemäß können für die Membranen alle dem Fachmann bekannten Materialien eingesetzt werden, aus denen sich selektiv protonenleitende Membranen formen lassen. Hierzu gehören beispielsweise die von J. W. Phair und S. P. S. Badwal in lo- nies (2006) 12, Seiten 103 - 115 aufgeführten Materialien. Auch selektiv protonenleitende Membranen, wie sie aus der Brennstoffzellentechnik bekannt sind, können erfindungsgemäß verwendet werden. According to the invention, it is possible to use for the membranes all materials known to those skilled in the art, from which it is possible to form selectively proton-conducting membranes. These include, for example, the materials listed by J.W. Phair and S.P.S. Badwal in London (2006) 12, pages 103-115. Also selectively proton-conducting membranes, as they are known from fuel cell technology, can be used according to the invention.
Beispielsweise können die nachfolgenden keramischen Membranen wie bestimmte Heteropolysäuren wie H3Sb3B2Oi4• 10H2O, H2Ti4O9• 12H2O und HSbP2O8• 10 H2O; saure Zirkoniumsilikate, -phosphate und -phosphonate in Schichtstruktur wieFor example, the following ceramic membranes such as certain heteropolyacids such as H 3 Sb 3 B 2 O 4 • 10H 2 O, H 2 Ti 4 O 9 • 12H 2 O and HSbP 2 O 8 • 10 H 2 O; Acid zirconium silicates, phosphates and phosphonates in layered structure such as
K2ZrSi3O9, K2ZrSi3O9, alpha-Zr(HPO4)2• nH2O, gamma-Zr(PO4)-(H2PO4)• 2H2O, alpha- und gamma-Zr-Sulfophenylphosphonat oder Sulfoarylphosphonat; nicht geschichteteK 2 ZrSi 3 O 9 , K 2 ZrSi 3 O 9 , alpha-Zr (HPO 4 ) 2 • nH 2 O, gamma-Zr (PO 4 ) - (H 2 PO 4 ) • 2H 2 O, alpha and gamma Zr sulfophenyl phosphonate or sulfoaryl phosphonate; not stratified
Oxidhydrate wie Antimonsäure (Sb2O5• 2H2O), V2O5• nH2O, ZrO2• nH2O, SnO2• nH2O und Ce(HPO4)2• nH2O eingesetzt werden. Weiterhin können Oxosäuren undOxide hydrates such as antimony acid (Sb 2 O 5 • 2H 2 O), V 2 O 5 • nH 2 O, ZrO 2 • nH 2 O, SnO 2 • nH 2 O and Ce (HPO 4 ) 2 • nH 2 O are used. Furthermore, oxo acids and
Salze, die zum Beispiel Sulfat-, Selenat-, Phosphat-, Arsenat-, Nitrat-Gruppen usw. enthalten, verwendet werden. Besonders geeignet sind Oxoanionensysteme auf Basis von Phosphaten oder komplexen Heteropolysäuren wie Polyphosphatgläser, Aluminiumpolyphosphat, Ammoniumpolyphosphat und Polyphosphatzusammensetzungen wie NH4PO3/(NH4)2SiP4Oi3 und NH4PO3ZTiP2O7. Weiterhin sind oxidische Materialien ein- setzbar, wie Brownmillerite, Fluorite und Phosphate mit Apatitstruktur, Pyrochlor- Mineralien und Perovskite. Generell können alle protonenleitenden Materialien, wie z.B. auch Zeolithe, Alumosilikate, xAI2O3(1 -X)SiO2, SnP2O7,Salts containing, for example, sulfate, selenate, phosphate, arsenate, nitrate groups, etc. to be used. Particularly suitable are Oxoanionensysteme based on phosphates or complex heteropolyacids such as polyphosphate, aluminum polyphosphate, ammonium polyphosphate and polyphosphate compositions such as NH 4 PO 3 / (NH 4) 2 SiP 4 OI3 and NH 4 PO 3 2 O ZTiP. 7 Furthermore, oxidic materials can be used, such as brownmillerites, fluorites and phosphates with apatite structure, pyrochlore minerals and perovskites. In general, all proton-conducting materials, such as zeolites, aluminosilicates, xAl 2 O 3 (1 -X) SiO 2 , SnP 2 O 7 ,
Sn1-xlnxP2O7 (X = 0.0 - 0.2), eingesetzt werden. Perovskite weisen die Grundformel AB1-xMxO3-y auf, wobei M ein trivalentes Seltenerdenelement ist, das zur Dotierung dient, und y den Sauerstoffmangel im Perovskitoxid- Gitter bezeichnet. A kann beispielsweise ausgewählt werden aus Mg, Ca, Sr und Ba. B kann unter anderem ausgewählt werden aus CeZr und Ti. Für A, B und M können auch unabhängig voneinander verschiedene Elemente aus den jeweiligen Gruppen gewählt werden. Sn 1-x ln x P 2 O 7 (X = 0.0-0.2). Perovskites have the basic formula AB 1-x M x O 3-y , where M is a trivalent rare earth element that serves for doping and y denotes the oxygen deficiency in the perovskite oxide lattice. For example, A may be selected from Mg, Ca, Sr and Ba. Among others, B can be selected from CeZr and Ti. For A, B and M, different elements from the respective groups can also be selected independently of one another.
Weiterhin können strukturell modifizierte Gläser eingesetzt werden wie Chalcogenid- Gläser, PbO-SiO2, BaO-SiO2 und CaO-SiO2. Weitere geeignete protonenleitende Keramiken und Oxide sind beispielsweise in Solid State lonics 125, (1999), 271-278; Journal of Power Sources 180, (2008), 15-22; lonics 12, (2006), 103-115; Journal of Power Sources 179 (2008) 92-95; Journal of Power Sources 176 (2008) 122-127 und Electrochemistry Communications 10 (2008) 1005- 1007 beschrieben. Furthermore, structurally modified glasses can be used, such as chalcogenide glasses, PbO-SiO 2 , BaO-SiO 2 and CaO-SiO 2 . Further suitable proton-conducting ceramics and oxides are described, for example, in Solid State Ionics 125, (1999), 271-278; Journal of Power Sources 180, (2008), 15-22; Ionics 12, (2006), 103-115; Journal of Power Sources 179 (2008) 92-95; Journal of Power Sources 176 (2008) 122-127 and Electrochemistry Communications 10 (2008) 1005-1007.
Beispiele für protonenleitende Keramiken und Oxide sind SrCeO3, BaCeO3, Yb:SrCeO3, Nd:BaCeO3, Gd:BaCeO3, Sm:BaCeO3, BaCaNdO9, Y:BaCeO3, Y:BaZrCeO3, Pr-dotiertes Y:BaCeO3, Gd:BaCeO3, BaCe0,9Yo,i02,95 (BYC), SrCe0,95Ybo,o5θ3-α, BaCe0,9Ndo,io03-α,
Figure imgf000021_0001
(α bezeichnet die Anzahl der Sauerstofffehlstellen pro Formeleinheit des Oxides vom Perowskittyp); Sr-dotiertes La3P3O9, Sr-dotiertes LaPO4, BaCe0,9Yo,i03-α (BCY), BaZr0,9Y0,iO3-α (BZY), Ba3Cai,i8Nbi,82O8,73 (BCN 18), (Lai,95Cao,o5)Zr207-α, La2Ce2O7, Eu2Zr2O7, H2S/(B2S3 oder Ga2S3)/GeS2, SiS2, As2S3 oder CsI; BaCeo,8Gdo,203-α (BCGO); Gd-dotierte BaCeO3 wie BaCe0,85Yo,i5θ3-α (BCY15) und BaCe0,8Sm0,2O3-α, XAI2O3 (1-X)SiO2, SnP2O7, Sn1- χlnxP2O7 (x = 0.0 - 0.2).
Examples of proton-conducting ceramics and oxides are SrCeO 3 , BaCeO 3 , Yb: SrCeO 3 , Nd: BaCeO 3 , Gd: BaCeO 3 , Sm: BaCeO 3 , BaCaNdO 9 , Y: BaCeO 3 , Y: BaZrCeO 3 , Pr-doped Y BaCeO 3 , Gd: BaCeO 3 , BaCe 0 , 9Yo, i0 2 , 95 (BYC), SrCe 0 , 95Ybo, o5θ 3-α , BaCe 0 , 9Ndo, io0 3-α ,
Figure imgf000021_0001
(α denotes the number of oxygen vacancies per formula unit of the perovskite oxide); Sr-doped La 3 P 3 O 9 , Sr-doped LaPO 4 , BaCe 0 , 9 Yo, i0 3-α (BCY), BaZr 0 , 9 Y 0 , 10 3-α (BZY), Ba 3 Cai, i 8 Nbi, 82 O 8, 73 (BCN 18), (Lai, 95 Cao, o 5) Zr 2 0 7-α, La 2 Ce 2 O 7, Eu 2 Zr 2 O 7, H 2 S / (B 2 S 3 or Ga 2 S 3 ) / GeS 2 , SiS 2 , As 2 S 3 or CsI; BaCeo, 8 Gdo, 2 0 3-α (BCGO); Gd-doped BaCeO 3 such as BaCe 0 , 85 Yo, i5θ 3-α (BCY15) and BaCe 0 , 8 Sm 0 , 2 O 3-α , XAl 2 O 3 (1-X) SiO 2 , SnP 2 O 7 , Sn 1- nln x P 2 O 7 (x = 0.0 - 0.2).
Eine weitere Klasse Materialien, die sich für die Herstellung von gasdichten und selektiv protonenleitenden Membranen eignen, sind Polymermembranen. Geeignete Polymere sind sulfonierte Polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonierte Polybenzoimidazole (S-PBI) und sulfonierte Fluorkohlenwasserstoffpolymere (NAFION®). Weiterhin können perforierte Polysulfonsäuren, Polymere auf Styrolbasis, Poly(arylenether), Polyimide und Polyphosphazene eingesetzt werden. Es können auch Polybenzamidazolen eingesetzt werden, die auf Polybenzimidazol und Phosphorsäure basieren, wie sie beispielsweise unter dem Namen Celtec-P® von der BASF SE vertrieben werden. Erfindungsgemäß werden als Materialien für die selektiv protonenleitende Membran bevorzugt die vorstehend genannten keramischen Membranen eingesetzt. Another class of materials suitable for the preparation of gas tight and selectively proton conducting membranes are polymer membranes. Suitable polymers include sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzoimidazoles (S-PBI) and sulfonated fluorocarbon polymers (NAFION ®). Furthermore, perforated polysulfonic acids, styrene-based polymers, poly (arylene ether), polyimides and polyphosphazenes are used. It can be used that are based on polybenzimidazole and phosphoric acid, as sold for example under the name Celtec-P ® from BASF SE also Polybenzamidazolen. According to the invention, the above-mentioned ceramic membranes are preferably used as materials for the selectively proton-conducting membrane.
Bei Verwendung von Polymermembranen werden diese üblicherweise durch die Gegenwart von etwa 0,5 bis 30 Vol.-% Wasser auf mindestens einer Seite der Membran befeuchtet. When polymer membranes are used, they are usually wetted by the presence of about 0.5 to 30% by volume of water on at least one side of the membrane.
Aufarbeitung des Produktstroms: Processing of the product stream:
Nach der Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch R mittels mindes- tens einer MEA wird ein Produktstrom P erhalten. Dieser enthält mindestens einen Aminokohlenwasserstoff und gegebenenfalls nicht umgesetzte Edukte, wie Kohlenwasserstoffe und Aminierungsreagenzien, sowie gegebenenfalls nicht abgetrennten Wasserstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Produktstrom P weniger als 500, bevorzugt weniger als 200 und insbesondere bevorzugt weniger als 100 ppm Wasserstoff. After the separation of the hydrogen from the reaction mixture R by means of at least one MEA, a product stream P is obtained. This contains at least one amino hydrocarbon and optionally unreacted starting materials, such as hydrocarbons and aminating reagents, and optionally not separated hydrogen. In a preferred embodiment, the product stream P contains less than 500, preferably less than 200, and most preferably less than 100 ppm of hydrogen.
Gegebenenfalls kann weiterer Wasserstoff aus dem Produktstrom P abgetrennt werden. Dazu wird der Produktstrom P in einem nachgelagerten Schritt erneut mit einem oder mehreren MEAs in Kontakt gebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform er- folgt die Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch jedoch so vollständig, dass eine nachgelagerte Abtrennung von Wasserstoff aus dem Produktstrom P nicht notwendig ist. Optionally, further hydrogen can be separated from the product stream P. For this purpose, the product stream P is brought into contact again with one or more MEAs in a subsequent step. In a preferred embodiment, however, the separation of the hydrogen from the reaction mixture is so complete that a subsequent separation of hydrogen from the product stream P is not necessary.
In einer Verfahrensvariante (Variante I) wird der Aminokohlenwasserstoff und das Ami- nierungsreagenz aus dem Produktstrom P abgetrennt. Die Reihenfolge der Abtrennung ist dabei frei wählbar. Bevorzugt wird jedoch erst das Aminierungsreagenz und dann der Aminokohlenwasserstoff abgetrennt. Der so erhaltene aufgearbeitete Strom S1 enthält den nicht umgesetzten Kohlenwasserstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser erneut in die Direktaminierung eingesetzt. Der Kohlenwasserstoff aus Strom S1 wird dazu entweder dem Eduktstrom E zugemischt oder direkt der Reaktionszone zurückgeführt. Die Abtrennung von Aminokohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz kann nach allgemein bekannten, dem Fachmann geläufigen Methoden erfolgen, beispielsweise durch Kondensation, Destillation oder Extraktion. Die Wahl des Druck- und Temperaturbereichs richtet sich nach den physikalischen Eigenschaf- ten der aufzutrennenden Verbindungen und ist dem Fachmann bekannt. So kann der Produktstrom P auf 50 0C bis 250 0C, vorzugsweise auf 70 0C bis 200 0C, besonders bevorzugt auf 80 0C bis 150 0C, bei Drücken im Bereich von 0 bis 5 bar, bevorzugt 0,5 bis 2 bar, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,5 bar und insbesondere bei Normaldruck abgekühlt werden. Hierbei kondensieren die Aminokohlenwasserstoffe, während nicht umgesetzter Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz und gegebenenfalls noch vorhandener Wasserstoff gasförmig vorliegen und somit nach üblichen Methoden beispielsweise mit einem Gas-Flüssig-Abscheider abgetrennt werden können. Die so erhaltenen flüssigen Bestandteile enthalten den Aminokohlenwasserstoff und nicht umgesetzten Kohlenwasserstoff, die Auftrennung von Aminokohlenwasserstoff und Kohlenwasserstoff erfolgt ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Methoden, wie Destillation, Rektifikation oder Säureextraktion. Die zum rückgeführten aufgearbeiteten Strom S1 zugefahrenen Mengen an Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz werden so gewählt, dass die für die Direktaminierung erforderlichen Molverhältnisse von Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz eingehalten werden. In a process variant (variant I), the amino hydrocarbon and the amination reagent are separated from the product stream P. The order of separation is freely selectable. Preferably, however, only the amination reagent and then the amino hydrocarbon is separated off. The reclaimed stream S1 thus obtained contains the unreacted hydrocarbon. In a preferred embodiment, this is used again in the direct lamination. The hydrocarbon from stream S1 is either added to the educt stream E or directly recycled to the reaction zone. The separation of aminocarbon and Aminierungsreagenz can be carried out according to well-known, familiar to the expert methods, for example by condensation, distillation or extraction. The choice of the pressure and temperature range depends on the physical properties of the compounds to be separated and is known to the person skilled in the art. Thus, the product stream P at 50 0 C to 250 0 C, preferably at 70 0 C to 200 0 C, particularly preferably at 80 0 C to 150 0 C, at pressures in the range of 0 to 5 bar, preferably 0.5 to 2 bar, more preferably 0.8 to 1, 5 bar and cooled in particular at atmospheric pressure. In this case, the amino hydrocarbons condense, while unconverted hydrocarbon and amination reagent and optionally still present hydrogen in gaseous form and thus can be separated by conventional methods, for example with a gas-liquid separator. The liquid components thus obtained contain the amino hydrocarbon and unreacted hydrocarbon, the separation of amino hydrocarbon and hydrocarbon also takes place by methods known in the art, such as distillation, rectification or acid extraction. The amounts of hydrocarbon and amination reagent added to recycled recycle stream S1 are selected to maintain the molar ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the direct amination.
Für den Fall der Direktaminierung von Benzol und Ammoniak zu Anilin und Wasserstoff enthält der Produktstrom P im Wesentlichen Anilin, nicht umgesetztes Benzol und Ammoniak und gegebenenfalls Nebenprodukte und Reste von Wasserstoff. Nach Variante I wird der Produktstrom P zunächst durch Kondensation in eine gasförmige Phase, enthaltend Ammoniak und gegebenenfalls Reste von Wasserstoff, und eine flüssige Phase, enthaltend Anilin und Benzol, aufgetrennt. Die flüssige Phase wird nachfolgend durch Destillation, Rektifikation oder Säureextraktion in Anilin und Benzol aufge- trennt. Das Benzol (Strom S1 ) wird erneut in die Direktaminierung eingesetzt. Das so erhaltene Anilin kann gegebenenfalls weiteren Aufarbeitungsschritten unterzogen werden. In the case of the direct amination of benzene and ammonia to aniline and hydrogen, the product stream P contains essentially aniline, unreacted benzene and ammonia, and optionally byproducts and residues of hydrogen. According to variant I, the product stream P is first separated by condensation into a gaseous phase containing ammonia and optionally radicals of hydrogen, and a liquid phase containing aniline and benzene. The liquid phase is subsequently separated by distillation, rectification or acid extraction into aniline and benzene. The benzene (stream S1) is reused in the direct lamination. The aniline thus obtained may optionally be subjected to further work-up steps.
Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante (Variante II) wird der Produktstrom P erneut in die Direktaminierung eingesetzt. Der Produktstrom P kann hierzu dem Edutkstrom E zugemischt werden oder separat direkt in die Reaktionszone RZ eingeleitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Produktstrom P solange zurück in die Reaktionszone RZ geführt, bis sich im Produktstrom P eine Konzentration an Aminokohlenwasserstoff angereichert hat, die eine wirtschaftliche Aufarbeitung ermöglicht. Bevorzugt wird der Produktstrom P dazu ein- bis zwanzigmal, bevorzugt ein- bis zehnmal, besonders bevorzugt ein- bis fünfmal, und insbesondere bevorzugt ein- bis dreimal zur Reaktionszone RZ zurückgeführt. Bei dieser Fahrweise werden die zum rückgeführten Produktstrom P zugefahrenen Mengen an Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz so gewählt, dass die für die Direktaminierung erforderlichen MoI- Verhältnisse von Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz eingehalten werden. Die Aufarbeitung und Abtrennung des Aminokohlenwasserstoffs erfolgt gemäß dem unter Variante I beschriebenen Verfahren. According to a further process variant (variant II), the product stream P is used again in the direct lamination. For this purpose, the product stream P can be admixed with the Edutkstrom E or introduced separately directly into the reaction zone RZ. In a preferred embodiment, the product stream P is fed back as long as in the reaction zone RZ until it has enriched in the product stream P, a concentration of amino hydrocarbon, which allows economical processing. The product stream P is preferably recycled one to twenty times, preferably one to ten times, more preferably one to five times, and particularly preferably one to three times, to the reaction zone RZ. In this procedure, the quantities of hydrocarbon and amination reagent fed in to the recycled product stream P are selected such that the MoI ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the directamination are maintained. The work-up and separation of the amino hydrocarbon takes place according to the method described under variant I.
Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante (Variante III) wird aus dem Produktstrom P der Aminokohlenwasserstoff abgetrennt. Der so erhaltene aufgearbeitete Strom S2 enthält in dieser Verfahrensvariante nicht umgesetzten Kohlenwasserstoff und Aminie- rungsreagenz. Dieser aufgearbeitete Strom S2 kann erneut in die Direktaminierung eingesetzt werden. Der aufgearbeitete Produktstrom kann hierzu dem Eduktstrom E zugemischt werden oder direkt in die Reaktionszone RZ eingeleitet werden. Die Ab- trennung des Aminokohlenwasserstoffs erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise durch Kondensation, Destillation oder Säureextraktion. Bevorzugt wird in Variante III der Aminokohlenwasserstoff durch Säureextraktion aus dem Produktstrom P entfernt. Die zum rückgeführten Produktstrom P zugefahrenen Mengen an Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz werden so gewählt, dass die für die Direktaminierung erforderlichen Molverhältnisse von Kohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz eingehalten werden. According to a further process variant (variant III), the aminohydrocarbyl is separated from the product stream P. The reclaimed stream S2 obtained in this process variant contains unconverted hydrocarbon and amination reagent. This reclaimed stream S2 can be reused in direct lamination. For this purpose, the worked-up product stream can be admixed with the educt stream E or introduced directly into the reaction zone RZ. The separation of the amino hydrocarbon takes place by methods known to the person skilled in the art, for example by condensation, distillation or acid extraction. In variant III, the aminohydrocarbyl is preferably removed from the product stream P by acid extraction. The amounts of hydrocarbon and amination reagent added to the recycled product stream P are selected such that the molar ratios of hydrocarbon and amination reagent required for the directamination are maintained.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne sie hierauf zu beschränken. Beispiel 1  The invention is explained in more detail by the following examples, without being limited thereto. example 1
Direktaminierung von Benzol bei 300-3500C mit in-situ Abtrennung von H2 als Gas direkt aus der Reaktionszone, Pt-GDE/ELAT als Anodenkatalysator In eine Elektrozelle werden bei einer Temperatur von 300-3500C Benzol und Ammoniak (Eduktstrom E) eingetragen. Die Zelle enthält eine gasdichte MEA mit ausreichend aktiver Fläche. Als protonenleitende Membran der MEA wird Ammoniumpolyphosphat verwendet. Als Elektroden der MEA werden sowohl für Anode als auch für Kathode Gasdiffussionselektroden ELAT (1 mg/cm2 Platin) der BASF Fuel Cell GmbH einge- setzt. Außerdem wird an der Retentatseite der Elektrozelle ein Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergierte NiCu Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2) eingebaut, diese Katalysatorschicht wurde direkt an die ELTA Gasdiffusionselektrode angebracht. Die MEA hat demnach einen Schichtaufbau mit - beginndend auf der Retentatseite - folgender Schichtreihenfolge: Direct amination of benzene at 300-350 0 C with in situ separation of H 2 as gas directly from the reaction zone, Pt-GDE / ELAT as anode catalyst In an electric cell at a temperature of 300-350 0 C benzene and ammonia (Eduktstrom E ). The cell contains a gas-tight MEA with sufficient active area. The proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate. As electrodes of the MEA, gas diffusion electrodes ELAT (1 mg / cm 2 platinum) from BASF Fuel Cell GmbH are used both for the anode and for the cathode. In addition, on the retentate side of the electric cell an amination catalyst of a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ) installed, this catalyst layer was attached directly to the ELTA gas diffusion electrode. The MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
1. Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergierte NiCu-Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2), 1. Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
2. ELAT Gasdiffusionselektrode, 2. ELAT gas diffusion electrode,
3. protonenleitende Membran (Ammoniumpolyphosphat) und 4. ELAT Gasdiffusionselektrode. 3. proton-conducting membrane (ammonium polyphosphate) and 4. ELAT gas diffusion electrode.
An der Anode der MEA wird eine Spannung (UA) im Bereich von von +250 bis + 800 mV angelegt. Der Wasserstoff wird auf der Retentatseite an der Anode zu Protonen oxidiert, diese durchqueren die Membran und werden an der Kathode zu Wasserstoff reduziert. At the anode of the MEA, a voltage (U A ) in the range of +250 to + 800 mV is applied. The hydrogen is oxidized on the retentate side at the anode to protons, these pass through the membrane and are reduced to hydrogen at the cathode.
Als Reaktoraustrag (Reaktionsgemisch R) erhält man ein Gemisch aus Benzol, Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak. Ein Großteil des Wasserstoffs wird mittels der Elektromembrane direkt aus der Reaktionszone abgetrennt und somit wird der Gleichgewichtsumsatz von Benzol zu Anilin erhöht. The reactor discharge (reaction mixture R) gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia. A large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
Beispiel 2 Example 2
Direktaminierung von Benzol bei 300-3500C mit in-situ Abtrennung von H2 als Gas direkt aus der Reaktionszone, Pd-FoNe als Anodenkatalysator Direct amination of benzene at 300-350 0 C with in situ separation of H 2 as gas directly from the reaction zone, Pd-FoNe as anode catalyst
In einer Elektrozelle werden bei einer Temperatur von 300 bis 3500C Benzol und Am- moniak (Eduktstrom E) eingetragen. Die Zelle enthält eine gasdichte MEA mit ausreichend aktiver Fläche. Als protonenleitende Membran der MEA wird Ammoniumpolyphosphat verwendet. Als Anodenelektrode der MEA wird Palladium Folie (Hersteller Goodfellow, Dicke 10 μm) eingesetzt, als Kathode wird eine Gasdiffusionselektrode ELAT mit Pt Beladung von 1 mg/cm2 eingesetzt (Hersteller BASF Fuel Cell GmbH). Der Vorteil von Pd Folie ist, dass diese gasdicht ist und damit einen Schutz der keramischen Membrane vor Ammoniak bietet. Außerdem wird an der Retentatseite der Elektrozelle ein Aminierungskatalysator aus Kohlenstoffgewebe enthaltend feindisper- gierte NiCu Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2) eingebaut, diese Katalysatorschicht wird direkt an die Pd Folie angebracht. In an electric cell (reactant stream E) are introduced at a temperature of 300 to 350 0 C and ammonium benzene monia. The cell contains a gas-tight MEA with sufficient active area. The proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate. Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 μm) is used as the anode electrode of the MEA, and the cathode used is a gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 (manufacturer BASF Fuel Cell GmbH). The advantage of Pd film is that it is gas-tight and thus offers protection of the ceramic membrane from ammonia. In addition, an amination catalyst made of carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electrical cell, this catalyst layer is applied directly to the Pd film.
Die MEA hat demnach einen Schichtaufbau mit - beginnend auf der Retentatseite - folgender Schichtreihenfolge: The MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
1. Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergier- te NiCu-Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2), 1. Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
2. Palladium Folie (Hersteller Goodfellow, Dicke 10 μm),  2. Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 μm),
3. protonenleitende Membran (Ammoniumpolyphosphat) und  3. proton-conducting membrane (ammonium polyphosphate) and
4. Gasdiffusionselektrode ELAT mit Pt Beladung von 1 mg/cm2. An der Anode der MEA wird eine Spannung (UA) im Bereich von +250 bis + 800 mV angelegt. Der Wasserstoff wird auf der Retentatseite an der Anode zu Protonen oxi- diert, diese durchqueren die Membran und werden an der Kathode zu Wasserstoff reduziert. 4. Gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 . At the anode of the MEA, a voltage (U A ) in the range of +250 to +800 mV is applied. The hydrogen becomes proton oxide on the retentate side at the anode. diert, these pass through the membrane and are reduced at the cathode to hydrogen.
Als Reaktoraustrag erhält man ein Gemisch aus Benzol, Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak. Ein Großteil des Wasserstoffs wird mittels der Elektromembrane direkt aus der Reaktionszone abgetrennt und somit wird der Gleichgewichtsumsatz von Benzol zu Anilin erhöht. The reactor discharge is a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia. A large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
Beispiel 3 Example 3
Direktaminierung von Benzol bei 300-3500C mit in-situ Abtrennung von H2 direkt aus der Reaktionszone und Rückgewinnung von elektrischer Energie, Pt-GDE/ELAT als Anodenkatalysator In einer Elektrozelle werden bei einer Temperatur von 300-3500C Benzol und Ammoniak (Eduktstrom E) eingetragen. Die Zelle enthält eine gasdichte MEA mit ausreichend aktiver Fläche. Als protonenleitende Membran der MEA wird Ammoniumpolyphosphat verwendet. Als Elektroden der MEA werden sowohl für Anode als auch für Kathode Gasdiffussionselektroden ELAT (1 mg/cm2 Platin) der BASF Fuel Cell GmbH einge- setzt. Außerdem wird an der Retentatseite der Elektrozelle ein Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergierte NiCu Legierung (ca. 3-5 mg/cm2) eingebaut, diese Katalysatorschicht wird direkt an die ELAT Gasdiffussionse- lektrode angebracht. Die MEA hat demnach einen Schichtaufbau mit - beginndend auf der Retentatseite - folgender Schichtreihenfolge: Direct amination of benzene at 300-350 0 C with in situ separation of H 2 directly from the reaction zone and recovery of electrical energy, Pt-GDE / ELAT as anode catalyst In an electric cell at a temperature of 300-350 0 C benzene and ammonia (Educt current E) registered. The cell contains a gas-tight MEA with sufficient active area. The proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate. As electrodes of the MEA, gas diffusion electrodes ELAT (1 mg / cm 2 platinum) from BASF Fuel Cell GmbH are used both for the anode and for the cathode. In addition, an amination catalyst made of a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3-5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electric cell, this catalyst layer is attached directly to the ELAT gas diffusion electrode. The MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
1. Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergierte NiCu-Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2), 1. Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
2. ELAT Gasdiffusionselektrode, 2. ELAT gas diffusion electrode,
3. protonenleitende Membran (Ammoniumpolyphosphat) und  3. proton-conducting membrane (ammonium polyphosphate) and
4. ELAT Gasdiffusionselektrode.  4. ELAT gas diffusion electrode.
Das Reaktionsgemisch R enthält Benzol, Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak und wird auf der Anodenseite der Elektrozelle entlang geleitet. Sauerstoff (oder Luft) wird auf der Kathodenseite in die Elektrozelle eingeleitet. Auf der Retentatseite wird der Wasserstoff am Anodenkatalysator zu Protonen oxidiert, diese durchqueren die Membran und reagieren auf der Permeatseite am Kathodenkatalysator mit dem Sauerstoff zu Wasser. Die treibende Kraft ist die Reduktion des Sauerstoffs. Bei der Gesamtreaktion wird Energie in Form von Wärme und durch Zwischenschalten eines Verbrauchers in Form von elektrischem Strom frei. Als Reaktoraustrag auf der Anodenseite erhält man ein Gemisch aus Benzol, Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak. Ein Großteil des Wasserstoffs wird mittels der Elektromembrane direkt aus der Reaktionszone abgetrennt und somit wird der Gleich- gewichtsumsatz von Benzol zu Anilin erhöht. The reaction mixture R contains benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia and is conducted along the anode side of the electric cell. Oxygen (or air) is introduced into the electric cell on the cathode side. On the retentate side of the hydrogen at the anode catalyst is oxidized to protons, these traverse the membrane and react on the permeate side of the cathode catalyst with the oxygen to water. The driving force is the reduction of oxygen. In the overall reaction, energy is released in the form of heat and by interposing a consumer in the form of electrical current. The reactor discharge on the anode side gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia. A large part of the hydrogen is separated directly from the reaction zone by means of the electromembrane and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
Beispiel 4 Example 4
Direktaminierung von Benzol bei 300-3500C mit in-situ Abtrennung von H2 direkt aus der Reaktionszone und Rückgewinnung von elektrischer Energie, Pd-FoNe als Anodenkatalysator Direct amination of benzene at 300-350 0 C with in situ separation of H 2 directly from the reaction zone and recovery of electrical energy, Pd-FoNe as anode catalyst
In einer Elektrozelle werden bei einer Temperatur von 300 bis 3500C Benzol und Ammoniak (Eduktstrom E) eingetragen. Die Zelle enthält eine gasdichte MEA mit ausrei- chend aktiver Fläche. Als protonenleitende Membran der MEA wird Ammoniumpolyphosphat verwendet. Als Anodenelektrode der MEA wird Palladium Folie (Hersteller Goodfellow, Dicke 10 μm) eingesetzt, als Kathode wird eine Gasdiffusionselektrode ELAT mit Pt Beladung von 1 mg/cm2 eingesetzt (Hersteller BASF Fuel Cell GmbH). Der Vorteil von Pd Folie ist, dass diese gasdicht ist und damit einen Schutz der kera- mischen Membrane vor Ammoniak bietet. Außerdem wird an der Retentatseite der Elektrozelle ein Aminierungskatalysator aus Kohlenstoffgewebe enthaltend feindisper- gierte NiCu Legierung (ca. 3-5 mg/cm2) eingebaut, diese Katalysatorschicht wurde direkt an die Pd Folie eingebracht. Die MEA hat demnach einen Schichtaufbau mit - beginnend auf der Retentatseite - folgender Schichtreihenfolge: In an electric cell benzene and ammonia (reactant stream E) are added at a temperature of 300 to 350 0 C. The cell contains a gastight MEA with sufficient active area. The proton-conducting membrane of the MEA is ammonium polyphosphate. Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 μm) is used as the anode electrode of the MEA, and the cathode used is a gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 (manufacturer BASF Fuel Cell GmbH). The advantage of Pd film is that it is gas-tight and thus offers protection of the ceramic membrane from ammonia. In addition, an amination catalyst consisting of carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3-5 mg / cm 2 ) is incorporated on the retentate side of the electrical cell, this catalyst layer being introduced directly onto the Pd foil. The MEA therefore has a layer structure with - starting on the retentate side - the following layer sequence:
1. Aminierungskatalysator aus einem Kohlenstoffgewebe enthaltend feindispergier- te NiCu-Legierung (ca. 3 bis 5 mg/cm2), 1. Amination catalyst comprising a carbon fabric containing finely dispersed NiCu alloy (about 3 to 5 mg / cm 2 ),
2. Palladium Folie (Hersteller Goodfellow, Dicke 10 μm), 2. Palladium foil (manufacturer Goodfellow, thickness 10 μm),
3. protonenleitende Membran (Ammoniumpolyphosphat) und  3. proton-conducting membrane (ammonium polyphosphate) and
4. Gasdiffusionselektrode ELAT mit Pt Beladung von 1 mg/cm2. 4. Gas diffusion electrode ELAT with Pt loading of 1 mg / cm 2 .
Das Reaktionsgemisch R enthält Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak und wird auf der Anodenseite der Elektrozelle entlanggeleitet. Sauerstoff (oder Luft) wird auf der Kathodenseite in die Elektrozelle eingeleitet. Auf der Retentatseite wird der Wasserstoff am Anodenkatalysator zu Protonen oxidiert, diese durchqueren die Membran und reagieren auf der Permeatseite am Kathodenkatalysator mit dem Sauerstoff zu Wasser. Die treibende Kraft ist die Reduktion des Sauerstoffs. Bei der Gesamtreaktion wird Energie in Form von Wärme und durch Zwischenschalten eines Verbrauchers in Form von elektrischem Strom frei. Als Reaktoraustrag auf der Anodenseite erhält man ein Gemisch aus Benzol, Anilin, Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak. Ein Großteil des Wasserstoffs wird mittels der Elektromembrane direkt vom Reaktionsgemisch R aus der Reaktionszone abgetrennt und somit wird der Gleichgewichtsumsatz von Benzol zu Anilin erhöht. The reaction mixture R contains aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia and is passed along on the anode side of the electric cell. Oxygen (or air) is introduced into the electric cell on the cathode side. On the retentate side of the hydrogen at the anode catalyst is oxidized to protons, these traverse the membrane and react on the permeate side of the cathode catalyst with the oxygen to water. The driving force is the reduction of oxygen. In the overall reaction, energy is released in the form of heat and by interposing a consumer in the form of electrical current. The reactor discharge on the anode side gives a mixture of benzene, aniline, hydrogen, nitrogen and ammonia. A large part of the hydrogen is separated from the reaction zone by means of the electromembrane directly from the reaction zone and thus the equilibrium conversion of benzene to aniline is increased.
Beispiel 5 Example 5
Effektivität der Elektromembrane bei der Abtrennung von Wasserstoff aus H2/N2 Gas- gemischen Effectiveness of the Electromembrane in the Separation of Hydrogen from H 2 / N 2 Gas Mixtures
In einer Elektrozelle, die eine gasdichte MEA mit 45 cm2 aktiver Fläche enthält, wurden 80 l/h Stickstoff und 0,5 l/h Wasserstoff (Wasserstoffkonzentration 6200 ppm) eingetragen. Als Membran der MEA wird CeltecP® (Polyimidazol/Phosphorsäure) der BASF Fuel Cell GmbH verwendet. Als Elektroden der MEA werden sowohl für Anode als auch für Kathode Gasdiffussionselektroden ELAT (1 mg/cm2 Platin) der BASF Fuel Cell GmbH eingesetzt. Die Elektrozelle wurde bei 1900C und 1 bar Druck betrieben. An der Anode der MEA lag eine Spannung (UA) von +250 mV an. Im Austrag der Elektrozelle auf der Anodenseite waren 40 ppm Wasserstoff und Stickstoff (Rest) vorhanden. Dies entspricht einer Wasserstoffabtrennung von 99,4 %. In an electric cell containing a gas-tight MEA with 45 cm 2 active area, 80 l / h of nitrogen and 0.5 l / h of hydrogen (hydrogen concentration 6200 ppm) were added. As a membrane of the MEA CeltecP ® (polyimidazole / phosphoric acid) of BASF Fuel Cell GmbH is used. As electrodes of the MEA, gas diffusion electrodes ELAT (1 mg / cm 2 platinum) from BASF Fuel Cell GmbH are used both for the anode and for the cathode. The electric cell was operated at 190 0 C and 1 bar pressure. At the anode of the MEA, a voltage (U A ) of +250 mV was applied. In the discharge of the electric cell on the anode side, 40 ppm of hydrogen and nitrogen (balance) were present. This corresponds to a hydrogen separation of 99.4%.
Beispiel 6 In Tabelle 1 wird die Effektivität der Wasserstoffabtrennung aus Beispiel 5 mit Vergleichsbeispielen aus dem Stand der Technik verglichen. Example 6 In Table 1, the effectiveness of the hydrogen separation of Example 5 is compared with Comparative Examples of the prior art.
Tabelle 1 : Table 1 :
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Vergleichsbeispiel 2 Reference # 55 in Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 875-881; Vergleichsbeispiel 3 Reference # 189 in Top. Catal. (2008), 51: 107-122;  Comparative Example 2 Reference # 55 in Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 875-881; Comparative Example 3 Reference # 189 in Top. Catal. (2008) 51: 107-122;
Vergleichsbeispiel 4 Reference # 158 in Top. Catal. (2008), 51: 107-122.  Comparative Example 4 Reference # 158 in Top. Catal. (2008), 51: 107-122.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwas- serstoffen durch Umsetzen eines Eduktstroms E, der mindestens einen Kohlen- Wasserstoff und mindestens ein Aminierungsreagenz enthält, zu einem Reaktionsgemisch R, enthaltend Aminokohlenwasserstoff und Wasserstoff in einer Reaktionszone RZ, und elektrochemische Abtrennung mindestens eines Teils des bei der Umsetzung entstandenen Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch R mittels einer gasdichten Membran-Elektroden-Assembly, die mindestens eine se- lektiv protonenleitende Membran und auf jeder Seite der Membran mindestens einen Elektrodenkatalysator aufweist, wobei auf der Retentatseite der Membran mindestens ein Teil des Wasserstoffs an dem Anodenkatalysator zu Protonen oxidiert wird und die Protonen nach Durchqueren der Membran auf der Permeat- seite an dem Kathodenkatalysator teilweise gemäß 1. A process for the direct amination of hydrocarbons to aminocarbons by reacting a reactant stream E, which contains at least one carbon hydrogen and at least one amination reagent, to a reaction mixture R, containing amino hydrocarbon and hydrogen in a reaction zone RZ, and electrochemical separation of at least a part of in the reaction of hydrogen formed from the reaction mixture R by means of a gas-tight membrane-electrode assembly having at least one selectively proton-conducting membrane and on each side of the membrane at least one electrode catalyst, wherein on the retentate side of the membrane at least a portion of the hydrogen on the Anodenkatalysator is oxidized to protons and the protons after passing through the membrane on the permeate side of the cathode catalyst partially according to
b1 ) unter Anlegen einer Spannung zu Wasserstoff reduziert werden und teilweise gemäß  b1) are reduced by applying a voltage to hydrogen and partially according to
b2) unter Erzeugung elektrischen Stroms mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt werden, wobei der Sauerstoff aus einem Sauerstoff enthaltenden Strom O stammt, der mit der Permeatseite der Membran in Kontakt gebracht wird.  b2) are reacted with water to produce electric current, wherein the oxygen comes from an oxygen-containing stream O, which is brought into contact with the permeate side of the membrane.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff aus dem Reaktionsgemisch R direkt aus der Reaktionszone RZ abgetrennt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen is separated from the reaction mixture R directly from the reaction zone RZ.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des bei b2) erzeugten elektrischen Stroms in b1 ) eingesetzt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least a part of the electric current generated in b2) in b1) is used.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Abtrennung des Wasserstoffs gemäß b1 ) benötigte Strom durch b2) erzeugt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the current required for the separation of the hydrogen according to b1) by b2) is generated.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wasserstoffabtrennung der Druckunterschied zwischen der Retentat- und der Permeatseite der Membran unter 1 bar und bevorzugt unter 0,5 bar liegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the hydrogen separation, the pressure difference between the retentate and the permeate side of the membrane is below 1 bar and preferably below 0.5 bar.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffabtrennung gemäß b1 ) bei Spannungen von 0,05 bis 2000 mV, bevorzugt von 100 bis 900 mV, besonders bevorzugt von 100 bis 800 mV, durchgeführt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the hydrogen separation according to b1) at voltages of 0.05 to 2000 mV, preferably from 100 to 900 mV, particularly preferably from 100 to 800 mV, is performed.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoff enthaltender Strom O Luft eingesetzt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that is used as the oxygen-containing stream O air.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Membran-Elektroden-Assembly als Gasdiffusionselektroden ausgestaltet sind. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the electrodes of the membrane-electrode assembly are designed as gas diffusion electrodes.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Membran-Elektroden-Assembly als metallische Folien ausgestaltet sind. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the electrodes of the membrane-electrode assembly are designed as metallic foils.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als selektiv protonenleitende Membran Membranen ausgewählt aus der Gruppe10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that as a selectively proton-conducting membrane membranes selected from the group
Keramikmembranen und Polymembranen eingesetzt werden. Ceramic membranes and polymembranes are used.
1 1. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenkatalysator auf der Retentatseite gleichzeitig der Aminierungskataly- sator für die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe für die Direktaminierung von1 1. A method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the anode catalyst on the retentate simultaneously the Aminierungskataly- sator for the implementation of hydrocarbons for the direct amination of
Kohlenwasserstoffen zu Aminokohlenwasserstoffen ist. Hydrocarbons to amino hydrocarbons is.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtrennung mindestens eines Teils des Wasserstoffs ein Produktstrom P erhalten wird, aus dem Aminokohlenwasserstoff und Aminierungsreagenz abgetrennt werden, wobei ein aufgearbeiteter Strom S1 entsteht, der erneut in die Direktaminierung eingesetzt wird. 12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that after separation of at least a portion of the hydrogen, a product stream P is obtained, are separated from the amino hydrocarbon and Aminierungsreagenz, wherein a recycled stream S1 is formed, which is used again in the Direktaminierung becomes.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtrennung mindestens eines Teils des Wasserstoffs ein Produktstrom P erhalten wird, aus dem Aminokohlenwasserstoff abgetrennt wird, wobei ein aufgearbeiteter Strom S2 entsteht, der erneut in die Direktaminierung eingesetzt wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that after separation of at least a portion of the hydrogen, a product stream P is obtained, is separated from the amino hydrocarbon, wherein a recycled stream S2 is formed, which is used again in the Direktaminierung.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtrennung mindestens eines Teils des Wasserstoffs ein Produktstrom P erhalten wird, der erneut in die Direktaminierung eingesetzt wird. 14. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that after separation of at least a portion of the hydrogen, a product stream P is obtained, which is used again in the Direktaminierung.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenwasserstoff Methan und als Aminierungsreagenz Ammoniak eingesetzt wird, und als Aminokohlenwasserstoff mindestens ein Amin aus der Gruppe Methylamin, Dimethylamin und Trimethylamin entsteht. 15. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that is used as the hydrocarbon methane and aminating reagent as ammonia, and as the amino hydrocarbon at least one amine from the group methylamine, dimethylamine and trimethylamine is formed.
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