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JP2004508928A - 触媒の再生 - Google Patents

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JP2004508928A
JP2004508928A JP2002528394A JP2002528394A JP2004508928A JP 2004508928 A JP2004508928 A JP 2004508928A JP 2002528394 A JP2002528394 A JP 2002528394A JP 2002528394 A JP2002528394 A JP 2002528394A JP 2004508928 A JP2004508928 A JP 2004508928A
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ルイケン,ヘルマン
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メルダー,ヨーハン−ペーター
バスラー,ペーター
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    • B01J38/00Regeneration or reactivation of catalysts, in general
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    • C07C209/48Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of carboxylic acids or esters thereof in presence of ammonia or amines, or by reduction of nitriles, carboxylic acid amides, imines or imino-ethers by reduction of nitriles
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Abstract

少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによるNH 基を有する化合物の製造に用いられる不均一系触媒の再生のための方法を提供する。この場合において、
a) 水素化される化合物の供給を停止し、かつ
b) 不均一系触媒を式(I):
N−CO−R   (I)
[但し、Rは、水素またはC−Cアルキル基であり、且つ、R、Rは、相互に独立してそれぞれ水素又はC−Cアルキル基であるか、又は合体してC−Cアルキレン基である]
で表される化合物で、あるいは上記化合物の混合物を用いて、0.1〜30MPaの範囲の圧力、100〜300℃の範囲の温度の条件で処理し、且つ、この処理を式(I)の化合物が液体で行うことを特徴としている。
【選択図】なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによりNH 基を有する化合物を製造する際に用いられる不均一系触媒の再生の方法であって、
a) 水素化される化合物の供給を停止し、かつ
b) 不均一系触媒を式(I):
N−CO−R   (I)
[但し、Rは、水素またはC−Cアルキル基であり、且つ、R、Rは、相互に独立してそれぞれ水素又はC−Cアルキル基であるか、又は合体してC−Cアルキレン基である]
で表される化合物で、あるいは上記化合物の混合物を用いて、0.1〜30MPaの範囲の圧力、100〜300℃の範囲の温度の条件で処理し、且つ、この処理を式(I)の化合物が液体で行うことを特徴とする、再生の方法である。
【0002】
【従来の技術】
不均一系触媒の存在下で、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによりNH 基を有する化合物を製造する方法は一般に知られており、例えば、Houben−Weyl, Vol. 11/1( Nitrogen Compounds II, Amines ), pp.545−574, 4th edition, 1957 に記載されている。
【0003】
WO97/37963、WO97/37964、WO98/04515およびDE−A−19809688は、鉄、コバルト又はニッケル又はそれらの化合物に基づく不均一系触媒の存在下で、アジポジニトリル(adipodinitrile)をヘキサメチレンジアミン、又は6−アミノカプロニトリル(とヘキサメチレンジアミンを含む混合物へ水素化する方法が開示されている。このような工程において、活性度(activity)や選択率(selectivity)などのような実際的な(relevant)触媒特性は稼働時間に従って劣化する。
【0004】
活性度の落ち込みは反応温度を上げることで補償できるが、この場合には触媒の選択率は反応温度の増大とともに当然に減少し、さらに、より高い温度は活性度の更なる落ち込みを加速するといった不利益が存在する。
【0005】
活性度や選択率などのような実際的な特性が稼働時間とともに劣化する触媒についてはその再生方法が知られている。ここでの再生は、それによって上述の触媒特性を再び向上させることができる方法を意味するものとして理解されている。そのため、WO97/37963、WO97/37964およびWO98/04515は、規定された方法条件下で水素による処理を行うことにより、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによりNH 基を有する化合物を製造する際に用いられる(その活性度と選択率が落ち込んでいる)不均一系触媒の再生の方法が記載されている。
【0006】
これらの再生方法は活性度と選択率を向上させる点ではよい結果をもたらすが、再生に要する時間と温度を減少させることによって触媒を保護することが望まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによりNH 基を有する化合物の製造する際に用いられる不均一系触媒の再生の方法であって、前述の不利益を回避しながら、技術的に簡単で経済的な手段で再生を可能にする前述の方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的は最初に定義した方法で達成されることを見いだした。
【0009】
再生される不均一系触媒は、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによるNH 基を有する化合物の製造においてすでに用いられている。
【0010】
炭素−窒素二重あるいは三重結合のようなの不飽和炭素−窒素結合を少なくとも1個有する化合物としては、C−Cアルキルニトリル又はジニトリル又はそれらのニトリルとジニトリルの混合物(例、ブタンニトリル、ペンタンニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、オクタンニトリル、ブタンジニトリル、ペンタンジニトリル、ヘキサンジニトリル、ヘプタンジニトリルおよびオクタンジニトリル)が好ましく、
特に好ましくは、末端ニトリルを有するC−Cジニトリル(terminal C−C dinitrile){例、1,4−ジシアノブタン(”アジポジニトリル(adipodinitrile)”)、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタンおよび1,8−ジシアノオクタン};C−Cシクロアルキルニトリル又はジニトリル(例、シクロペンチルニトリル、シクロヘキシルニトリル、シクロヘプチルニトリル、シクロオクチルニトリル、シクロペンチルジニトリル、シクロヘキシルジニトリル、シクロヘプチルジニトリルおよびシクロオクチルジニトリル);又は4〜8個の炭素原子を含むアミノニトリル、好ましくはα,ω−アミノニトリル(例、5−アミノバレロニトリルおよび6−アミノカプロニトリル)がある。
【0011】
ニトリル、ジニトリルおよびアミノニトリルは、水素化反応を損なわず、同時に又は部分的に水素化されないような他の官能基を持つこともできる。上述の例として、C−Cアルキル基、アリール(aryl)基、特にフェニル基、C−Cシクロアルキル基、アミノアルキル基、N−アルキルアミノアルキル基、N−(シアノメチル)アミノアルキル基およびイミノ基(C=NH、C=NR)、好ましくはイミノ基を挙げることができる。
【0012】
アジポジニトリル、6−アミノカプロニトリル、3−シアノ−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイミン、NC−(CH−NH−(CH−CN、NC−(CH−NH−(CH−NH−(CH−CNおよび1−シアノ−2−アミノエタンが特に適しており、アジポジニトリルは特に好ましい。
【0013】
有利な実施態様では、アジポジニトリルはヘキサメチレンジアミンへと水素化される。
【0014】
別の有利な実施態様では、アジポジニトリルはヘキサメチレンジアミンと6−アミノカプロニトリルの混合物へと水素化される。
【0015】
触媒活性のある成分についての以前の観察によれば、再生に適する不均一系触媒としては、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによるNH 基を有する化合物の製造用として知られるものであればどんな不均一系触媒も該当する。
【0016】
好ましい実施態様において、鉄、コバルトおよびニッケル又はこれらの混合物、特に好ましいものとして鉄又はコバルト又はその混合物、そして極めて好ましいものとして鉄、からなる群から選択された単体(element)を、触媒活性成分として有する不均一系触媒を用いることができる。
【0017】
別な好ましい実施態様において、鉄、コバルトおよびニッケル又はこれらの混合物、特に好ましいものとして鉄又はコバルト又はその混合物、そして極めて好ましいものとして鉄、からなる群から選択された単体(element)の化合物を、触媒活性成分として有する不均一系触媒を用いることができる。
【0018】
このような触媒は、担体なしで使用することができ、特に固定層法又は懸濁法の用途に、例えば、ラネー触媒又は他の担体のない形態(いわゆる無担持型触媒)で、使用することができる。担体のない形態は、活性成分の高い含量と比べて補助的な物質の量を少なく含むようにすることができる。これらの補助的な物質は、触媒活性度および/又は選択率、又は硬度、摩耗又は化学的又は熱的安定性等の触媒特性において、有利な効果をもたらすことができる。補助的な物質の総量は一般に、活性成分の量に対して0〜20質量%の範囲である。用いることのできる補助的物質としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の化合物の酸化物、リン酸塩(phasphates)および硫酸塩(sulfates)、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタンおよび二酸化ジルコニウム等の熱的に安定な酸化物、その他の遷移金属酸化物を挙げることができる。担持触媒を用いることも可能である。適した担体としては一般には、活性炭又は炭化ケイ素、又は酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタンおよび二酸化ジルコニウム等のセラミック担体を挙げることができる。担持触媒においては、活性成分の含量は、担体に対して一般に、3〜95質量%の範囲にあり、好ましくは30〜95質量%の範囲にある。
【0019】
所望により、触媒は元素の周期表のVIB族(Cr、Mo、W)およびVIII族(Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt)の金属、また銅、マンガンおよびレニウムで変性することもでき、活性成分の非変性部分の含量は活性成分全体に対して50〜99.9質量%、好ましくは80〜99質量%の範囲である。
【0020】
さらに、触媒は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム又はバリウム等の、アルカリ金属又はアルカリ土類金属に基づく化合物で変性することも可能である。アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、通常選ばれる質量比は、活性成分の被変性部分に対して、0〜5質量%の範囲であり、好ましくは0.1〜3質量%である。
【0021】
さらに、活性成分が鉄又は鉄化合物に基づく触媒の場合には、触媒は、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタンおよびバナジウムから選ばれる1、2、3、4あるいは5種の元素に基づく化合物で変性することができる。変性因子の通常選ばれる質量比は、鉄に対して、0〜3質量%である。
【0022】
さらに、活性成分が鉄又は鉄化合物に基づく触媒の場合には、触媒は、マンガンに基づく化合物で変性することができる。通常選ばれるマンガン濃度は、鉄に対して、0〜25質量%であり、好ましくは0.01〜5質量%である。
【0023】
このような触媒とその処理は本質的には(per se)知られており、例えば、WO97/37963、WO97/37964、WO98/04515およびDE−A−19809688がある。
【0024】
使用前に触媒は活性化される。例えば、水素により、即ち大気圧又は過圧下、200℃超の温度にてそれ自体既知の方法で活性化される。
【0025】
水素化は、液相、滴下(trickle)あるいは懸濁法で行うことができる。
【0026】
懸濁において水素化を行うならば、温度は通常40〜150℃、好ましくは50〜100℃、特に好適には60〜90℃の範囲から選ばれ、圧力は一般に2〜20MPa、好ましくは3〜10MPa、特に好適には4〜9MPaの範囲から選ばれる。滞留時間は、本質的に所望の収率と選択率および所望の転化率に依存する。すなわち、滞留時間は通常、最大収率を達成するように選ばれ、例えば50〜275分、好ましくは70〜200分の範囲にある。
【0027】
懸濁法においては、さらに液体希釈剤を加えることができ、適した液体希釈剤としては、1〜12個の炭素原子を有するトリアミン、ジアミン、アミン、およびアンモニア(例、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン);又はアルコール(特にメタノール又はエタノール)を好ましいものとして挙げることができ、なかでもアンモニアは特に好ましい。水素化される化合物の濃度は、水素化される化合物と液体希釈剤の合計量に対して、10〜90質量%、好ましくは30〜80質量%、そして特に好ましくは40〜70質量%の範囲から選ばれるのが適切である。
【0028】
触媒の総量は一般に、水素化される化合物の総量に対して、1〜50質量%、好ましくは5〜20質量%の範囲から選ばれる。
【0029】
懸濁による水素化は、バッチ法又は連続法により、好ましくは連続法で、通常は液相で行われる。
【0030】
水素化はまたバッチ法又は連続法により、好ましくは連続法で、滴下(trickle)又は液相法による固定層反応器において行うこともでき、温度は通常、30〜200℃、好ましくは50〜150℃の範囲から選ばれ、圧力は通常、2〜30MPa、好ましくは3〜20MPaの範囲から選ばれる。水素化は、好ましくは液体希釈剤の存在下で行われ、好ましい液体希釈剤には、1〜12個の炭素原子を有するトリアミン、ジアミン、アミン、およびアンモニア(例、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン);又はアルコール(特にメタノール又はエタノール)を挙げることができ、なかでもアンモニアは特に好ましい。
【0031】
好ましい実施態様において、アンモニア含量は、水素化される化合物(特にアジポジニトリル)の1グラムあたり0.5〜10g、好ましくは1〜6gの範囲にある。
【0032】
好ましくは、触媒の充填(loading)は、水素化される化合物/l×h、特にアジポジニトリル/l×hの、0.1〜2.0kg、好ましくは0.3〜1.0kgの範囲から選ばれる。ここでも、転化率と選択率は滞留時間を変えることにより明確に調節することができる。
【0033】
水素化はこの目的に適した通常の反応器で行うことができる。
【0034】
反応を気相で行うときには、温度は通常、100〜250℃、好ましくは160〜200℃の範囲から選ばれ、圧力は一般に、0.01〜3MPa、好ましくは0.09〜0.5MPaの範囲から選ばれる。同様に水素の量は通常、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物の1モルあたりで、2〜300モル、好ましくは10〜200モルの範囲から選ばれる。
【0035】
好ましい実施態様において、水素化される化合物、特にアジポジニトリル、の水素化は、固定層触媒とともに液体希釈剤としてのアンモニアの存在下で行われる。
【0036】
触媒は、水素化される化合物、特にアジポジニトリル、の供給が、そして使用されている場合には液体希釈剤の供給が、まず停止されてから再生される。
【0037】
水素の供給もまた停止することができるが、触媒は好ましくは水素の存在下で再生される。
【0038】
本発明によれば、再生される触媒は、式(I)の化合物
N−CO−R   (I)、
あるいは、これらの化合物の混合物によって処理される。
【0039】
この式において、Rは、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル又はt−ブチル等のC−Cアルキル又は水素であり、好ましくは水素又はメチルである。
【0040】
、Rは、相互に独立してそれぞれ、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル又はt−ブチル等のC−Cアルキル又は水素、好ましくは水素又はメチルであるか、又は合体して、−(CH−の型のC−Cアルキレン基であり、ここでnは3、4、5又は6の値をとることができ、好ましくは3である。
【0041】
基R、RおよびRは水素でない場合には、アリール基特にフェニル基、C−Cシクロアルキル基、アミノアルキル基等の置換基であり、基R、R又はRがメチル基でないならばC−Cアルキル基等の置換基であり得る。
【0042】
基R、RおよびRは、水素でない場合には、ハロゲン等の官能基、例えばフッ素、塩素又は臭素、を持つことができる。
【0043】
基R、RおよびRは好ましくはどのような官能基も持たない。
【0044】
好ましい実施態様において、RおよびRは合体して−(CH−の型のCアルキレン基である。
【0045】
別な好ましい実施態様において、RおよびRは合体して−(CH−の型のCアルキレン基であり、Rはメチル基である。
【0046】
別な好ましい実施態様において、RおよびRはそれぞれメチル基であり、Rは水素である。
【0047】
本発明によれば、不均一系触媒は、化合物は処理の間は液体であるという条件下で、式(I)の化合物によって処理される。
【0048】
処理は、式(I)の化合物をバッチ法又は連続的に触媒に接触させることを意味すると理解されている。
【0049】
触媒が懸濁触媒であるときには、式(I)の化合物が懸濁されることは好ましく、これは触媒の中へ連続法でもバッチ法でも導入することができる。式(I)の化合物は、連続法でもバッチ法でも、触媒から分離することができる。
【0050】
触媒が固定層触媒であるときには、再生に先立って反応器から取り除くことができる。好ましい実施態様において、再生は、水素化反応器において触媒を取り除くことなく、行うことができる。
【0051】
触媒が固定層触媒であるときには、式(I)の化合物は、連続法又はバッチ法で通過させることが好ましい。式(I)の化合物は、触媒の中へ連続法又はバッチ法で導入することができ、そして触媒から連続法又はバッチ法で分離することができる。
【0052】
触媒から分離した式(I)の化合物は、廃棄するか、又は好ましくは、随意に精製した後に、再使用することができる。
【0053】
本発明によれば、再生は、0.1〜30MPaの範囲の圧力で行う。水素の存在下でこれを行ったときには、再生は好ましくは、これに先立つ水素化の間に用いられていた圧力で、行う。再生を連続するときには、適した水素の量は、反応器容積1リットル×時間あたりの水素の1〜100g、好ましくは2〜50gである。
【0054】
再生は、少なくとも100℃、好ましくは少なくとも120℃、特に好ましくは少なくとも140℃、極めて特に好ましくは少なくとも160℃の温度で、行う。
【0055】
再生に適した温度の上限は、式(1)の化合物の分解点、すなわち一般に300℃であり、そして最大200℃とするのが好ましく、特に好ましくは最大180℃とするのがよい。
【0056】
再生される触媒の処理の滞留時間は、一般には1〜12時間であり、2〜4時間が好ましい。
【0057】
処理の後、再生された触媒と式(I)の化合物とは互いに分離される。その後再生された触媒は、新たに製造された触媒のように、少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによるNH 基を有する化合物の製造方法において、再び使用することができる。
【0058】
実施例
実施例1
直列に接続された3つの管状反応器(全長=4.5m、d=6mm)を、DE−A−19809688の実施例1a(1.5〜3mmのチップ)に従って処理された鉄を主成分とする触媒142ml(240g)で満たし、次いで大気圧下、水素流(200 l/h)で還元し、温度を24時間以上かけて70℃から340℃に上昇させ、次いで340℃で72時間保持した。
【0059】
温度が低下した後に、0.66mol/hのアジポジニトリル、365ml/hのアンモニアおよび1.05mol/hの水素の混合物を、反応器に導入した。反応器の温度を調整し、6−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンの全選択率(total selectivity)を25MPaで一定となるようにした。これは、温度を初めは94℃に設定し、9000時間以上をかけて107℃に上昇させることにより行った。
【0060】
次いで供給を停止し、触媒を160℃で4時間、100ml/hのN−メチル−アルファ−ピロリドンにさらした(flushed)。
【0061】
次いで107℃で4時間、365ml/hのアンモニアにさらし(flushed)、その後にもともとの原料供給を再開した。再生の前に得られていた全選択率を達成するために、反応器温度は94℃にまで下げることができた。
【0062】
実施例2
連続的に稼働する管状反応器において、1〜3mmの大きさのCr添加ラネーCoチップ0.22kg/l×hの充填下、70barで、溶媒としてのアンモニアの存在下、アジポジニトリルを6−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンの混合物へ水素化した。
【0063】
80時間の稼働時間の後に、反応器全長にわたる平均温度は37℃で、アジポジニトリルの転化率は92.2%であった。
【0064】
2004時間の稼働時間の後に、触媒は継続的に活性度を失い、反応器全長にわたっての平均温度48.5℃で、アジポジニトリルの転化率として59.9%が得られた。
【0065】
アジポジニトリルとアンモニアの供給を停止し、2kg/l×hで充填されるN−メチル−アルファ−ピロリドンに150℃で4時間さらし、水素供給500Nl/l×hで保持し、圧力70barに維持することにより、触媒を再生した。再生の後、反応器を冷却し、新たな触媒を備えたものと同じように再始動した。
【0066】
2112時間の全処理時間の後に、アジポジニトリルの転化率は91.4%のであり、6−アミノカプロニトリルとヘキサメチレンジアミンの初期の全選択率が、反応器の全長にわたって平均温度37.3℃で達成された。

Claims (11)

  1. 少なくとも1個の不飽和炭素−窒素結合を有する化合物を水素で水素化することによりNH 基を有する化合物を製造する際に用いられる不均一系触媒の再生の方法であって、
    a) 水素化される化合物の供給を停止し、かつ
    b) 不均一系触媒を式(I):
    N−CO−R   (I)
    [但し、Rは、水素またはC−Cアルキル基であり、且つ、R、Rは、相互に独立してそれぞれ水素又はC−Cアルキル基であるか、又は合体してC−Cアルキレン基である]
    で表される化合物で、あるいは上記化合物の混合物を用いて、0.1〜30MPaの範囲の圧力、100〜300℃の範囲の温度の条件で処理し、且つ、この処理を式(I)の化合物が液体で行うことを特徴とする、再生の方法。
  2. 再生される不均一触媒がアジポジニトリルの水素化に用いられていたものである、請求項1に記載の方法。
  3. 再生される不均一触媒がアジポジニトリルのヘキサメチレンジアミンへの水素化に用いられていたものである、請求項1に記載の方法。
  4. 再生される不均一触媒がアジポジニトリルのヘキサメチレンジアミンおよび6−アミノカプロニトリルを含む混合物への水素化に用いられていたものである、請求項1に記載の方法。
  5. 式(I)において、RとRが合体してCアルキレン基を形成する、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 式(I)において、RとRが合体してCアルキレン基であってRがメチル基である、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  7. 式(I)において、RとRがそれぞれメチル基であって、Rが水素である、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 不活性触媒が、鉄、コバルトおよびニッケルまたはそれらの混合物からなる群から選ばれた単体を触媒活性成分として含む、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 不活性触媒が、鉄、コバルトおよびニッケルまたはそれらの混合物からなる群から選ばれた単体の化合物を触媒活性成分として含む、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  10. 再生を水素の存在下で行う、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 水素供給を工程a)において停止する、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
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