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JP2017513924A - Edaを蒸留精製するための方法 - Google Patents

Edaを蒸留精製するための方法 Download PDF

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JP2017513924A JP2016574356A JP2016574356A JP2017513924A JP 2017513924 A JP2017513924 A JP 2017513924A JP 2016574356 A JP2016574356 A JP 2016574356A JP 2016574356 A JP2016574356 A JP 2016574356A JP 2017513924 A JP2017513924 A JP 2017513924A
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Abstract

本発明は、エチレンジアミン(EDA)を蒸留精製するための方法に関し、ここで、この方法は、工程a)およびb)を含む。工程a)では、水とEDAとN−メチルエチレンジアミン(N−MeEDA)とを含む混合物(G1)が蒸留装置(D1)に供給され、そこから頂部を介して4.8bar(絶対圧)超の圧力で、混合物(G1)中に含まれている水の大部分が分離される。(D1)の底部からは、水が減少した混合物(G2)が工程b)において蒸留装置(D2)に供給される。(D2)の頂部を介して、N−MeEDAの大部分が留去される。(D2)の底部から得られた流S3はEDAを含んでおり、ここで、混合物(G1)中に含まれる成分の水ならびにN−MeEDAは、ほとんど除去されているか、または完全に除去されている。場合によって、純粋なEDAを得るために、例えば混合物(G1)中にさらにジエチレントリアミン(DETA)が含まれている場合、さらなる蒸留工程が実施されてよい。混合物(G1)中にさらにアンモニアが含まれている場合、本発明による方法では好ましくは工程a)の実施前にさらにアンモニア分離が行われる。

Description

本発明は、エチレンジアミン(EDA)を蒸留精製するための方法に関しており、ここで、この方法は、工程a)およびb)を含む。工程a)において、水とEDAとN−メチルエチレンジアミン(N−MeEDA)とを含む混合物(G1)が蒸留装置(D1)に供給されて、そこから頂部を介して4.8bar(絶対圧)超の圧力で混合物(G1)中に含まれる水の大部分が分離される。(D1)の底部から、水が減少した混合物(G2)が、工程b)において蒸留装置(D2)に供給される。(D2)の頂部を介して、N−MeEDAの大部分が留去される。(D2)の底部から得られた流(S3)はEDAを含んでおり、ここで、混合物(G1)中に含まれている成分の水およびN−MeEDAは、ほとんど除去されているか、または完全に除去されている。場合によって、例えば混合物(G1)中にさらにジエチレントリアミン(DETA)が含まれている場合、純粋なEDAを得るためにさらなる蒸留工程を実施することができる。混合物(G1)中にさらにアンモニアが含まれている場合、本発明による方法では、好ましくは工程a)の実施前に追加的にアンモニアの分離が行われる。
EDAの製造方法は長らく公知であり、そのためにはシアン化水素が出発材料の1つとして使用されることが多い。WO2008/104578は、EDAを含むエチレンアミン混合物を製造するための方法を開示しており、ここで、ホルムアルデヒドシアノヒドリンをほとんど含まない粗アミノアセトニトリル(粗AAN)は、50℃から150℃までの温度で加熱される。ここで、AANおよびイミノジアセトニトリル(IDAN)を含むアミノニトリル混合物が得られる。この混合物は、その後、触媒の存在下に水素化されてEDAおよびジエチレントリアミン(DETA)になる。さらに、WO2008/104578から、使用された粗AANは、アンモニアの水性混合物とFACHとを4以上:1[mol/mol]のモル比で50℃から80℃までの温度で反応させることによって得られることが読み取れる。
ホルムアルデヒドシアノヒドリン(FACH)の製造も同様に長らく公知である。ホルムアルデヒドとシアン化水素からFACHを製造するための詳細情報は、例えばWO2008/104579から得られる。しかし、この方法では、FACHは、AANを介してアンモニアと反応させてEDAを製造するために使用されるのではなく、その代わりにそこで、FACHはEDAと反応して、エチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN)になる。EDDNは、さらにまた水素化されてトリエチレンテトラアミン(TETA)になる。
WO2011/067226は、水とエチレンジアミンとN−メチルエチレンジアミンとを含む混合物を蒸留するための方法に関しており、ここで、この混合物は蒸留塔に導入され、この蒸留塔は、10mbarから4barまでの頂部圧力で運転される。この混合物中で、水とエチレンジアミンは特別な比で存在している必要がある。蒸留に使用される混合物は、さらにまたホルムアルデヒドとシアン化水素とアンモニアと水素との反応によって得られるか、またはエチレンオキシドとアンモニアとの反応によってエタノールアミンを形成させて、さらにエタノールアミンとアンモニアとを反応させて得られる反応流出物である。
WO2011/067226の2ページ13行目〜14行目からは、さらに、EDAおよびN−MeEDAは標準圧で沸点が近い共沸性の混合物を形成し、この混合物は、一般に、工業的に許容可能な費用で分離することはできないことが公知である。WO2011/067226では、N−メチルエチレンジアミン/水共沸混合物を塔の頂部を介して分離することによって、N−メチルエチレンジアミンとエチレンジアミンとに分ける。WO2011/067226に記載の方法では、そのうえさらに、いくつかの実施態様においてN−MeEDA/水混合物の共沸分離を可能にするためにさらに水を追加的にこの方法に供給する必要がある。相応の塔内には、塔底にますます大量の水が残り、この大量の水は、後続の蒸留工程において、さらに目標生成物のEDAと分けられる必要がある。
さらに、DE−A1258413から、EDAと水が雰囲気圧で、沸点が約118℃の共沸性の混合物を形成することが公知である。この共沸混合物は、82%がEDAから、および18%が水からなっており、純粋なEDA(116℃)よりも約2℃高い温度で沸点に達する。圧力の上昇とともに共沸混合物のEDA含有率は増加する。4.8barを上回ると共沸混合物はもう存在していない。
WO2010/042168では、エチレンオキシドおよびアンモニアを出発点として中間生成物のエタノールアミンを経由するエチレンジアミンの製造方法が記載されている。エタノールアミンとアンモニアとの反応で生じた粗エチレンジアミンは、副生成物のN−エチルエチレンジアミンおよびN−メチルエチレンジアミンを含む。例3および図4では、この2つのN−アルキルエチレンジアミンとエチレンジアミンとを共沸混合物蒸留によって分ける方法が示される。
WO2010/042168およびWO2011/067226に記載の方法の欠点は、共沸混合物蒸留において少なからぬ量の廃水が生じ、その中に含まれる窒素化合物は、例えば浄化装置で分解されなければならないことである。
WO2011/067226に記載の、エチレンジアミンとN−メチルエチレンジアミンとを分けるための方法は、供給流中の水対エチレンジアミンの比が二成分共沸混合物中よりも低く、この混合物がN−メチルエチレンジアミンを多く含む場合、特に欠点がある。この場合、塔の供給流にさらなる水を添加混合する必要がある(WO2011/067226、例4参照)。この水は再び分離されなければならないため、この実施態様はあまり好都合ではない。
さらなる欠点は、頂部を介するEDA損失を回避するために、含水率が蒸留前に正確に調節されなければならないことにある。
したがって、本発明の基礎をなす課題は、エチレンジアミン(EDA)を精製するための新規の方法を提供することにある。
課題は、エチレンジアミン(EDA)を蒸留によって精製するための、以下の工程a)およびb)を含む方法によって解決される:
a)水とEDAとN−メチルエチレンジアミン(N−MeEDA)とを含む混合物(G1)を蒸留装置(D1)に供給する工程、ここで、(D1)から
i)頂部を介して4.8bar(絶対圧)超の圧力で、水を含む流(S1)が留去されて、
ii)底部から混合物(G2)が抜き取られ、ここで、混合物(G2)は、混合物(G1)と比べて水が減少している、
b)混合物(G2)を蒸留装置(D2)に供給する工程、ここで、(D2)から
i)頂部を介して、N−MeEDAを含む流(S2)が留去されて、
ii)底部から流(S3)が抜き取られ、ここで、流(S3)は、混合物(G2)と比べてN−MeEDAが減少している。
本発明による方法の主な利点は、水とN−MeEDAおよび/または水とEDAを共沸分離する必要がないことである。その代わりに、本発明によれば、まず、第一の方法工程で、使用される混合物中に含まれる水の大部分とEDAが水の共沸分離を行うことなく分けられる。第二の方法工程では、続いてN−MeEDAとEDAが分けられ、ここで、同様に共沸条件は存在していない。
本発明による方法のさらなる利点は、この方法が、きわめて可変的に実施できることにある。精製されるEDAは、具体的な製造方法にかかわらず使用可能であり、基本的に、EDAは、当業者に公知のあらゆる方法によって製造することができる。例えば、EDA製造は、ホルムアルデヒドおよびシアン化水素を出発点として行われるか、またはエチレンオキシドおよびアンモニアを使用して行うことができる。先行技術から公知の方法の場合、著しい量の廃水が生じる。共沸分離条件のため、分離された水は、一般に、大量の窒素化合物を副成分として含む(つまり、EDA、DETA、N−MeEDAなど)。したがって、この廃水は、さらに浄化装置で清浄化されなければならない。
本発明によれば、確かに水も分離される。EDAが20%から60%までの水性ホルムアルデヒドから製造される場合、一般に、分離される混合物(G1)中には、むしろ比較的大量の水が含まれており、この水は分離されなければならない。しかし、本発明による方法の工程a)における方法条件のため、分離された水には窒素含有化合物がごくわずかしか含まれていないため、清浄化費用は比較的少ない。
本発明による方法のさらなる利点は、工程b)において頂部生成物として生じ、EDAとの混合物としても存在しうるN−MeEDAが、エポキシド樹脂を製造するための成分として有利な方法で使用できることである。
本発明による方法において混合物(G1)中に含まれているEDAが、二酸化硫黄(SO2)を全く含まないか、またはほとんど含まないシアン化水素を使用して製造される場合、本発明による方法のさらなる利点は、水素化触媒(つまり、方法Aによる工程A3)で使用される触媒)の耐用期間が改善されることである。この効果が現れるのは、特に、工程A1)によるFACH製造に使用されるシアン化水素が、二酸化硫黄ならびに場合によって別の酸性の安定剤、例えば硫酸またはリン酸を全く含まないか、または少なくともほとんど含まない場合である。
したがって、工程A3)においてSO2を(ほとんど)含まないシアン化水素の使用は、特に工程A3)で使用される水素化触媒の性能に特に好影響を及ぼす。したがって、AANの水素化は、長時間にわたって高いEDA収率で、触媒活性を実質的に低下させることなく実施することができる。特にSO2は、ニトリルの水素化において慣用の方法条件下で触媒の存在下に不均化を起こす傾向があり、ここで、特に、主に水素化触媒の性能の低下に寄与する硫化物が生じる。それとは逆に、そのような不均化は、SO2の代わりに硫酸を使用する場合と比べて確認されないか、または著しく減少した程度でしか確認されない。
以下において、本発明をさらに明確にする。
本発明による方法では、工程a)において、水とEDAとN−メチルエチレンジアミン(N−MeEDA)とを含む混合物(G1)を蒸留装置(D1)に供給し、ここで、(D1)からi)頂部を介して4.8bar(絶対圧)超の圧力で、水を含む流(S1)が留去されて、ii)底部から混合物(G2)が抜き取られ、ここで、混合物(G2)は、混合物(G1)と比べて水が減少している。
工程a)において混合物(G1)中に含まれる成分の水、EDAおよびN−MeEDAそれ自体は、当業者に公知である。本発明の1つの実施態様では、混合物(G1)は、EDA、N−MeEDAおよび水を実質的に好ましくは少なくとも99質量%含む。以下においてさらに明確にされる通り、混合物(G1)中には、さらに別の成分、例えばジエチレントリアミン(DETA)またはアンモニア(NH3)が含まれていてもよい。そのようなさらなる成分は、好ましくは(以下において同じく明確にされる通り)工程a)の実施前か(アンモニアの場合)、または工程b)に続いて(DETAの場合)、相応の混合物から分離される。
混合物(G1)の個々の成分は、基本的に、互いに任意の比で存在していてよい。
本発明の1つの実施態様では、混合物(G1)は、EDA、N−MeEDA、DETA、水およびNH3を実質的に好ましくは少なくとも99質量%、特に少なくとも99.5質量%含む。この実施態様において、アンモニアは、好ましくは本発明による工程a)の実施前に、混合物(G1)から完全に取り除かれる、または少なくとも大部分が取り除かれる。
本発明による方法において工程a)で使用される蒸留装置(D1)は、基本的に、これに関して当業者に公知のあらゆる蒸留装置、例えば塔が使用されてよい。蒸留装置(D1)の具体的な構造は、本願の本文においてこれ以降に明確に示される。
本発明による、水とN−メチルエチレンジアミンとの分離もしくは水とEDAとの分離は、蒸留が4.8barを上回る圧力で実施される場合に成功する。この条件下には、エチレンジアミン/水共沸混合物もしくはN−メチルエチレンジアミン/水共沸混合物は存在していない。
これ以降でさらに正確に示される通り、例えば、まず蒸留装置(D1)および(D4)におけるアミノアセトニトリルの水素化もしくはエタノールアミンとアンモニアとの反応からの反応流出物からアンモニアを取り除くことができる。したがって、蒸留装置(D4)の反応流出物は、水分離のために蒸留装置(D1)に導入されてよい。
本発明によれば、蒸留装置(D1)の頂部を介して、水はほとんどが分離されるか、または完全に分離される。本発明の範囲において、「水をほとんど含まない」もしくは「水をほとんど分離する」という用語は、以下の通り理解される:蒸留装置(D1)の底部生成物中に残留している水分量は、1000質量ppm未満、好ましくは200質量ppm未満、特に50質量ppm未満である。
蒸留装置(D1)の底部生成物として反応混合物(G2)が生じ、この反応混合物は、実質的にエチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミンおよび場合によってジエチレントリアミンを含む。
蒸留装置(D1)の頂部圧力は、好ましくは4.8bar超から20barまで、より好ましくは5barから10barまで、特に好ましくは5barから6barまでである。
蒸留装置(D1)の底部温度は、好ましくは175℃から250℃まで、より好ましくは175℃から220℃まで、特に好ましくは180℃から200℃までである。
分離された水は、好ましくは1質量%未満、より好ましくは1000質量ppm未満、特に好ましくは100質量ppm未満の窒素を有機窒素化合物の形態で、特にアミンの形態で含む。
好ましい実施態様では、工程a)において、蒸留装置(D1)の底部温度は175℃から250℃までであること、および/または混合物(G1)からは、その中に含まれている水が完全に、または少なくともほとんどが頂部を介して(D1)から留去される。さらに、この実施態様では、工程a)において蒸留装置(D1)の底部から抜き取られた混合物(G2)が、水を1000質量ppm未満、より好ましくは水を200質量ppm未満、特に水を50質量ppm未満含むことが好ましい。
工程b)では、混合物(G2)が蒸留装置(D2)に供給され、ここで、(D2)から、i)頂部を介して、N−MeEDAを含む流(S2)が留去されて、ii)底部から流(S3)が抜き取られ、ここで、流(S3)は、混合物(G2)と比べてN−MeEDAが減少している。
蒸留装置(D2)の頂部生成物としてN−メチルエチレンジアミンが取り出され、このN−メチルエチレンジアミンは、エチレンジアミンを好ましくは20質量ppmから50質量ppmまで、より好ましくは22質量ppmから40質量ppmまで、特に好ましくは23質量ppmから30質量ppmまで含む。
蒸留装置(D2)の底部を介して、エチレンジアミンと場合によりジエチレントリアミンからの混合物が生じ、この混合物は、N−メチルエチレンジアミンを好ましくは0ppmから10,000ppmまで、好ましくは0ppmから1,000ppmまで、特に好ましくは0ppmから200ppmまで含む(質量ppm)。
蒸留装置(D2)の底部温度は、好ましくは20℃から75℃まで、より好ましくは40℃から70℃まで、特に好ましくは55℃から65℃までである。
蒸留装置(D2)の頂部圧力は、好ましくは10mbarから500mbarまで、より好ましくは30mbarから300mbarまで、特に好ましくは50mbarから200mbarまでである。
通常、蒸留装置(D2)の理論段は50段から200段まで、好ましくは、理論段は70段から150段まで、特に好ましくは、理論段は80段から120段までである。ここで、圧力損失の少ない充填物が好ましい。
通常、還流量の供給量に対する比は、0.5から100まで、好ましくは2.0から10まで、特に好ましくは3.0から5までである。
エチレンジアミン1kgあたり、本発明による工程b)で分離されるN−メチルエチレンジアミンは好ましくは0.02kgから0.04kgまで生じる。
本発明の好ましい実施態様では、工程b)において蒸留装置(D2)は、20℃から75℃までの底部温度で、および/または10mbar(絶対圧)から500mbar(絶対圧)まで、特に50mbar(絶対圧)から200mbar(絶対圧)までの頂部圧力で運転される。さらに、この実施態様では、工程b)において蒸留装置(D2)の底部から抜き取られた流(S3)が、N−MeEDAを10000質量ppm未満、より好ましくはN−MeEDAを1000質量ppm未満、特にN−MeEDAを200質量ppm未満含むことが好ましい。同じく、この実施態様では、工程b)において蒸留装置(D2)の頂部を介して留去された流(S2)が、EDAを20質量ppmから50質量ppmまで、より好ましくはEDAを22質量ppmから40質量ppmまで、特にEDAを23質量ppmから30質量ppmまで含むことが好ましい。
混合物(G1)がさらにアンモニア(NH3)を含む場合、好ましくは工程a)の前に、工程c)において混合物(G1)からのアンモニア分離が実施される。
好ましくは、工程c)は2段階で実施され、ここで、2つの段階において以下の通り実施される。
第一段階では、蒸留装置(D3)において、混合物(G1)からアンモニアが頂部を介して20℃から70℃までで抜き取られて凝縮され、底部温度は220℃未満であり、および底部から、NH3が減少した混合物(G1a)が蒸留装置(D4)に運ばれ、
第二段階では、第二の蒸留装置(D4)において、混合物(G1b)が底部から分離されて、ここで、混合物(G1b)は、アンモニアを(ほとんど)含んでおらず、混合物(G1b)は混合物(G1)の代わりに工程a)において蒸留装置(D1)に供給される。
蒸留装置(D3)および(D4)として、これに関して当業者に公知のあらゆる蒸留装置が使用されてよい。蒸留装置(D3)では、塔頂での温度(「凝縮温度」)は、好ましくは20℃から70℃まで、特に35℃から60℃までである。好ましくは、蒸留装置(D3)、特に頂部領域における温度は圧力によって調節される。圧力は、当業者に公知のアンモニアの蒸気圧表を元に測定することができる。蒸留装置(D3)の底部温度は、好ましくは200℃未満、特に好ましくは190℃未満である。底部温度は、好ましくはアンモニア含分によって調節され、この含分は、底部を介して蒸留装置(D3)から抜き取られる。一般に、底部温度は140℃を下回らない。
第二段階では、塔の圧力は、好ましくは、蒸留装置(D4)の底部流出物がアンモニアを含まないか、もしくはアンモニアをほとんど含まないように調節される。底部流出物がアンモニアをほとんど含まないとは、アンモニア含有率が1質量%未満、好ましくは0.5質量%未満の場合であり、底部流出物がアンモニアを含まないとは、アンモニア含有率が0.1質量%未満、好ましくは0.01質量%の場合である。
蒸留装置(D4)の底部温度は、蒸留装置(D3)との関連において上述されている底部温度に相当する。蒸留装置(D4)の上側部分から、好ましくは塔頂を介して、アンモニアが分離される。好ましくは、この流はアンモニアの他に水も含む。ここで、含水率は、好ましくは、蒸留装置(D4)の頂部温度もしくは凝縮温度が、蒸留装置(D3)に関して上述された塔頂の温度範囲に相当するように調節される。好ましくは(D4)の塔頂から抜き取られ、さらに水を含むNH3を含有する流は、アンモニア分離の第一段階のための蒸留装置(D3)に返送されるのが好ましい。特に好ましくは、凝縮器は閉鎖型の凝縮の形態で実施される。これは、凝縮物の逆混合(循環流の凝縮器を介する導入)によるか、または並流での凝縮によって実施することができる。
さらに、本発明による方法では、混合物(G1)中に含まれるEDAは、方法(A)または方法(B)によって製造されるのが好ましく、ここで、方法(A)は、以下の工程(A1)から(A3)までを含み、
A1)ホルムアルデヒドとシアン化水素(HCN)とを反応させてホルムアルデヒドシアノヒドリン(FACH)にする工程、ここで、シアン化水素は、二酸化硫黄(SO2)を全く含まないか、またはほとんど含まない、
A2)FACHとアンモニア(NH3)とを反応させてアミノアセトニトリル(AAN)にする工程、
A3)AANを触媒の存在下に水素化してEDAを得る工程、
および方法(B)は、以下の工程(B1)および(B2)を含む:
B1)エチレンオキシド(EO)とアンモニア(NH3)とを反応させてエタノールアミン(EOA)にする工程、
B2)EOAとNH3とを反応させてEDAにする工程。
上記方法(A)および(B)それ自体は、当業者に公知である。さらに、本発明による方法で使用されるEDAは、EDAが上記2つの方法のうちの1つによって製造された場合、好ましくは上記の通り、工程A3)によるAANの水素化の直後か、または工程B2)によるEOAの反応の直後に、アンモニア分離に供されるのが好ましい。
さらに、本発明による方法では、混合物(G1)に含まれるEDAは、工程A1)からA3)までを含む上記方法(A)により準備されることが好ましい。方法(A)は、以下の文脈においてより明確にされる。
本発明による方法では、工程A1)においてホルムアルデヒドとシアン化水素(HCN)とのホルムアルデヒドシアノヒドリン(FACH)への反応が行われ、ここで、シアン化水素は、二酸化硫黄(SO2)を全く含んでいないか、またはほとんど含んでいない。
ホルムアルデヒドは、一般に市販されている化学物質である。好ましくは、ホルムアルデヒドは、水溶液の形態で使用される。ホルムアルデヒドの割合が20質量%から60質量%まで[mol/mol]、特に好ましくはホルムアルデヒドの割合が25質量%から55質量%までの水性ホルムアルデヒドであるのが好ましい。
シアン化水素も同じく一般に市販されている化学物質である。シアン化水素は、大規模工業的に、実質的に3つの異なる方法によって製造することができる。第一の方法によれば、シアン化水素は、メタンと酸素とアンモニアとのアンモ酸化(アンドルソフ法)によって得ることができる。第二の方法によれば、シアン化水素は、メタンとアンモニアからアンモニア脱水素化によって酸素の非存在下に得ることができる。最後に、シアン化水素は、大規模工業的にホルムアミドの脱水素化により製造することができる。
シアン化水素は、液体または気体状で、純粋な形態としてか、または水溶液として使用することができる。好ましくは、シアン化水素は、50%から100%まで、特に好ましくは75%から100%までの水溶液として使用される。シアン化水素は、好ましくは90質量%以上の純度で使用される。
上記の通り(具体的な数値を含めて)、本発明による方法の範囲では、シアン化水素は、二酸化硫黄(SO2)を全く含んでいないか、またはほとんど含んでいなくてよい。二酸化硫黄は、シアン化水素の安定剤として(例えばその製造後に)直接添加されてよい。水の存在下にSO2によって亜硫酸(H2SO3)が形成することが当業者に公知である。シアン化水素のSO2含有率を測定するための測定方法は当業者に公知であり、例えば、これはイオンクロマトグラフィーによって行うことができる。
市販されているシアン化水素には、一般に、安定剤、特に酸性安定剤が含まれているため、本発明の範囲では、新たに合成され、それゆえ安定剤を含まないシアン化水素が使用されるか、または存在している安定剤、特に二酸化硫黄は、当業者に公知の方法によって工程A1)で使用される直前に取り除かれる。安定剤を含まないシアン化水素は、不揮発性の安定剤、特に硫酸またはリン酸を含むシアン化水素から出発して、WO2004/092068に記載の方法によれば蒸留により製造することができる。ここで、シアン化水素は頂部を介して留去され、相応の安定剤は、底部生成物として生じる。
安定剤を含まないシアン化水素は、揮発性の安定剤、特に二酸化硫黄を含むシアン化水素から出発して、US−A2571099によれば、不活性ガスをシアン化水素に導入することによって得ることができる。
本発明の好ましい実施態様では、工程A1)において、安定剤を全く含まないか、またはほとんど含まないシアン化水素が使用される。「全く含まない」もしくは「ほとんど含まない」という用語に相応する数値は、上記ですでに定義された。安定剤として、この関連においては、特に二酸化硫黄、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、ならびに場合によってその他の酸が考慮されており、それらは、シアン化水素のための酸性安定剤として当業者に公知である。
ホルムアルデヒド、好ましくは水性ホルムアルデヒドとシアン化水素からFACHへの反応は、不連続的、半連続的または連続的に実施されてよい。好ましくは、この反応は、逆混合反応器内で熱排出によって、例えば熱交換器を使用して行われる。工程A1)を実施するための反応器として、特に撹拌反応器、ループ型反応器または管型反応器が使用されてよい。
工程A1)は、基本的に任意の温度で実施されてよく、好ましくは、反応温度は0℃から70℃まで、より好ましくは10℃から50℃まで、特に好ましくは20℃から45℃までである。
ここで、工程A1)における圧力は、反応混合物が液体で存在しているように選択される。
好ましくは、シアン化水素は、ホルムアルデヒドに対して当モルか、またはわずかに不足量で使用される。より好ましくは、HCN対ホルムアルデヒドのモル比は、0.85から1.0まで対1[mol/mol]、さらにより好ましくは0.9から1.0まで対1[mol/mol]、特に0.95から1.0まで対1[mol/mol]である。
さらに、反応混合物は、塩基を使用して、好ましくは苛性ソーダ液を使用して、pH値が3.5から6.5まで、好ましくは4.0から6.0まで、特に好ましくは5.5に調節されることが好ましい。
FACH合成における滞留時間は、1分から1時間まで、好ましくは5分から30分までである。
FACH合成におけるHCN転化率は、99%超であり(Volhard法による滴定によって測定)、FACH収率は98%超である(Volhard法とLiebig法を組み合わせた滴定によって測定)。
得られた、好ましくは水性のFACH溶液が、例えば50質量%から80質量%までの溶液に濃縮される場合、工程A1)の反応混合物中のpH値を5.5未満、好ましくは3.5未満の値に低下させることが有利である。これは、例えば無機酸、例えば硫酸またはリン酸の添加によって達成することができる。
本発明による方法では、工程A2)においてFACHとアンモニア(NH3)からアミノアセトニトリル(AAN)への反応が行われる。
本発明によれば、一般に、工程A1)の反応流出物、つまりFACHもしくはFACHを含む混合物を、後処理せずに、かつ溶媒をさらに使用することなく、アンモニアと反応させてAANにする。アンモニアは、工程A2)においてAAN製造における出発材料として使用されるだけではなく、溶媒として使用することもできる。場合によって、工程A1)で得られたFACH水溶液は、水の蒸発によって濃縮されうる。
FACHとアンモニアとの反応は、不連続的、半連続的または連続的に行われてよい。この反応は、いずれの好適な、かつ当業者に公知の装置で行われてよい。好ましくは、工程A2)において、断熱または冷却された、逆混合のない気流管、またはピストン流れ特性(Kolbenstroemungscharakteristik)を有する反応器が使用される。このようにして、FACHおよびAANからの妨害となる副生成物の形成は、色で認識可能であり、回避することができる。
工程A2)において、温度は、一般に0℃から150℃まで、好ましくは50℃から100℃まで、特に好ましくは70℃から90℃までである。
工程A2)において、圧力は、基本的に任意に調節されてよい。好ましくは、工程A2)において、圧力は20barから400barまで、特に80barから270barまでである。好ましくは、工程A2)において圧力は、反応混合物が液体であるほど高い。さらに好ましくは、工程A2)における圧力は、工程A3)におけるよりも高い。例えば、工程A2)における圧力は、工程A3)におけるよりも5barから20barまでだけ高い。
FACH対アンモニアのモル比は、基本的に任意であってよいが、一般に、少なくとも1当モル量のアンモニアが使用され、好ましくは、アンモニアは、FACHに対して大幅なモル過剰量で使用される。好ましくは、工程A2)において、FACH対アンモニアのモル比は、1:2から1:15まで[mol/mol]、より好ましくは1:5から1:30まで[mol/mol]、特に1:10から1:20まで[mol/mol]である。
反応混合物の相応の装置における滞留時間は、好ましくは0.1分から20分まで、特に好ましくは1.0分から10分までである。
AAN収率は、(FACHを基準として)好ましくは95%以上である。さらに、AAN対IDANの質量比は、好ましくは99以上:1である。
工程A2)において、反応流出物は、好ましくはAANを10質量%から50質量%まで、アンモニアを10質量%から80質量%まで、FACHを1質量%未満、IDANを1質量%未満含む。残分は水であり、この水は、工程A2)においてAANを製造する際に形成されるものか、もしくはすでにFACH製造において、出発材料と一緒に使用されたものである。
本発明の好ましい実施態様では、工程A2)において得られるAANは、
i)蒸留による後処理および/もしくは水分離をせずに、粗AANとして工程A3)で水素化されるか、または
ii)工程A3)により水素化される前に、イオン交換体または金属酸化物を使用して吸着精製に供される。
本発明による方法では、工程A3)において、AANの水素化は触媒の存在下に実施されてエチレンジアミン(EDA)が得られる。
一般に、触媒(「水素化触媒」)の存在下でのAANと水素との反応によって水素化されてEDAが得られる。ここで、AAN1モルあたり少なくとも2モルの水素が必要とされる。工程A2)で得られたAANは、工程A3)による水素化に直接供されてよいが、場合によって、これ以降に詳述される通り、さらに後処理工程が、工程A2)と工程A3)との間で実施されてよい。
水素は、一般に工業的に純粋で使用される。水素は、水素を含むガスの形態で、つまり、別の不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンまたは二酸化炭素の混合物とともに使用されてもよい。水素を含むガスとして、例えば改質器排ガス(Reformerabgase)、製油所ガスなどが、使用される水素化触媒の接触毒、例えばCOを含まない場合、これらのガスは使用されてよい。しかし、好ましくは純粋な水素もしくは実質的に純粋な水素が本方法で使用され、例えば水素の含有率が99質量%超、好ましくは水素が99.9質量%超、特に好ましくは水素が99.99質量%超、特に99.999質量%超の水素が使用される。
触媒として、基本的にニトリル水素化に関して当業者に公知のあらゆる触媒が使用されてよい。したがって、AANのニトリル官能基の水素化のための触媒(水素化触媒)として、例えば、活性種として元素周期表の第8副族の1つまたは複数の元素(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、好ましくはFe、Co、Ni、RuまたはRh、特に好ましくはCoまたはNiを含む触媒が使用されてよい。
その中には、いわゆる骨格触媒(Raney(登録商標)型とも表され、以下、ラネー触媒とも表される)が含まれており、この骨格触媒は、水素化活性金属と別の成分(好ましくはAl)からなる合金の浸出(活性化)によって得られるものである。それらの触媒は、さらに1つまたは複数の促進剤を含んでいてよい。
特に好ましい実施態様では、AANの水素化においてラネー触媒が使用され、好ましくはラネーコバルト触媒またはラネーニッケル触媒、特に好ましくはラネーコバルト触媒が使用され、この触媒は、促進剤として元素のNi、CrまたはFeのうちの少なくとも1つを含む。つまり、ラネーコバルト触媒は、これらの元素のうちの少なくとも1つがドープされている。本発明によれば、ラネー触媒は、好ましくは懸濁されたラネー触媒として使用される。
触媒は、完全触媒として使用されるか、または担持されて使用されてよい。担体として、好ましくは金属酸化物、例えばAl23、SiO2、ZrO2、TiO2、金属酸化物の混合物または炭素(活性炭、カーボンブラック、グラファイト)が使用される。
本発明の好ましい形態では、任意の工程c)においてNH3が分離されて、先行する方法工程に返送され、好ましくは、アンモニア返送は、方法(A)の工程A2)の後か、または方法(B)の2つの工程B1)もしくはB2)のうちの少なくとも1つの工程の後に行われる。
さらに、本発明による方法では、この方法がさらに以下の工程d)を含むことが好ましい。
d)流(S3)を蒸留装置(D5)に供給する工程、ここで、D5から頂部を介して200mbar(絶対圧)から2bar(絶対圧)までの圧力でEDAが留去され、好ましくはEDAの純度は、少なくとも95%、より好ましくは少なくとも99%、特に少なくとも99.5%である。
通常、蒸留装置(D5)の底部温度は、150℃から250℃まで、好ましくは170℃から220℃まで、特に好ましくは175℃から185℃までである。
通常、蒸留装置(D5)の頂部圧力は、200mbarから2barまで、好ましくは250mbarから500mbarまで、特に好ましくは250mbarから350mbarまでである。
本発明による方法において、混合物(G1)中にさらにジエチレントリアミン(DETA)が含まれている場合、本発明によれば、DETA分離は、さらなる工程e)として実施され、好ましくは工程e)は、工程b)および/または工程d)に続いて行われ、特に好ましいのは、b)、d)、e)の工程順序である。
さらに、DETAが流(S3)中に含まれており、蒸留装置(D5)からは、底部からDETAが富化された流(S4)が抜き取られて、工程e)が以下の通り実施されるのが好ましい:
e)流(S4)を蒸留装置(D6)に供給する工程、ここで、D6から側方排出流を介してDETAが留去される。
通常、蒸留装置(D6)の底部温度は、100℃から250℃まで、好ましくは170℃から220℃まで、特に好ましくは175℃から200℃までである。
通常、蒸留装置(D6)の頂部圧力は、10mbarから500mbarまで、好ましくは20mbarから100mbarまで、特に好ましくは30mbarから60mbarまでである。
場合によって、蒸留装置(D6)からは、さらに頂部生成物として、残留していた低沸点物が分離されてよい、および/または底部生成物として、残留していた高沸点物が分離されてよい。
上記蒸留装置(D1)から(D6)までを使用して、本発明による方法で実施される蒸留は、当業者に公知のいずれの好適な装置で実施されてよい。この蒸留に好適であるのは、例えば:Kirk−Othmer、Encyclopedia of Chemical Technology、4.edition、Vol.8、John Wiley & Sons、New York、1996、334ページから348ページまでに記載されている装置であり、例えばシーブトレイ塔、バブルキャップトレイ塔、規則充填塔、不規則充填塔または一段階蒸発器、例えば流下薄膜蒸発器、薄膜蒸発器、フラッシュ蒸発器、多相らせん管蒸発器(Mehrphasenwendelrohrverdampfer)、自然循環式蒸発器または強制循環式フラッシュ蒸発器(Zwangsumlaufentspannungsverdampfer)である。
好ましくは、蒸留塔(D1)から(D6)までは、分離性能を高めるために内部構造物を備えている。蒸留内部構造物は、例えば規則充填物として存在していてよく、例えばMellapak 250YまたはMontz Pak、B1−250型などのシートメタル充填物として存在していてよい。比表面積が比較的小さいか、もしくは大きい充填物が存在していてもよいか、または織物充填物もしくは別の形状を有する充填物、例えばMellapak 252Yが使用されてよい。この蒸留内部構造物の使用において有利であることは、例えばバルブトレイと比べて圧力損失が小さいこと、および比液体ホールドアップが少ないことである。内部構造物は、1つまたは複数の棚段に存在していてよい。
蒸留装置(D1)の理論段の数は、50から100まで、好ましくは55から70まで、特に好ましくは60から65までであり、蒸留装置(D2)では70から150まで、好ましくは80から120まで、特に好ましくは90から110までであり、蒸留装置(D5)では15から50まで、好ましくは20から40まで、特に好ましくは23から30までであり、蒸留装置(D6)では5から30まで、好ましくは7から20まで、特に好ましくは8から15までである。
図1には、本発明による方法がその基本形態で改めて説明されている。それぞれの混合物または流の下には、その中に含まれている最も重要な成分が括弧に入れられて記載されている。
本発明の好ましい実施態様は、図2でさらに説明される。図2において、省略形、矢印およびその他の記号は、上記図1に相応する意味を有している。図1に記載の実施態様と比べて、図2に記載の実施態様では、さらに蒸留装置(D5)を介するEDA分離、ならびに蒸留装置(D6)を介するDETA分離が実施される。ここで、DETAは、(D6)の側方排出流を介して得られる。破線は、場合によってさらなる成分、例えば流(S4)が含まれることがあり、この成分は、(D6)の頂部および/または底部を介して分離することができることを意味する。
本発明のさらなる好ましい実施態様は、図3においてさらに説明されており、ここで、上記図1および図2の実施態様が参照される。この実施態様では、本発明による工程a)の実施前に、工程c)によるアンモニア分離が実施される。図3から明らかな通り、アンモニア分離は、蒸留装置(D3)および(D4)を使用する二段階である。つまり、この実施態様では、使用される混合物(G1)にはさらにアンモニアが含まれている。したがって、本発明による方法の工程a)に記載の蒸留装置(D1)に、混合物(G1)の代わりに混合物(G1d)が供給される。
本発明のさらなる好ましい実施態様は、図4にさらに説明される。この実施態様では、混合物(G1)中に含まれるEDAは、上記方法(A)と同様に製造され、さらに方法工程(A3)による水素化に続いて、図3に記載の上記実施態様と同じように、混合物(G1)から2段階でアンモニア分離が実施される。「FA」はホルムアルデヒドを意味し、「B」は塩基を意味する。ここで、塩基の使用は単に任意であり、このことは、破線で示唆されている。方法工程(A1)から(A3)までは、好ましくは相応の複数の反応器内で実施され、それらの反応器は、図4において相応して「R1」から「R3」までとして示されている。工程(A1)から(A3)までの主要成分(出発材料または生成物)は、矢印を使用して相応に記載されており、各工程の最も重要な副生成物もしくは未反応の出発材料は括弧内に示されている。
したがって、図4には、本発明による方法のこの実施態様の部分領域しか示されておらず、蒸留装置(D4)から得られた混合物(G1b)は、続いて、上記図1に図示された通り、少なくとも本発明による工程a)およびb)に供される。同じく、図2による実施態様にさらに含まれる方法工程は、蒸留装置(D5)および(D6)を使用して実施されてもよい。これは、特に、混合物(G1)中に著しい量のDETAが含まれている場合である。特に好ましくは、図4に図示された実施態様は、図2に記載の実施態様との組み合わせとして実施される。
以下において、本発明を例を元に説明する。
本発明による方法を示す図 本発明の好ましい実施態様を示す図 本発明にさらなる好ましい実施態様を示す図 本発明のさらなる好ましい実施態様を示す図
例1:アンモニアの事前分離
NH3 64.1%、H2O 21.4%、EDA 13.3%、N−MeEDA 0.35%、DETA 0.46%および未知の副成分0.39%を含む流(混合物G1)45.0kg/hを、理論段数が3のストリッピング塔D3に供給し、この塔を18.0bar(絶対圧)で運転する。D3の底部で、180℃の温度を調節する。D3の底部に、後続の塔D4の頂部流出物が運ばれる。この頂部流出物は、NH3 31.2%、H2O 58.9%、EDA 9.1%、N−MeEDA 0.56%、DETA 430ppm、その他 残分を含む流3.17kg/hからなる。
D3では、頂部を介してNH3 28.9kg/h(H2O 0.2%)が抜き取られる。底部を介して、NH3 5.6%、H2O 59.3%、EDA 32.3%、N−MeEDA 0.905%、DETA 1.08%およびその他0.87%を含む流19.29kg/hが抜き取られる。底部温度は、180℃である。
D3の底部流出物は、理論段が13段の回収部を備える塔D4に導入される。D4は、圧力9.0bar(絶対圧)で運転される。頂部を介して混合物が抜き取られ、この混合物は、熱交換器で循環によって69℃にて凝縮される。頂部流出物は、上記の通り、塔D3に返送される。D4の底部温度は183℃である。底部を介して、NH3 10ppm未満(H2O 59.7%、EDA 37.0%、N−MeEDA 0.98%、DETA 1.30%およびその他1.0%)を含む流(混合物G1b)が排出される。
例2:
例1によるD4からの底部流出物は、脱水のために、理論段が60段(回収部に32段、および濃縮部に28段)の塔D1に導入される。D1は、5.4bar(絶対圧)の圧力で運転され、頂部温度は154.8℃であり、底部温度は182.5℃である。頂部を介して、水9.57kg/hがEDA 100ppm(N−MeEDA 検出限界未満)とともに運ばれる。底部を介して、H2O 92ppm(EDA 91.8%、N−MeEDA 2.4%、DETA 3.2%およびその他の副成分2.5%)を含む流6.46kg/hが運ばれて、混合物(G2)として抜き取られる。
D1からの底部流出物はN−MeEDAを分離するために塔D2に運ばれる。塔D2は、理論段数が100(そのうち回収部に46段、および濃縮部に54段)の充填物を含む。D2は、100mbarの頂部圧力で運転される。底部での圧力は115mbarである。頂部温度は、56.2℃であり、底部温度は、60.4℃である。還流量は、27.3kg/hである。頂部を介して、H2O 0.3%、EDA 24.9%およびN−MeEDA 74.8%を含む流0.2kg/hが運ばれる。底部を介して、EDA 94.0%、N−MeEDA 0.1%、DETA 3.3%およびその他の副成分2.6%を含む流6.26kg/hが運ばれる。
例2から明らかな通り、本発明による方法によって、H2OもN−MeEDAもほぼ完全にEDAと分けることができ、ここで、共沸蒸留を実施する必要はない。

Claims (15)

  1. エチレンジアミン(EDA)を蒸留精製するための方法において、以下の工程a)およびb)
    a)水とEDAとN−メチルエチレンジアミン(N−MeEDA)とを含む混合物(G1)を蒸留装置(D1)に供給する工程、ここで、(D1)から
    i)頂部を介して4.8bar(絶対圧)超の圧力で、水を含む流(S1)が留去されて、
    ii)底部から混合物(G2)が抜き取られ、ここで、混合物(G2)は、混合物(G1)と比べて水が減少している、および
    b)混合物(G2)を蒸留装置(D2)に供給する工程、ここで、(D2)から
    i)頂部を介してN−MeEDAを含む流(S2)が留去されて、
    ii)底部から流(S3)が抜き取られ、ここで、流(S3)は、混合物(G2)と比べてN−MeEDAが減少している
    を含む前記方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、混合物(G1)はさらにアンモニア(NH3)を含んでおり、工程a)の前に、工程c)として混合物(G1)からのアンモニア分離が実施されることを特徴とする前記方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、工程c)は2段階で実施され、ここで、
    第一段階では、蒸留装置(D3)において、混合物(G1)からアンモニアが頂部を介して20℃から70℃までで抜き取られて凝縮され、底部温度は220℃未満であり、および底部から、NH3が減少した混合物(G1a)が蒸留装置(D4)に運ばれ、
    第二段階では、第二の蒸留装置(D4)において、混合物(G1b)が底部から分離され、ここで、混合物(G1b)は、アンモニアを(ほとんど)含んでおらず、混合物(G1b)は、混合物(G1)の代わりに工程a)において蒸留装置(D1)に供給される、
    ことを特徴とする前記方法。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法において、混合物(G1)中に含まれるEDAは、方法(A)または方法(B)によって製造され、ここで、
    i)方法(A)は、以下の工程(A1)から(A3)まで
    A1)ホルムアルデヒドとシアン化水素(HCN)とを反応させてホルムアルデヒドシアノヒドリン(FACH)にする工程、ここで、シアン化水素は、二酸化硫黄(SO2)を全く含まないか、またはほとんど含まない、
    A2)FACHとアンモニア(NH3)とを反応させてアミノアセトニトリル(AAN)にする工程、
    A3)AANを触媒の存在下に水素化してEDAを得る工程
    を含み、
    ii)方法(B)は、以下の工程(B1)および(B2)
    B1)エチレンオキシド(EO)とアンモニア(NH3)とを反応させてエタノールアミン(EOA)にする工程、
    B2)EOAとNH3とを反応させてEDAにする工程
    を含むことを特徴とする前記方法。
  5. 請求項4に記載の方法において、方法(A)では工程A3)においてラネー触媒、好ましくはラネーニッケル触媒またはラネーコバルト触媒が使用され、特に促進剤として元素のFe、NiまたはCrのうちの少なくとも1つを含むラネーコバルト触媒が使用されることを特徴とする前記方法。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法において、該方法は、さらに工程d)
    d)流(S3)を蒸留装置(D5)に供給する工程、ここで、D5から頂部を介して200mbar(絶対圧)から2bar(絶対圧)の圧力でEDAが留去され、好ましくはEDAの純度は、少なくとも95%、より好ましくは少なくとも99%、特に少なくとも99.5%である、
    を含むことを特徴とする前記方法。
  7. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法において、混合物(G1)はさらにジエチレントリアミン(DETA)を含んでおり、DETA分離は、さらなる工程e)として実施され、好ましくは工程e)は、工程b)および/または工程d)に続いて行われ、特に好ましいのはb)、d)、e)の工程順序であることを特徴とする前記方法。
  8. 請求項7に記載の方法において、DETAは、流(S3)中に含まれており、蒸留装置(D5)からは、底部からDETAが富化された流(S4)が抜き取られ、工程e)は以下の通り
    e)流(S4)を蒸留装置(D6)に供給する工程、ここで、D6から側方排出流を介してDETAが留去される
    実施されることを特徴とする前記方法。
  9. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法において、工程a)では、蒸留装置(D1)の底部温度は175℃から250℃までであること、および/または混合物(G1)からは、その中に含まれている水が完全に、または少なくともほとんどが頂部を介して(D1)から留去されることを特徴とする前記方法。
  10. 請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法において、工程a)では、蒸留装置(D1)の底部から抜き取られた混合物(G2)は、水を1000質量ppm未満、より好ましくは水を200質量ppm未満、特に水を50質量ppm未満含むことを特徴とする前記方法。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法において、工程b)では、蒸留装置(D2)は20℃から75℃までの底部温度で、および/または10mbar(絶対圧)から500mbar(絶対圧)まで、特に50mbar(絶対圧)から200mbar(絶対圧)までの頂部圧力で運転されることを特徴とする前記方法。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法において、工程b)では、蒸留装置(D2)の底部から抜き取られた流(S3)は、N−MeEDAを10000質量ppm未満、より好ましくはN−MeEDAを1000質量ppm未満、特にN−MeEDAを200質量ppm未満含むことを特徴とする前記方法。
  13. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法において、工程b)では、蒸留装置(D2)の頂部を介して留去された流(S2)は、EDAを20質量ppmから50質量ppmまで、より好ましくはEDAを22質量ppmから40質量ppmまで、特にEDAを23質量ppmから30質量ppmまで含むことを特徴とする前記方法。
  14. 請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法において、混合物(G1)は、EDA、N−MeEDA、DETA、水およびNH3を実質的に好ましくは少なくとも99質量%、特に少なくとも99.5質量%含むことを特徴とする前記方法。
  15. 請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法において、工程c)では、NH3が分離されて、先行する方法工程に返送され、好ましくは、アンモニア返送は、方法(A)の工程A2)の後か、または方法(B)の2つの工程B1)もしくはB2)のうちの少なくとも1つの工程の後に行われることを特徴とする前記方法。
JP2016574356A 2014-03-13 2015-03-11 Edaを蒸留精製するための方法 Active JP6377183B2 (ja)

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