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WO2007096297A1 - Direktaminierung von kohlenwasserstoffen - Google Patents

Direktaminierung von kohlenwasserstoffen Download PDF

Info

Publication number
WO2007096297A1
WO2007096297A1 PCT/EP2007/051473 EP2007051473W WO2007096297A1 WO 2007096297 A1 WO2007096297 A1 WO 2007096297A1 EP 2007051473 W EP2007051473 W EP 2007051473W WO 2007096297 A1 WO2007096297 A1 WO 2007096297A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalyst
hydrogen
amination
ammonia
reaction
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/051473
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frederik Van Laar
Ekkehard Schwab
Joachim-Thierry Anders
Sven Crone
Karl HÖLEMANN
Wolfgang Mackenroth
Petr Kubanek
Original Assignee
Basf Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Priority to US12/280,634 priority Critical patent/US7741522B2/en
Priority to CN2007800066651A priority patent/CN101389592B/zh
Priority to EP07704599A priority patent/EP1989172B1/de
Priority to JP2008555760A priority patent/JP5339923B2/ja
Priority to AT07704599T priority patent/ATE525345T1/de
Publication of WO2007096297A1 publication Critical patent/WO2007096297A1/de
Priority to KR1020087023243A priority patent/KR101377834B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/02—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by substitution of hydrogen atoms by amino groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C211/00—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C211/43—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
    • C07C211/44—Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton having amino groups bound to only one six-membered aromatic ring
    • C07C211/45—Monoamines
    • C07C211/46—Aniline
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • the invention relates to a process for preferably continuous amination, preferably direct amination of hydrocarbons, preferably by reacting hydrocarbons, particularly preferably aromatic hydrocarbons, in particular benzene, with ammonia in the presence of catalyst (i) which catalyzes the amination, oxidizing agent, preferably air, Oxygen, CO, CO2, NO and / or N2O, particularly preferably oxygen, feeds the reaction mixture and the oxidizing agent with hydrogen, which is formed in the amination, in the presence of a catalyst (ii) which catalyzes this reaction with hydrogen.
  • the invention relates to processes for the amination of hydrocarbons, preferably by reaction of aromatic hydrocarbons, more preferably benzene with ammonia, in particular according to the following reaction, which is preferably catalysed:
  • aniline is usually prepared by converting benzene to a benzene derivative, e.g. Nitrobenzene, chlorobenzene or phenol and subsequent conversion of this derivative to aniline.
  • CN 1555921 A discloses the oxido-amination of benzene in the liquid phase, wherein hydrogen peroxide functions as the "O" donor, but the use of H2O2 is only of limited suitability due to the price and the low selectivity due to subsequent reactions for bulk chemicals.
  • CA 553,988 discloses a process for the preparation of aniline from benzene wherein benzene, ammonia and gaseous oxygen are reacted at a temperature of about 1000 ° C on a platinum catalyst. Suitable platinum-containing catalysts are platinum alone, platinum with certain specific metals, and platinum together with certain specific metal oxides.
  • CA 553,988 discloses a process for producing aniline in which benzene is reacted in the gas phase with ammonia in the presence of a reducible metal oxide at temperatures of 100 to 1000 ° C, without the addition of gaseous oxygen.
  • Suitable reducible metal oxides are the oxides of iron, nickel, cobalt, tin, antimony, bismuth and copper.
  • No. 3,919,155 relates to the direct amination of aromatic hydrocarbons with ammonia, wherein the catalyst used is nickel / nickel oxide, wherein the catalyst additionally contains oxides and carbonates of zirconium, strontium, barium, calcium, magnesium, zinc, iron, titanium, aluminum, silicon, cerium, Thorium, uranium and alkali metals may contain.
  • US 3,929,889 also relates to the direct amination of aromatic hydrocarbons with ammonia on a nickel / nickel oxide catalyst, wherein the catalyst used was partially reduced to elemental nickel and then reoxidized to obtain a catalyst having a nickel: nickel oxide ratio of 0.001 : 1 to 10: 1.
  • No. 4,001,260 discloses a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons with ammonia, again using a nickel / nickel oxide catalyst which has been applied to zirconium dioxide and has been reduced with ammonia before use in the amination reaction.
  • No. 4,031,106 again relates to the direct amination of aromatic hydrocarbons with ammonia on a nickel / nickel oxide catalyst on a zirconia support, which further contains an oxide selected from lanthanides and rare earth metals.
  • DE 196 34 1 10 describes the non-oxidative amination at a pressure of 10 - 500 bar and a temperature of 50-900 ° C, wherein the reaction takes place in the presence of an acidic heterogeneous catalyst which is modified with light and heavy platinum metals.
  • WO 00/09473 describes a process for the preparation of amines by direct amination of aromatic hydrocarbons on a catalyst containing at least one vanadium oxide.
  • WO 99/1031 1 teaches a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons at a temperature of ⁇ 500 ° C and a pressure of ⁇ 10 bar.
  • the catalyst used is a catalyst comprising at least one metal selected from transition metals, lanthanides and actinides, preferably Cu, Pt, V, Rh and Pd.
  • the direct amination is preferably carried out to increase the selectivity and / or the conversion in the presence of an oxidizing agent.
  • WO 00/69804 relates to a process for the direct amination of aromatic hydrocarbons, wherein the catalyst used is a complex comprising a noble metal and a reducible metal oxide. Catalysts containing palladium and nickel oxide or palladium and cobalt oxide are particularly preferred.
  • the object of the present invention is to develop a particularly economical process for the amination of hydrocarbons, in particular processes for the reaction of benzene with ammonia, in which a preferably continuous process with the highest possible selectivity and / or highest possible conversion is made possible.
  • oxidizing agent preferably air, oxygen, CO, CO2, NO and / or N2O, particularly preferably oxygen
  • reaction mixture and the oxidizing agent with hydrogen which is formed in the amination, in the presence of a catalyst (ii) which catalyzes this reaction with hydrogen.
  • the catalo-reactant must after some time be recharged with "oxygen.” This means cost-intensive interruptions since the amination and reactivation do not usually take place under the same conditions (pressure and temperature).
  • the reactor thus usually has to be expanded, rinsed and rendered inert, the catalyst reactivated and brought back under reaction conditions
  • the selectivity of the entire reaction changes with the acid content of the catalyst and must therefore be modified by changing the process (pressure, ammonia-aromatics ratio and Sufficient selectivity for the C and N balance can not be achieved with these systems because ammonia is burned by the metal oxides or adsorbed surface acid to form N2 and H2O lös
  • it is difficult or impossible to accomplish with metal oxide systems.
  • oxidizing agent preferably air, oxygen, CO, CO 2, NO and / or N 2 O, particularly preferably oxygen
  • the oxidizing agent can be added in the process according to the invention optionally with other co-reactants, cocatalysts or other reagents in the reaction zone of the reactor, in each case depending on the amination carried out.
  • oxygen or an oxygen-containing gas may be added to the reaction zone of the reactor, as a co-reactant.
  • the relative amount of gaseous oxygen that can be added to the reaction zone is variable and depends, inter alia, on the catalyst system used.
  • the molar ratio of gaseous oxygen to benzene may be, for example, in the range of 0.05 to 1 to 1 to 1, preferably 0.1 to 1 to 0.5 to 1.
  • the hydrogen formed in the amination is reacted with the oxidizing agent. It may therefore be useful to first implement in the process guide the hydrocarbon with ammonia in the presence of the catalyst (i) and then to supply the oxidizing agent to the reaction mixture. Homogeneous mixing of the two catalysts (i) and (ii) can be used, but preference is first given to an amination zone with the catalyst (i) and then the content of catalyst (ii) in the reaction mixture increased.
  • the oxidizing agent can be added together with the feed, ie the benzene and the ammonia.
  • the oxidizing agent is preferably added only after a first amination zone at one or more points.
  • the process according to the invention particularly preferably takes place in such a way that, in a first reaction space, e.g. a reactor or part of a reactor, hydrocarbon with ammonia in the presence of the catalyst (i) is reacted, then the oxidizing agent is fed to the reaction mixture and in a subsequent reaction space, e.g.
  • the method can be designed such that the catalysts (i) and (ii) are present in separate catalyst beds, the oxidizing agent is fed to the reaction mixture before a catalyst bed with the catalyst (ii) and to the catalyst bed with the catalyst (ii) Catalyst bed with the catalyst (i) follows. This may in turn be followed by a catalyst bed with the catalyst (ii).
  • the method according to the invention i. the amination of hydrocarbons, in particular the reaction of benzene with ammonia, is carried out in the presence of compounds which catalyze the amination (catalysts (i)).
  • catalysts (i) it is possible to use the catalysts known for the direct amination of hydrocarbons, in particular those for the direct amination of benzene with ammonia to give aniline.
  • Such catalysts are widely described in the patent literature and well known. Since, in accordance with the process according to the invention, removal of the hydrogen takes place by reaction with an extra oxidant fed in, it is also possible to use catalysts which have no components which are reactive toward hydrogen.
  • suitable catalysts are customary metal catalysts, for example those based on nickel, iron, cobalt, copper, precious metals or alloys of these metals.
  • noble metals all noble metals may be considered, for example, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt and Au
  • the noble metals Ru and Rh are preferably not used alone, but in alloy with other transition metals, such as Co, Cu , Fe and nickel or their mixtures.
  • Such alloys are also preferably employed using the other noble metals, for example, supported NiCuEM; CoCuEM; NiCoCuEM, NiMoEM, NiCrEM, NiReEM, CoMoEM, CoCrEM, CoReEM, FeCuEM, FeCoCuEM, FeMoEM, FeReEM alloys of interest, in which case EM is a noble metal, particularly preferably Ag and / or Au.
  • the catalyst can be used in a generally customary form, for example as a powder or as a system usable in a fixed bed (for example strands, spheres, tablets, rings, the catalytically active constituents optionally being able to be present on a support material
  • 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 of these oxides, eg magnesium-aluminum oxide, preferably TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , magnesium-aluminum oxide and SiO 2 , particularly preferably ZrO 2 and magnesium-aluminum oxide are suitable under ZrO 2 , both pure ZrO 2 and the normal Hf understood ZrO 2 understood.
  • the catalysts preferably used in the process according to the invention can be regenerated, for example by reacting a reductive (for example H 2 )
  • Atmosphere passes over the catalyst or first leads an oxidative and then a reductive atmosphere over or through the catalyst bed.
  • catalyst (i) compounds which contain Ni, Co, Fe, Cu or of combinations of these elements preference being given to using as catalyst (i) compounds which are Ni-Cu-X, Fe-Cu-X and / or Co-Cu-X, wherein X represents Ag or Mo, particularly preferably the combination of Ni-Cu and / or Fe-Cu, in particular their combinations with additional doping element Ni-Cu-X, Fe-Cu-X, wherein X Ag, or Mo represents.
  • the catalysts, i. the elements in the catalyst (i) are present in reduced as well as in oxidized form.
  • the weight fraction of the elements is Ni, Co and Fe together, i. the proportion of the total weight of these elements, wherein not all elements must be present in the catalyst, between 0.1 wt .-% and
  • the catalyst can (i) contain carrier material.
  • the weight fraction of the doping element X relative to the total weight of the catalyst (i) is preferably between 0.01% by weight and 8% by weight, more preferably between 0.1% by weight and 5% by weight, in particular between 0.5% by weight and 4% by weight.
  • the catalyst bed containing catalysts (i) and (N) is preferably loaded with from 0.1 to 5, preferably from 0.2 to 2, in particular from 0.3 to 1.5 kg of hydrocarbon per liter of catalyst bed and per hour.
  • the catalysts (i) and (ii) preferably differ, the catalysts (i) and (ii) particularly preferably differ materially, in particular the catalyst (i) contains elements which the catalyst (ii) does not contain.
  • one or more catalysts (ii) are used to remove the hydrogen formed during the amination from the reaction system.
  • catalysts which catalyze the oxidation of hydrogen, preferably those which catalyze the reaction of oxygen with hydrogen.
  • Such catalysts are well known and widely described.
  • Preference is given to using as catalyst (ii) compounds containing Pt and / or Pd / Ag, more preferably those containing Pt and / or Pd / Ag, i. Pd and Ag, on a carrier, in particular pure SiO 2, pure Al 2 O 3, ZrO 2 and / or pure TiO 2 as carrier.
  • Pt refers to those carriers which contain impurities of ⁇ 0.5% by weight, more preferably in the catalyst (ii) the proportion by weight of Pt is between 0.0001% by weight and 1% by weight, preferably between 0.001 wt .-% and 0.5 wt .-%, in particular between 0.01 wt .-% and 0.1 wt .-%, based on the total weight of the catalyst.
  • any hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and cycloaliphatic hydrocarbons, which can be arbitrarily substituted and have heteroatoms and double or triple bonds within their chain or their ring (s).
  • Aromatic hydrocarbons and heteroaromatic hydrocarbons are preferably used in the amination process according to the invention.
  • the corresponding products are the corresponding arylamines or heteroarylamines.
  • an aromatic hydrocarbon is to be understood as meaning an unsaturated cyclic hydrocarbon which has one or more rings and contains exclusively aromatic C-H bonds.
  • the aromatic hydrocarbon has one or more 5- 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 compounds in which one or more hydrogen atoms bound to a carbon or heteroatom of the aromatic ring is / are replaced by another radical.
  • Such radicals are, for example, substituted or unsubstituted alkyl, alkenyl, alkynyl, heteroalkyl, heteroalkenyl, heteroalkynyl, cycloalkyl and / or cycloalkynyl radicals.
  • the following radicals are suitable: halogen, hydroxy, alkoxy, aryloxy, amino, amido, thio and phosphino.
  • Preferred radicals of the aromatic or heteroaromatic hydrocarbons are selected from C 1-6 -alkyl, C 1-6 -alkenyl, C 1-6 -alkynyl, C 3-8 -cycloalkyl, C 3-8 -cycloalkenyl, alkoxy, aryloxy, amino and amido, where - where Ci-6 is the number of carbon atoms in the main chain of the alkyl group, the alkenyl group or the alkynyl group and the term C3-8 refers to the number of carbon atoms of the cycloalkyl or cycloalkenyl group. It is also possible that the substituents (radicals) of the substituted aromatic or heteroaromatic hydrocarbon 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 bonded directly to a carbon atom or a heteroatom of the aromatic ring.
  • 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 radicals, more preferably 2 or fewer radicals.
  • A is independently aryl or heteroaryl, A is preferably selected from among phenyl, diphenyl, diphenylmethane, benzyl, dibenzyl, naphthyl, anthracene, pyridyl and quinone;
  • n is a number from 0 to 5, preferably 0 to 4, especially in the case when A is a 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; irrespective of the ring size n is particularly preferably 0 to 3, very particularly preferably 0 to 2 and in particular special 0 to 1; the other hydrocarbon substituents or heteroatoms of A carrying 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; B is preferably selected independently of one another from C 1-6 -alkyl, C 1-6 -alkenyl, C 1-6 -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.
  • suitable alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl, i-butyl, etc.
  • 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. Suitable alkenyl radicals are, for example, 2-propenyl, vinyl, etc.
  • the alkenyl radicals preferably have 2 to 50 carbon atoms, particularly preferably 2 to 20 carbon atoms, very particularly preferably 2 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms.
  • the term alkenyl is to be understood as meaning those radicals which have either an cis or a trans orientation (alternatively E or Z orientation).
  • 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 50 carbon atoms, particularly preferably 2 to 20 carbon atoms, very particularly preferably 1 to 6 carbon atoms and in particular 2 to 3 carbon atoms.
  • substituted alkyl substituted alkenyl and substituted alkynyl are meant alkyl-alkenyl and alkynyl radicals wherein one or more hydrogen atoms bonded to one carbon atom of these radicals is substituted by another group are replaced.
  • examples of such other groups are heteroatoms, halogen, aryl, substituted aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl and combinations thereof.
  • suitable substituted alkyl radicals are benzyl, trifluoromethyl and the like
  • 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 optionally 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.
  • Suitable cycloalkyl radicals are, for example, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctanyl, bicyclooctyl, etc.
  • the cycloalkyl radicals preferably have between 3 and 50 carbon atoms, particularly preferably between 3 and 20 carbon atoms, very particularly preferably between 3 and 8 carbon atoms and in particular between 3 and 6 carbon atoms.
  • cycloalkenyl 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. Suitable cycloalkenyl radicals are, for example, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cyclooctenyl etc.
  • the cycloalkenyl radicals preferably have 3 to 50 carbon atoms, particularly preferably 3 to 20 carbon atoms, very particularly preferably 3 to 8 carbon atoms and in particular 3 to 6 carbon atoms.
  • Substituted cycloalkyl and substituted cycloalkenyl radicals are cycloalkyl and cycloalkenyl radicals in which one or more hydrogen atoms of any 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, silyl, thio, seleno and combinations thereof.
  • substituted cycloalkyl and cycloalkenyl radicals are 4-dimethylaminocyclohexyl, 4,5-dibromocyclohept-4-enyl and the like.
  • 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 suitable unit, for example a methylene or ethylene unit are linked.
  • Suitable units may also be carbonyl units, as in benzophenol, or oxygen units, such as in diphenyl ether, or nitrogen units, such as in diphenylamine.
  • the aromatic ring or the aromatic rings are, for example, phenyl, naphthyl, diphenyl, diphenyl ether, diphenylamine and benzophenone.
  • the aryl radicals preferably have 6 to 50 carbon atoms, particularly preferably 6 to 20 carbon atoms, very particularly preferably 6 to 8 carbon atoms.
  • Substituted aryl radicals are aryl radicals wherein one or more hydrogen atoms attached to carbon atoms of the aryl radical are replaced by one or more other groups.
  • Suitable other groups are alkyl, alkenyl, alkynyl, substituted alkyl, substituted alkenyl, substituted alkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, substituted cycloalkyl, substituted cycloalkenyl, heterocyclo, substituted heterocyclo, halogen, halogen-substituted alkyl (eg CF 3), hydroxy, Amino, phosphino, alkoxy, thio and both saturated and unsaturated cyclic Kohlenwasserstof- fe which may be fused to the aromatic ring or to the aromatic rings or may be linked by a bond, or may be linked together via a suitable group.
  • Suitable groups have already been mentioned above.
  • Heterocyclo in the present application means a saturated, partially unsaturated or unsaturated cyclic radical wherein one or more carbon atoms of the radical are represented by a heteroatom, e.g. N, O or S are replaced.
  • 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 which are bonded to one of the ring atoms are replaced by another group.
  • Other suitable groups include halogen, alkyl, substituted alkyl, aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy, boryl, phosphino, amino, silyl, thio, seleno, and combinations thereof.
  • 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, SiIyI and combinations thereof.
  • Suitable alkoxy radicals are, for example, methoxy, ethoxy, benzyloxy, t-butoxy, etc.
  • aryloxy means those radicals of the general formula -OZ 1 where Z 1 is selected from aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted Heteroaryl and combinations thereof.
  • Suitable aryloxy radicals are phenoxy, substituted phenoxy, 2-pyridinoxy, 8-quinolinoxy and others.
  • Amino radicals are to be understood as meaning radicals of the general formula -NZ 1 Z 2 , in which Z 1 and Z 2 are selected, independently of one another, from hydrogen, alkyl, or substituted Alkyl, cycloalkyl, substituted cycloalkyl, heterocycloalkyl, substituted heterocycloalkyl, aryl, substituted aryl, heteroaryl, substituted heteroaryl, alkoxy, aryloxy, SiIyI and combinations thereof.
  • Aromatic or heteroaromatic hydrocarbons preferably used in the amination process according to the invention are selected from benzene, diphenylmethane, naphthalene, anthracene, toluene, xylene, phenol and aniline and also pyridine, pyrazine, pyridazine, pyrimidine and quinoline. It is also possible to use mixtures of said aromatic or heteroaromatic hydrocarbons. Particularly preferred are the aromatic hydrocarbons, benzene, naphthalene,
  • Benzene is particularly preferably used in the amination process according to the invention, so that aniline is formed as the product.
  • ammonia is particularly preferably used.
  • the hydrocarbons, in particular the benzene are particularly preferably reacted with ammonia.
  • compounds can also be used which split off ammonia under the reaction conditions.
  • (N) -substituted aromatic amines for example of mono- and / or dimethylaniline
  • mono- and di-alkylamines preferably mono- and di (m) ethylamine
  • reaction conditions in the amination process according to the invention depend inter alia on the aromatic hydrocarbon to be aminated and the catalyst used.
  • the amination preferably the amination of benzene, ie the reaction of benzene with ammonia, is generally carried out at temperatures of 200 to 800 ° C, preferably 300 to 700 ° C, more preferably 325 to 600 ° C and most preferably 350 to 500 0 C.
  • the reaction pressure is in the amination, preferably in the amination of benzene, i. the reaction of benzene with ammonia, preferably 1 to 900 bar, more preferably 1 to 300 bar, in particular 5 to 125 bar, particularly preferably 15 to 1 10 bar.
  • the residence time is in the amination method according to the invention, preferably in the amination of benzene, generally 15 minutes to 8 hours, preferably 15 minutes to 4 hours, more preferably 15 minutes to 1 hour, when carried out in a batch process.
  • 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 on the catalyst, for fixed bed catalyst thus the residence time in the catalyst bed, for fluidized bed reactors is considered the synthesis part of the reactor (part of the reactor where the catalyst is located).
  • the relative amount of the hydrocarbon used and the amine component depends on the amination reaction carried out and the reaction conditions. Generally, at least stoichiometric amounts of the hydrocarbon and amine component are employed. Usually, however, it is preferred to use one of the reactants in stoichiometric excess to achieve equilibrium shift to the desired product side and thus higher conversion. Preferably, the amine component is used in stoichiometric excess.
  • Suitable reactors are thus both stirred tank reactors and tubular reactors.
  • Typical reactors are, for example, high-pressure stirred tank reactors, autoclaves, fixed bed reactors, fluidized bed reactors, moving beds, circulating fluidized beds, salt bath reactors, plate heat exchangers as reactors, tray reactors with multiple trays with / without heat exchange or withdrawal / supply of partial flows between the trays as radial or axial flow reactors, continuously stirred vessels, bubble reactors, etc., each of which is for the desired reaction conditions (such as temperature, pressure and residence time) suitable reactor is used.
  • desired reaction conditions such as temperature, pressure and residence time
  • 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 reactors can be operated in an AB driving style (alterative driving style).
  • the process according to the invention can be carried out as a batch reaction, a semicontinuous reaction or a continuous reaction.
  • the specific reactor design and the performance of the reaction may vary depending on the amination process to be performed, the state of matter of the aromatic hydrocarbon to be aminated, the reaction times required, and the nature of the nitrogen-containing catalyst employed.
  • the process according to the invention for directamination is preferably carried out in a high-pressure stirred tank reactor, fixed bed reactor or fluidized bed reactor.
  • reaction heat can be added or preferably removed by heating or cooling the purge stream.
  • the hydrocarbon and the amine component can be added in gaseous or liquid form to the reaction zone of the respective reactor.
  • the preferred phase depends on the amination carried out and the reactor used.
  • benzene and ammonia are preferably present as gaseous reactants in the reaction zone.
  • benzene is thereby added as a liquid which is heated and vaporized to form a gas, while ammonia is present either in gaseous form or in the supercritical phase in the reaction zone. It is also possible that benzene is in supercritical phase at least together with ammonia.
  • the hydrocarbon and the amine component may be added together to the reaction zone of the reactor, for example as a premixed reactant stream, or separately.
  • the hydrocarbon and amine component may be added to the reaction zone of the reactor either simultaneously, with a time lag or sequentially.
  • the addition of the amine component and the addition of the hydrocarbon take place with a time lag.
  • the reaction mixture in addition to the chemical conversion of the hydrogen, it can also be physically removed from the reaction mixture.
  • the physical removal of the hydrogen from the reaction mixture preferably takes place by removing hydrogen from the reaction mixture through a hydrogen-permeable, preferably hydrogen-selective membrane, preferably by the hydrogen diffusing out of the reaction mixture through the membrane.
  • the diffusion of hydrogen is preferably driven by the concentration gradient between the reaction system (retentate side), in which hydrogen is preferably produced by the reaction of benzene with ammonia, and the space located on the other side of the membrane (permeate side).
  • the hydrogen diffused onto the permeate side can there preferably by removal, for example by gas flow or reduced pressure, and / or by chemical reaction, for example by reduction of an organic compound in the gas phase, for example benzene to cyclohexane or to form water, preferably with an oxygen-containing Gas, such as air, preferably by catalyzed reaction with oxygen and / or air, chert, ie removed.
  • an oxygen-containing Gas such as air
  • the hydrogen-permeable membrane may preferably be part of a reactor and, for example, at least partially limit the reaction space in which benzene is preferably reacted with ammonia.
  • the process according to the invention can thus preferably be such that the amination, preferably the reaction of benzene with ammonia, takes place in a membrane reactor with integrated hydrogen separation through a hydrogen-permeable membrane.
  • the permeance (P) can be calculated from the hydrogen flux (in m 3 / (m 2 , h) and the hydrogen partial pressures:
  • the membrane is preferably as selective as possible for hydrogen. That is, the membrane is preferably dense and most preferably has H2 / N2 selectivity> 1000.
  • the use of such membranes ensures that only the smallest possible proportion of educt (hydrocarbon, ammonia) and / or product (in particular aniline) reaches the permeate side of the membrane.
  • the reactants and hydrocarbons can not diffuse through the membrane.
  • the membrane preferably has a thickness of between 0.1 ⁇ m and 25 ⁇ m, particularly preferably between 0.5 ⁇ m and 10 ⁇ m, very particularly preferably between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • Typical membranes can be purchased from, for example, NGK of Japan or Johnson Matthey.
  • Suitable membranes include, for example, mesoporous inorganic membranes, microporous inorganic membranes, polymer membranes, membranes based on metals of the 4th or 5th subgroup coated with palladium, nanocrystalline line metal membranes, mixed conducting membranes and preferably membranes based on palladium or palladium alloys in question.
  • Mesoporous inorganic membranes are, for example, those with a pore size smaller than 50 nm, e.g. those based on AI2O3.
  • Microporous inorganic membranes are, for example, those having a pore size smaller than 2 nm, e.g. those based on ceramic or carbon molecular sieves.
  • ceramic molecular sieve membranes are zeolitic, for example those of the MFI type (ZSM-5 or silicalite), which may be supported on Al2O3 if necessary, and amorphous, e.g. those from SiO 2 into consideration.
  • Carbon molecular sieve membranes can be prepared by carbonation of organic polymers, e.g. Produce polyimide.
  • Polymer membranes are "composif membranes made of a dense hydrogen-selective polymer layer on an inorganic support.
  • Suitable membranes based on metals of the 4th and / or 5th subgroup, which are coated with palladium are, for example, those in which on a nonporous support based on non-noble metal, preferably vanadium, niobium and / or tantalum, or preferably two layers of palladium or palladium alloys are present.
  • membranes made of TiN, nanocrystalline metal layers, for example platinum or ruthenium supported on Al 2 O 3 or amorphous membranes.
  • mixed conducting membranes which have both electronic and ionic conductivity.
  • membranes based on palladium or palladium alloys preference is given to membranes based on palladium or palladium alloys. Alloys of palladium in particular with silver and / or copper are considered as alloys. Particularly preferred are membranes based on an alloy containing palladium and between 23% by weight and 25% by weight of silver, based on the total weight of the alloy. In this case, the alloy particularly preferably contains between 75% by weight and 77% by weight of palladium, based on the total weight of the alloy. Also particularly preferred are membranes based on an alloy containing palladium and between 34 wt .-% and 46 wt .-% copper, based on the total weight of the alloy.
  • the alloy particularly preferably contains between 54% by weight and 66% by weight of palladium, based on the total weight of the alloy.
  • the palladium or palladium alloy membranes can be further doped with rare earth metals such as gadolinium.
  • the palladium or the palladium alloy membranes can be used for conventional further metal Ie contained in conventional amounts, which do not affect the permeability and selectivity for hydrogen or at least not significantly.
  • These preferred membranes can also be present on porous substructures which fix and stabilize the actual membrane.
  • the porous substructure may, for example, be based on ceramic, metal or an organic polymer, eg OO 2 and / or Al 2 O 3.
  • the preparation of the preferably dense metal membrane (preferably palladium or palladium alloy) on a porous support is generally known and can be carried out, for example, by electroplating, sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition) or preferably generally known electroless wet-chemical coating.
  • the membrane preferably separates the retentate side (reaction side) from the permeate side, wherein the hydrogen formed on the retentate side passes through the membrane on the permeate side, where the hydrogen by reaction, preferably reaction with oxygen or an oxygen-containing stream, such as air , preferably in the presence of catalysts, and / or mass transport, preferably by means of a gas stream ("sweep gas" or sparging gas) .
  • reaction side preferably reaction with oxygen or an oxygen-containing stream, such as air , preferably in the presence of catalysts, and / or mass transport, preferably by means of a gas stream ("sweep gas" or sparging gas) .
  • the isolation of the desired product can be carried out by methods known to those skilled in the art.
  • NiO nickel nitrate, copper nitrate and zirconium acetate containing 4.48 wt% Ni (calculated as NiO), 1.52 wt% Cu (calculated as CuO and 2.28 wt% Zr (calculated as ZrO2 ) is simultaneously precipitated in a stirrer vessel in a constant stream with a 20% aqueous sodium carbonate solution at a temperature of 70 ° C.
  • the filter cake is then heated to 150 ° C C dried in a drying cabinet or a spray dryer.
  • the obtained in this way hydroxide-carbonate mixture is now at a temperature of 430 to 460 ° C over a Z Eitraum of 4 Hours tempered.
  • the oxidic species prepared in this way has the composition: 50% by weight of NiO, 17% by weight of CuO, 1.5% by weight of MoO 3 and 31.5% by weight of ZrO 2 .
  • the reduction is carried out at 290 ° C, the heating rate being 3 ° C / minute. First, it was reduced for 50 minutes with 10% H 2 in N 2 , then 20 minutes with 25% H 2 in N 2 , then 10 minutes with 50% H 2 in N 2 , then 10 minutes with 75% H 2 in N 2 and finally 3 hours with 100% H 2 . The percentages are% by volume.
  • the passivation of the reduced oxidic species is carried out at room temperature in dilute air (air in N 2 with an O 2 content of not more than 5% by volume).
  • Pt nitrate (the amount of Pt nitrate results from the composition of the obtained catalyst system) was dissolved in distilled water to give a 2 wt% aqueous solution.
  • An Al 2 O 3 carrier material is impregnated with this solution. After drying at 120 ° C and calcination for 4 hours at 450 ° C to obtain a catalyst system with 0.001 to 0.1 wt .-% Pt, wherein Pt together with the carrier material 100 wt .-% results.

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Abstract

Verfahren zur Aminierung von Kohlenwasserstoffen mit Ammoniak in Gegenwart von Katalysator (i), der die Aminierung katalysiert, dadurch gekennzeichnet, dass man Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuführt und das Oxidationsmittel mit Wasserstoff, das bei der Aminierung entsteht, in Gegenwart eines Katalysators (ii) umsetzt, der diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert.

Description

Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bevorzugt kontinuierlichen Aminierung, bevorzugt Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen bevorzugt durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen, besonders bevorzugt aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Benzol, mit Ammoniak in Gegenwart von Katalysator (i), der die Aminierung katalysiert, wobei man Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, Sauerstoff, CO, CO2, NO und/oder N2O, besonders bevorzugt Sauerstoff, dem Reaktionsgemisch zuführt und das Oxidationsmittel mit Wasserstoff, das bei der Aminierung entsteht, in Gegenwart eines Katalysators (ii) umsetzt, der diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Aminierung von Kohlenwasserstoffen bevorzugt durch Umsetzung von aromatischen Kohlenwasserstoffen, besonders bevor- zugt Benzol mit Ammoniak insbesondere gemäß der folgenden Reaktion, die bevorzugt katalysiert ist:
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Die kommerzielle Herstellung von Aminen, insbesondere von aromatischen Aminen, wie Anilin, wird üblicherweise in mehrstufigen Reaktionen durchgeführt. Anilin wird beispielsweise üblicherweise durch Umwandlung von Benzol in ein Benzol-Derivat, z.B. Nitrobenzol, Chlorbenzol oder Phenol und anschließende Umwandlung dieses Derivats in Anilin hergestellt.
Vorteilhafter als solche indirekten Verfahren zur Herstellung von insbesondere aromatischen Aminen sind Methoden, die eine direkte Herstellung der Amine aus den entsprechenden Kohlenwasserstoffen ermöglichen. Eine sehr elegante Route ist die heterogenkatalysierte Direktaminierung von Benzol, erstmals 1917 von Wibaut (Berichte, 50, 541-546) beschrieben. Da die Direktaminierung gleichgewichtslimitiert ist, wurden mehrere Systeme beschrieben, welche die Gleichgewichtslimitierung durch die selektive Entfernung von Wasserstoff aus der Reaktion verschiebt und einen erhöhten Benzolumsatz ermöglicht. Die meiste Verfahren basieren auf dem Einsatz von Metalloxiden, welche durch Wasserstoff reduziert werden, damit den Wasserstoff aus dem Re- aktionssystem entfernen und somit das Gleichgewicht verschieben.
CN 1555921 A offenbart die Oxido-aminierung von Benzol in der Flüssigphase, wobei als „O"-Donor Wasserstoffperoxyd fungiert. Die Anwendung von H2O2 ist allerdings aufgrund des Preises und der geringen Selektivität aufgrund von Folgereaktionen für Massenchemikalien nur bedingt geeignet. In CA 553,988 ist ein Verfahren zur Herstellung von Anilin aus Benzol offenbart, worin Benzol, Ammoniak und gasförmiger Sauerstoff bei einer Temperatur von etwa 1000°C an einem Platinkatalysator umgesetzt werden. Geeignete Platin enthaltende Katalysatoren sind Platin allein, Platin mit bestimmten spezifischen Metallen und Platin zusam- men mit bestimmten spezifischen Metalloxiden. Des weiteren ist in CA 553,988 ein Verfahren zur Herstellung von Anilin offenbart, worin Benzol in der Gasphase mit Ammoniak in Anwesenheit eines reduzierbaren Metalloxids bei Temperaturen von 100 bis 1000°C umgesetzt wird, ohne Zugabe von gasförmigem Sauerstoff. Geeignete reduzierbare Metalloxide sind die Oxide des Eisens, Nickels, Kobalts, Zinns, Antimons, Bismuts und Kupfers.
US 3,919,155 betrifft die Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit Ammoniak, wobei als Katalysator Nickel/Nickeloxid eingesetzt wird, wobei der Katalysator zusätzlich Oxide und Carbonate von Zirkonium, Strontium, Barium, Calcium, Magnesium, Zink, Eisen, Titan, Aluminium, Silizium, Cer, Thorium, Uran und Alkalimetallen enthalten kann.
US 3,929,889 bezieht sich ebenfalls auf die Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit Ammoniak an einem Nickel/Nickeloxidkatalysator, wobei der ein- gesetzte Katalysator teilweise zu elementarem Nickel reduziert wurde und anschließend reoxidiert wurde um einen Katalysator zu erhalten, der ein Verhältnis von Nickel : Nickeloxid von 0,001 : 1 bis 10 : 1 aufweist.
US 4,001 ,260 offenbart ein Verfahren zur Direktaminierung von aromatischen Kohlen- Wasserstoffen mit Ammoniak, wobei wiederum ein Nickel/Nickeloxidkatalysator eingesetzt wird, der auf Zirkoniumdioxid aufgebracht ist, und vor Einsatz in der Aminierungs- reaktion mit Ammoniak reduziert wurde.
US 4,031 ,106 betrifft wiederum die Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasser- Stoffen mit Ammoniak an einem Nickel/Nickeloxidkatalysator auf einem Zirkoniumdioxidträger, der weiterhin ein Oxid, ausgewählt aus Lanthanoiden und Seltenerdmetallen, enthält.
DE 196 34 1 10 beschreibt die nicht oxidative Aminierung bei einem Druck von 10 - 500 bar und einer Temperatur von 50-900°C, wobei die Umsetzung in Gegenwart eines sauren Heterogenkatalysators erfolgt, der mit leichten und schweren Platinmetallen modifiziert ist.
WO 00/09473 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Aminen durch Direktami- nierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen an einem Katalysator, enthaltend mindestens ein Vanadiumoxid. WO 99/1031 1 lehrt ein Verfahren zur Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur von < 500°C und einem Druck von < 10 bar. Als Katalysator wird ein Katalysator enthaltend mindestens ein Metall ausgewählt aus Übergangsmetallen, Lanthaniden und Actiniden, bevorzugt Cu, Pt, V, Rh und Pd, einge- setzt. Bevorzugt wird die Direktaminierung zur Erhöhung der Selektivität und/oder des Umsatzes in Anwesenheit eines Oxidationsmittels durchgeführt.
WO 00/69804 betrifft ein Verfahren zur Direktaminierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen, wobei als Katalysator ein Komplex eingesetzt wird, enthaltend ein Edelmetall und ein reduzierbares Metalloxid. Dabei sind Katalysatoren, enthaltend Palladium und Nickeloxid bzw. Palladium und Kobaltoxid, besonders bevorzugt.
Die meisten der genannten Verfahren gehen dabei von einem Mechanismus zur Direktaminierung aus, wie er in der Zusammenfassung von WO 00/69804 aufgeführt ist. Danach erfolgt zunächst die (edel)metallkatalysierte Herstellung der gewünschten Aminverbindung aus dem aromatischen Kohlenwasserstoff und Ammoniak und in einem zweiten Schritt das „Abfangen" des im ersten Schritt entstandenen Wasserstoffs mit einem reduzierbaren Metalloxid. Die gleichen mechanistischen Überlegungen werden dem Verfahren in WO 00/09473 zugrundegelegt, worin der Wasserstoff mit Sauer- stoff aus Vanadiumoxiden abgefangen wird (Seite 1 , Zeilen 30 bis 33). Der gleiche Mechanismus wird auch in US 4,001 ,260 zugrundegelegt, wie aus den Ausführungen und der Abbildung in Spalte 2, Zeilen 16 bis 44 ersichtlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Aminierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Verfahren zur Umsetzung von Benzol mit Ammoniak zu entwickeln, bei dem ein bevorzugt kontinuierliches Verfahren bei möglichst hoher Selektivität und/oder möglichst hohem Umsatz ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, Sauer- stoff, CO, CO2, NO und/oder N2O, besonders bevorzugt Sauerstoff, dem Reaktionsgemisch zuführt und das Oxidationsmittel mit Wasserstoff, das bei der Aminierung entsteht, in Gegenwart eines Katalysators (ii) umsetzt, der diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert.
Es würde überraschenderweise gefunden, dass der Umsatz bei der Direktaminierung an Metallkatalysatoren (zum Beispiel Ni, Fe, Co, Cu, EM oder deren Legierungen, wobei EM für Edelmetalle steht), verglichen mit dem Gleichgewichtsumsatz, erheblich gesteigert werden konnte, wenn man den bei der Umsetzung des Kohlenwasserstoffs mit dem Ammoniak entstehenden Wasserstoff durch Einsatz von Oxidationsmittel und deren Umsetzung mit dem Wasserstoff in Gegenwart von entsprechenden Katalysatoren entfernt. Überraschend konnte festgestellt werden, dass man durch den Einsatz des Katalysators (ii) die Direktaminierung nicht negativ beeinflusst, durch die schnellere Entfernung des Wasserstoffs den Umsatz aber erhöht.
Bei den eingangs beschriebenen, bekannten metall-metalloxidischen Systemen muss der Katalo-reaktant nach einiger Zeit wieder mit „Sauerstoff" aufgeladen worden. Dies bedeutet kostenintensive Unterbrechungen, da die Aminierung und die Reaktivierung üblicherweise nicht bei den gleichen Bedingungen (Druck und Temperatur) ablaufen. Der Reaktor muss somit üblicherweise entspannt, gespült und inertisiert, der Katalysator reaktiviert, und wieder unter Reaktionsbedingungen gebracht werden. Die Selektivi- tat der gesamten Reaktion ändert sich mit dem Säuerstoffinhalt des Kataloreaktants und muss also durch Verfahrensänderung (Druck, Ammoniak-Aromaten-Verhältnis und/oder Temperatur) kompensiert werden. Eine hinreichende Selektivität für die C als auch N Bilanz kann mit diesen Systemen nicht erreicht werden, da Ammoniak durch die Metalloxide oder durch adsorbierten Säuerstoff an der Oberfläche unter Bildung von N2 und H2O verbrennt wird. Die Bereitstellung einer vollintegrierten Lösung ist somit mit metalloxidischen Systemen schwierig oder gar nicht zu bewerkstelligen.
Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionssystem vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine sehr effiziente, selektive, kostengünstige Direktaminierung.
Erfindungsgemäß wird Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, Sauerstoff, CO, CO2, NO und/oder N2O, besonders bevorzugt Sauerstoff, dem Reaktionsgemisch zugeführt und mit Wasserstoff, das bei der Aminierung entsteht, in Gegenwart des Katalysators (ii) umgesetzt. Das Oxidationsmittel kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren gegebenenfalls mit weiteren Coreaktanden, Cokatalysatoren oder weitere Reagenzien in die Reaktionszone des Reaktors gegeben werden, jeweils in Abhängigkeit von der durchgeführten Aminierung. Zum Beispiel kann bei der Aminierung von Benzol Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas in die Reaktionszone des Reaktors gegeben werden, als Coreaktand. Die relative Menge des gasförmigen Sauerstoffs, der in die Reaktionszone gegeben werden kann, ist variabel und unter anderem von dem eingesetzten Katalysatorsystem abhängig. Das molare Verhältnis von gasförmigem Sauerstoff zu Benzol kann zum Beispiel im Bereich von 0,05 zu 1 bis 1 zu 1 , bevorzugt 0,1 zu 1 bis 0,5 zu 1 liegen.
Erfindungsgemäß wird der bei der Aminierung entstehende Wasserstoff mit dem Oxidationsmittel umgesetzt. Es kann deshalb sinnvoll sein, in der Verfahrensführung zunächst den Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umzusetzen und anschließend das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuzuführen. Eine homogene Durchmischung der beiden Katalysatoren (i) und (ii) kann angewendet werden, bevorzugt wird jedoch zuerst eine Aminierungszone mit dem Katalysator (i) vorgelegt und anschließend der Gehalt an Katalysator (ii) in dem Reaktionsgemisch gesteigert. Dabei kann das Oxidationsmittel zusammen mit dem Feed, d.h. dem Benzol und dem Ammoniak zugegeben werden. Bevorzugt wird das Oxidationsmittel jedoch erst nach einer ersten Aminierungszone an einer oder mehreren Stellen zugegeben.
Bevorzugt kann man somit derart vorgehen, dass man zunächst den Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt und anschließend in Gegenwart des Katalysators (ii) den gebildeten Wasserstoff mit dem Oxidationsmittel aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei man während oder nach der Wasserstoff- oxidation Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt. Besonders bevorzugt erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren derart, dass man in einem ersten Reaktionsraum, z.B. einem Reaktor oder Teil eines Reaktors, Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt, danach das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuführt und in einem anschließenden Reaktionsraum, z.B. einem Reaktor oder Teil eines Reaktors, das Oxidationsmittel mit dem bei der Aminierung entstehendem Wasserstoff in Gegenwart der Verbindung (ii), die diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert, umsetzt, wobei man während oder nach der Wasserstoffoxidation Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt. Dabei kann das Verfahren derart ausgestaltet sein, dass die Katalysatoren (i) und (ii) jeweils in getrennten Katalysatorbetten vorliegen, das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch vor einem Katalysatorbett mit dem Katalysator (ii) zugeführt wird und auf das Katalysatorbett mit dem Katalysator (ii) ein Katalysatorbett mit dem Katalysator (i) folgt. Darauf kann wiederum ein Katalysatorbett mit dem Katalysator (ii) folgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, d.h. die Aminierung von Kohlenwasserstoffen, ins- besondere die Umsetzung von Benzol mit Ammoniak wird in Gegenwart von Verbindungen durchgeführt, die die Aminierung katalysieren (Katalysatoren (i)).
Als Katalysatoren (i) können die für die direkte Aminierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere die für die direkte Aminierung von Benzol mit Ammoniak zu Anilin be- kannten Katalysatoren eingesetzt werden. Derartige Katalysatoren sind in der Patentliteratur vielfältig beschrieben und allgemein bekannt. Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Entfernung des Wasserstoffs durch Reaktion mit extra zugeführtem Oxidationsmittel erfolgt können auch Katalysatoren Verwendung finden, die keine gegenüber Wasserstoff reaktive Komponenten aufweisen. Als Katalysatoren kommen beispielsweise übliche Metallkatalysatoren in Frage, z.B. solche auf der Basis von Nickel, Eisen, Kobalt, Kupfer, Edelmetallen oder Legierungen dieser genannten Metalle. Als Edelmetalle (EM) können alle Edelmetalle in Betracht kommen, z.B. Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt und Au, wobei die Edelmetalle Ru und Rh bevorzugt nicht alleine eingesetzt werden, sondern in Legierung mit anderen Übergangsmetallen, beispielsweise Co, Cu, Fe und Nickel oder deren Gemische. Solche Legierungen werden auch bevorzugt eingesetzt bei Anwendung der anderen Edelmetallen, zum Beispiel sind geträgerte NiCuEM; CoCuEM; NiCoCuEM, NiMoEM, NiCrEM, NiReEM, CoMoEM, CoCrEM, CoReEM, FeCuEM, FeCoCuEM, FeMoEM, FeReEM Legierungen von Interesse, dabei ist EM ein Edelmetall, insbesondere bevorzugt Ag und/oder Au.
Der Katalysator kann in allgemein üblicher Form, z.B. als Pulver oder als in ein Fest- bett einsetzbares System eingesetzt werden (wie beispielsweise Stränge, Kugeln, Tabletten, Ringe, wobei die katalytisch aktiven Bestandteile gegebenenfalls auf einem Trägermaterial vorliegen können. Als Trägermaterial kommen z.B. anorganische Oxide, beispielsweise ZrO2, SiO2, AI2O3, MgO, TiO2, B2O3, CaO, ZnO, BaO, ThO2, CeO2, Y2O3 und Mischungen dieser Oxide, z.B. Magnesium-Aluminium-oxid, bevorzugt TiO2, ZrO2, AI2O3, Magnesium-Aluminium-oxid und SiO2, besonders bevorzugt ZrO2 und Magnesium-Aluminium-oxid in Frage. Unter ZrO2 wird sowohl reines ZrO2 als auch das normale Hf-enthaltende ZrO2 verstanden.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzten Katalysatoren kön- nen regeneriert werden, z.B. indem man eine reduktive (beispielsweise H2-
Atmosphäre) über den Katalysator leitet oder zuerst eine oxidative und anschließend eine reduktive Atmosphäre über oder durch das Katalysatorbett führt.
Bevorzugt wird man als Katalysator (i) Verbindungen einsetzen, die Ni, Co, Fe, Cu o- der Kombinationen dieser Elemente enthalten, bevorzugt setzt man als Katalysator (i) Verbindungen ein, die Ni-Cu-X, Fe-Cu-X und/oder Co-Cu-X enthalten, wobei X Ag oder Mo darstellt, besonders bevorzugt die Kombination Ni-Cu und/oder Fe-Cu, insbesondere deren Kombinationen mit zusätzlichem Dotierelement Ni-Cu-X, Fe-Cu-X, wobei X Ag, oder Mo darstellt. Insbesondere bevorzugt sind Legierungen von NiCu(Ag oder Mo) und/oder FeCu(Ag oder Mo). Dabei können die Katalysatoren, d.h. die Elemente im Katalysator (i) in reduzierter sowie auch in oxidierter Form vorliegen.
Bevorzugt beträgt in dem Katalysator (i) der Gewichtsanteil der Elemente Ni, Co und Fe zusammen, d.h. der Anteil des Gesamtgewichts dieser Elemente, wobei nicht alle Elemente in dem Katalysator vorhanden sein müssen, zwischen 0,1 Gew.-% und
75 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 1 Gew.-% und 70 Gew.-%, insbesondere zwischen 2 Gew.-% und 50 Gew.-% und der Gewichtsanteil an Cu zwischen 0,1 Gew.- % und 75 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 Gew.-% und 25 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 Gew.-% und 20 Gew.-%, insbesondere zwischen 2,5 Gew.-% und 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators (i). Daneben kann der Katalysator (i) Trägermaterial enthalten.
Der Gewichtsanteil des Dotierelements X an dem Gesamtgewicht des Katalysators (i) beträgt bevorzugt zwischen 0,01 Gew.-% und 8 Gew.-%, besonders bevorzugt zwi- sehen 0,1 Gew.-% und 5 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,5 Gew.-% und 4 Gew.-%. Bevorzugt wird das Katalysatorbett enthaltend Katalysatoren (i) und (N) mit 0,1 bis 5, bevorzugt von 0,2 bis 2, insbesondere von 0,3 bis 1 ,5 kg Kohlenwasserstoff pro Liter Katalysatorbett und pro Stunde belastet. Bevorzugt unterscheiden sich die Katalysatoren (i) und (ii), besonders bevorzugt unterscheiden sich die Katalysatoren (i) und (ii) stofflich, insbesondere enthält der Katalysator (i) Elemente, die der Katalysator (ii) nicht enthält.
Erfindungsgemäß werden ein oder mehrere Katalysatoren (ii) eingesetzt, um den bei der Aminierung entstehenden Wasserstoff aus dem Reaktionssystem zu entfernen. Dabei kann man allgemein übliche und bekannte Katalysatoren einsetzen, die die Oxi- dation von Wasserstoff katalysieren, bevorzugt solche, die die Umsetzung von Sauerstoff mit Wasserstoff katalysieren. Derartige Katalysatoren sind allgemein bekannt und vielfältig beschrieben. Bevorzugt setzt man als Katalysator (ii) Pt und/oder Pd/Ag enthaltende Verbindungen ein, besonders bevorzugt solche, die Pt und/oder Pd/Ag, d.h. Pd und Ag, auf einem Träger enthalten, insbesondere reinem Siθ2, reinem AI2O3, ZrÜ2 und/oder reinem TiÜ2 als Träger. Als „rein" werden solche Träger verstanden, die Verunreinigungen <0,5 Gewichts-% enthalten. Besonders bevorzugt beträgt in dem Katalysator (ii) der Gewichtsanteil an Pt zwischen 0,0001 Gew.-% und 1 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,001 Gew.-% und 0,5 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.-% und 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Mit dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren können beliebige Kohlenwasserstoffe, wie aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe und cyc- loaliphatische Kohlenwasserstoffe aminiert werden, die beliebig substituiert sein kön- nen und innerhalb ihrer Kette bzw. ihres Rings/ihrer Ringe Heteroatome und Doppeloder Dreifachbindungen aufweisen können. Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren aromatische Kohlenwasserstoffe und heteroaromatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Die entsprechenden Produkte sind die korrespondierenden Arylamine oder Heteroarylamine.
Unter einem aromatischen Kohlenwasserstoff ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein ungesättigter cyclischer Kohlenwasserstoff zu verstehen, der einen oder mehrere Ringe aufweist und ausschließlich aromatische C-H-Bindungen enthält. Bevorzugt weist der aromatische Kohlenwasserstoff einen oder mehrere 5- oder 6-gliedrige Ringe auf.
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.
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- oder Heteroatom des a- romatischen Rings gebunden sind/ist, durch einen anderen Rest ausgetauscht ist/sind. Solche Reste sind beispielsweise substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Heteroalkyl-, Heteroalkenyl-, Heteroalkinyl-, Cycloalkyl- und/oder Cycloalkinyl- reste. Des weiteren kommen die folgenden Reste in Frage: Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Aryloxy, Amino, Amido, Thio und Phosphino. Bevorzugte Reste der aromatischen bzw. heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe sind ausgewählt aus Ci-6-Alkyl, Ci-6-Alkenyl, Ci-6-Alkinyl, C3-8-Cycloalkyl, C3-8-Cycloalkenyl, Alkoxy, Aryloxy, Amino und Amido, wo- bei 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 Kohlenstoffatome des Cycloalkyl- bzw. Cycloalkenylrings. Es ist weiterhin möglich, dass die Substituenten (Reste) des substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Kohlenwasserstoffs weitere Substituenten aufweisen.
Die Zahl der Substituenten (Reste) des aromatischen bzw. heteroraromatischen Kohlenwasserstoffs ist beliebig. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der aromatische bzw. heteroaromatische Kohlenwasserstoff jedoch mindestens ein Wasserstoffatom auf, das direkt an ein Kohlenstoffatom oder ein Heteroatom des aromatischen 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 Reste, besonders bevorzugt 2 oder weniger Reste.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein aromatischer bzw. heteroaromatischer Kohlenwasserstoff der allgemeinen Formel
(A)- (B)n
eingesetzt, worin die Symbole die folgende Bedeutung haben:
A unabhängig Aryl oder Heteroaryl, bevorzugt ist A ausgewählt aus Phenyl, Diphe- nyl, Diphenylmethan, Benzyl, Dibenzyl, Naphthyl, Anthracen, Pyridyl und Chino- Nn;
n eine Zahl von 0 bis 5, bevorzugt 0 bis 4, insbesondere in dem Fall, wenn A ein 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 insbe- sondere 0 bis 1 ; dabei tragen die übrigen, keine Substituenten B tragenden Kohlenwasserstoff- oder Heteroatome von A Wasserstoffatome oder gegebenenfalls keinen Substituenten;
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 Hetero- alkenyl, Heteroalkinyl, substituiertem Heteroalkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertem Cycloalkyl, substituiertem Cycloalkenyl, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Aryloxy, Carbonyl, Amino, Amido, Thio und Phosphino; bevorzugt ist B unabhängig voneinander ausgewählt aus Ci-6-Alkyl, Ci-6-Alkenyl, Ci-6-Alkinyl, C3-8- Cycloalkyl, C3-8-Cycloalkenyl, Alkoxy, Aryloxy, Amino und 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. Beispiele für geeignete Alkyl-Reste sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, t-Butyl, i-Butyl usw.. Bevorzugt werden Alkyl-Reste mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, ganz besonders bevorzugt mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und insbesondere mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen eingesetzt.
Unter Alkenyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung verzweigte oder unverzweigte acyclische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die mindestens eine Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung aufweisen. Geeignete Alkenyl-Reste sind beispielsweise 2- Propenyl, Vinyl, usw.. Bevorzugt weisen die Alkenyl-Reste 2 bis 50 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 2 bis 20 Kohlenstoffatome, ganz besonders bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome und insbesondere 2 bis 3 Kohlenstoffatome auf. Weiterhin sind unter dem Begriff Alkenyl solche Reste zu verstehen, die entweder eine eis- oder eine transOrientierung (alternativ E- oder Z-Orientierung) aufweisen.
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 50 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 2 bis 20 Kohlenstoffatome, ganz besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatome und insbesondere 2 bis 3 Kohlenstoffatome auf.
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 Heteroatome, Halogen, Aryl, substituiertes Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl und Kombinationen davon. Beispiele für geeignete substituierte Alkyl- Reste sind Benzyl, Trifluormethyl u. a.
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 gegebenenfalls 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. Geeignete Cycloalkyl-Reste sind bei- spielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctanyl, Bicyclooctyl usw.. Bevorzugt weisen die Cycloalkyl-Reste zwischen 3 und 50 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt zwischen 3 und 20 Kohlenstoffatome, ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 8 Kohlenstoffatome und insbesondere zwischen 3 und 6 Kohlenstoffatome auf.
Unter Cycloalkenyl sind gemäß der vorliegenden Anmeldung teilweise ungesättigte, cyclische nicht-aromatische Kohlenwasserstoff-Reste zu verstehen, die einen einzigen oder mehrere kondensierte Ringe aufweisen. Geeignete Cycloalkenyl-Reste sind beispielsweise Cyclopentenyl, Cyclohexenyl, Cyclooctenyl usw.. Bevorzugt weisen die Cycloalkenyl-Reste 3 bis 50 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 3 bis 20 Kohlen- stoffatome, ganz besonders bevorzugt 3 bis 8 Kohlenstoffatome und insbesondere 3 bis 6 Kohlenstoffatome auf.
Substituierte Cycloalkyl- und substituierte Cycloalkenyl-Reste sind Cycloalkyl- und Cycloalkenyl-Reste, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome eines beliebigen Kohlen- stoffatoms des Kohlenstoffrings durch eine andere Gruppe ersetzt sind. Solche andere Gruppen sind beispielsweise Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Alkenyl, substituiertes Alkinyl, Aryl, substituiertes Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl, ein aliphatischer heterocycli- scher Rest, ein substituierter aliphatischer heterocyclischer Rest, Heteroaryl, substitu- iertes Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy, Boryl, Phosphino, Amino, SiIyI, Thio, Seleno und Kombinationen davon. Beispiele für substituierte Cycloalkyl und Cycloalkenyl-Reste sind 4-Dimethylaminocyclohexyl, 4,5-Dibromocyclohept-4-enyl u.a..
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 verknüpft sind oder durch eine geeignete Einheit, z.B. eine Methylen- oder Ethylen-Einheit verknüpft sind. Solche ge- eignete Einheiten können auch Carbonyl-Einheiten, wie in Benzophenol, oder Sauerstoff-Einheiten, wie in Diphenylether, oder Stickstoff-Einheiten, wie in Diphenylamin, sein. Der aromatische Ring, bzw. die aromatischen Ringe, sind beispielsweise Phenyl, Naphthyl, Diphenyl, Diphenylether, Diphenylamin und Benzophenon. Bevorzugt weisen die Aryl-Reste 6 bis 50 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 6 bis 20 Kohlenstoffatome, ganz besonders bevorzugt 6 bis 8 Kohlenstoffatome auf.
Substituierte Aryl-Reste sind Aryl-Reste, worin ein oder mehrere Wasserstoffatome, die an Kohlenstoffatome des Aryl-Rests gebunden sind, durch eine oder mehrere andere Gruppen ersetzt sind. Geeignete andere Gruppen sind Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Alkenyl, substituiertes Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, substituiertes Cycloalkyl, substituiertes Cycloalkenyl, Heterocyclo, substituiertes Hetereo- cyclo, Halogen, halogensubstituiertes Alkyl (z. B. CF3), Hydroxy, Amino, Phosphino, Alkoxy, Thio und sowohl gesättigte als auch ungesättigte cyclische Kohlenwasserstof- fe, 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. Geeignete Gruppen sind bereits vorstehend erwähnt.
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, z.B. N, O oder S ersetzt sind. Beispiele für Heterocyclo-Reste sind Piperazinyl, Morpholinyl, Tetrahydropyranyl, Tetra- hydrofuranyl, 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 andere Gruppe ersetzt sind. Geeignete andere Gruppen sind Halogen, Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl, substituiertes Aryl, Heteroaryl, substituiertes Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy, Boryl, Phosphino, Amino, SiIyI, Thio, Seleno und Kombinationen davon.
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, SiIyI und Kombinationen davon. Ge- eignete Alkoxy-Reste sind beispielsweise Methoxy, Ethoxy, Benzyloxy, t-Butoxy usw.. Unter dem Begriff Aryloxy sind solche Reste der allgemeinen Formel -OZ1 zu verstehen, worin Z1 ausgewählt ist aus Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, substituiertem Heteroaryl und Kombinationen davon. Geeignete Aryloxy-Reste sind Phenoxy, substituiertes Phenoxy, 2-Pyridinoxy, 8-Chinolinoxy u.a..
Unter Amino-Resten sind Reste der allgemeinen Formel -NZ1Z2 zu verstehen, worin Z1 und Z2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, Alkyl, substituiertem Alkyl, Cycloalkyl, substituiertem Cycloalkyl, Heterocycloalkyl, substituiertem Heterocyc- loalkyl, Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, substituiertem Heteroaryl, Alkoxy, Aryloxy, SiIyI und Kombinationen davon.
Bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren eingesetzte aromatische bzw. heteroaromatische Kohlenwasserstoffe sind ausgewählt aus Benzol, Diphenyl- methan, Naphthalin, Anthracen, Toluol, XyIoI, Phenol und Anilin sowie Pyridin, Pyrazin, Pyridazin, Pyrimidin und Chinolin. Dabei ist es auch möglich, Mischungen der genannten aromatischen bzw. heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe einzusetzen. Beson- ders bevorzugt werden die aromatischen Kohlenwasserstoffe, Benzol, Naphthalin,
Anthracen, Toluol, XyIoI, Pyridin, Phenol und Anilin, ganz besonders bevorzugt Benzol, Toluol, und Pyridin eingesetzt.
Insbesondere bevorzugt wird Benzol in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfah- ren eingesetzt, so dass als Produkt Anilin entsteht.
Als Verbindung, durch die die Aminogruppe eingebracht wird, wird besonders bevorzugt Ammoniak eingesetzt. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß die Kohlenwasserstoffe, insbesondere das Benzol, besonders bevorzugt mit Ammoniak umgesetzt wer- den. Gegebenenfalls können auch Verbindungen Verwendung finden, die unter den Reaktionsbedingungen Ammoniak abspalten.
Für die Herstellung von Mono und Di-Alkyl-N,(N)-substituierten aromatischen Aminen, zum Beispiel von Mono- und oder Dimethylanilin, können auch Mono- und Di-Alkyl- amine, bevorzugt Mono- und Di(m)ethylamin, eingesetzt werden.
Die Reaktionsbedingungen in den erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren sind unter anderem von dem zu aminierenden aromatischen Kohlenwasserstoff und dem eingesetzten Katalysator abhängig.
Die Aminierung, bevorzugt die Aminierung von Benzol, d.h. die Umsetzung von Benzol mit Ammoniak, erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen von 200 bis 800°C, bevorzugt 300 bis 700°C, besonders bevorzugt 325 bis 600°C und ganz besonders bevorzugt 350 bis 5000C.
Der Reaktionsdruck beträgt bei der Aminierung, bevorzugt bei der Aminierung von Benzol, d.h. die Umsetzung von Benzol mit Ammoniak, bevorzugt 1 bis 900 bar, besonders bevorzugt 1 bis 300 bar, insbesondere 5 bis 125 bar, insbesondere bevorzugt 15 bis 1 10 bar.
Die Verweilzeit beträgt in dem erfindungsgemäßen Aminierungsverfahren, bevorzugt bei der Aminierung von Benzol, im Allgemeinen 15 Minuten bis 8 Stunden, bevorzugt 15 Minuten bis 4 Stunden, besonders bevorzugt 15 Minuten bis 1 Stunde, bei der Durchführung in einem diskontinuierlichen Verfahren. Bei Durchführung in einem bevorzugten 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 am Katalysator, für Festbettkatalysator somit die Verweilzeit im Katalysatorbett, für Wirbelschichtreaktoren wird der Syntheseteil des Reaktors (Teil des Reaktors, wo der Katalysator lokalisiert ist) betrachtet.
Die relative Menge des eingesetzten Kohlenwasserstoffs und der Aminkomponente ist abhängig von der durchgeführten Aminierungsreaktion und den Reaktionsbedingungen. Im Allgemeinen werden mindestens stöchiometrische Mengen des Kohlenwasserstoffs und der Aminkomponente eingesetzt. Üblicherweise ist es jedoch bevorzugt, einen der Reaktionspartner im stöchiometrischen Überschuss einzusetzen, um eine Gleichgewichtsverschiebung auf die Seite des gewünschten Produkts und somit einen höheren Umsatz zu erreichen. Bevorzugt wird die Aminkomponente im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Aminierungsverfahren kann kontinuierlich, diskontinuierlich oder semi-kontinuierlich durchgeführt werden. Geeignete Reaktoren sind somit sowohl Rührkessel-Reaktoren als auch Rohr-Reaktoren. Typische Reaktoren sind beispielsweise Hochdruck-Rührkessel-Reaktoren, Autoklaven, Festbettreaktoren, Wirbelschichtreaktoren, Wanderbetten, zirkulierende Wirbelschichten, Salzbadreaktoren, Plattenwärmetauscher als Reaktoren, Hordenreaktoren mit mehreren Horden mit/oder ohne Wärmetausch bzw. Abzug/Zufuhr von Teilströmen zwischen den Horden, in möglichen Ausführungen als Radialstrom- oder Axialstromreaktoren, kontinuierlich gerührte Kessel, Blasenreaktoren usw., 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 einzel- nen Reaktoren und/oder in Form von zwei oder mehr parallelen Reaktoren eingesetzt werden. Die Reaktoren können in einer AB Fahrweise betrieben werden (alterierende Fahrweise). Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Batch-Reaktion, semikontinuierliche 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 aminie- renden aromatischen Kohlenwasserstoffs, den erforderlichen Reaktionszeiten und der Natur des eingesetzten stickstoffhaltigen Katalysators variieren. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Direktaminierung in einem Hochdruck-Rührkessel- Reaktor, Festbettreaktor oder Wirbelschichtreaktor durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bei der Aminierung von Benzol zu Anilin Festbett- oder Wirbelschicht-Reaktor eingesetzt, wobei eine interne Anord- nung der Membrane erfolgt und somit im Syntheseteil Wasserstoff entfernt wird. Ein weiterer Vorteil der Membran, welche mittels eines Spülstroms durchströmt werden kann, ist eine gute Wärmekontrolle des Reaktors: Reaktionswärme kann zugegeben oder bevorzugt abgeführt werden durch heizen oder abkühlen des Spülstroms.
Der Kohlenwasserstoff und die Aminkomponente können in gasförmiger oder flüssiger Form in die Reaktionszone des jeweiligen Reaktors gegeben werden. Die bevorzugte Phase ist jeweils abhängig von der durchgeführten Aminierung sowie dem eingesetzten Reaktor. In einer bevorzugten Ausführungsform, zum Beispiel bei der Herstellung von Anilin aus Benzol, liegen Benzol und Ammoniak bevorzugt als gasförmige Reak- tanden in der Reaktionszone vor. Typischerweise wird Benzol dabei als Flüssigkeit zugeführt, die aufgeheizt wird und verdampft, wobei ein Gas gebildet wird, während Ammoniak entweder in gasförmiger Form oder in überkritischer Phase in der Reaktionszone vorliegt. Es ist ebenfalls möglich, dass Benzol zumindest zusammen mit Am- moniak in überkritischer Phase vorliegt.
Der Kohlenwasserstoff und die Aminkomponente können gemeinsam in die Reaktionszone des Reaktors gegeben werden, zum Beispiel als vorgemischter Reaktanden- strom, oder getrennt. Bei einer getrennten Zugabe können der Kohlenwasserstoff und die Aminkomponente entweder gleichzeitig, zeitversetzt oder nacheinander in die Reaktionszone des Reaktors gegeben werden. Bevorzugt erfolgen die Zugabe der Aminkomponente und die Zugabe des Kohlenwasserstoffs zeitversetzt.
Bevorzugt kann man zusätzlich zu der chemischen Umwandlung des Wasserstoffes diesen auch physikalisch aus dem Reaktionsgemisch entfernen.
Unter dem Ausdruck „physikalisch entfernen" ist zu verstehen, dass der Wasserstoff physisch und bevorzugt selektiv aus dem Reaktionsgemisch entweicht.
Bevorzugt erfolgt die physikalische Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch, indem man Wasserstoff durch eine Wasserstoff- permeable, bevorzugt Wasserstoff-selektive Membran aus dem Reaktionsgemisch entfernt, bevorzugt indem der Wasserstoff aus dem Reaktionsgemisch durch die Membran diffundiert. Die Diffusion des Wasserstoffs ist dabei bevorzugt getrieben durch das Konzentrationsgefälle zwi- sehen dem Reaktionssystem (Retentatseite), in dem bevorzugt durch die Reaktion von Benzol mit Ammoniak Wasserstoff entsteht, und dem auf der anderen Seite der Membran befindlichen Raum (Permeatseite). Der auf die Permeatseite diffundierte Wasserstoff kann dort bevorzugt durch Abtransport, beispielsweise mittels Gasstrom oder Unterdruck, und/oder durch chemische Reaktion, beispielsweise durch Reduktion einer organische Verbindung in der Gasphase, zum Beispiel Benzol zu Cyclohexan oder unter Bildung von Wasser, bevorzugt mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie zum Beispiel Luft, bevorzugt durch katalysierte Reaktion mit Sauerstoff und/oder Luft, abgerei- chert, d.h. entfernt werden. Dadurch wird das Konzentrationsgefälle zwischen Reten- tatseite und Permeatseite, das die Diffusion treibt, aufrechterhalten oder erhöht.
Bevorzugt kann die Wasserstoff-permeable Membran Teil eines Reaktor sein und bei- spielsweise den Reaktionsraum, in dem bevorzugt Benzol mit Ammoniak umgesetzt wird, zumindest teilweise begrenzen. Bevorzugt kann somit das erfindungsgemäße Verfahren derart erfolgen, dass die Aminierung, bevorzugt die Umsetzung von Benzol mit Ammoniak, in einem Membranreaktor mit integrierter Wasserstoffabtrennung durch eine Wasserstoff- permeable Membran erfolgt.
Bevorzugt weist die Membran eine Permeanz für Wasserstoff von größer 10 m3 /(m2 x h x barn), besonders bevorzugt > 50 m3 /(m2 x h x barn) auf, wobei theoretisch n=0,5 und real zwischen 0,5 und 0,6 bedeutet, somit bevorzugt n zwischen 0,5 und 0,6, besonders bevorzugt n = 0,5. Die Permeanz (P) kann aus dem Wasserstofffluss (in m3/(m2,h) und den Wasserstoffpartialdrücken berechnet werden:
_ Wasserstofffluss pn _ p"
Retentat Permeat
Die Membran ist bevorzugt möglichst selektiv für Wasserstoff. D.h., dass die Membran bevorzugt dicht ist und besonders bevorzugt eine H2 /N2 Selektivität > 1000 aufweist. Durch Einsatz solcher Membranen wird gewährleistet, dass nur ein möglichst geringer Anteil an Edukt (Kohlenwasserstoff, Ammoniak) und/oder Produkt (insbesondere Anilin) auf die Permeatseite der Membran gelangt. Für die bevorzugten Pd und Pd- Legierte Membrane können die Edukte und Kohlenwasserstoffe nicht durch die Mem- bran diffundieren.
Die Membran weist bevorzugt eine Dicke zwischen 0,1 μm und 25 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 μm und 10 μm, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 μm und 5 μm auf.
Die Membran kann selbsttragend aufgebaut sein, Aufgrund der im Regelfall sehr hohen Materialkosten kann es von Vorteil sein, die eigentliche Membran auf einer porösen keramischen und/oder metallischen Stützschicht zu fixieren („Composif- Membran). Dies bietet zudem den Vorteil, dass die Membran stabilisiert wird und au- ßerdem geringe Schichtdicken ermöglicht werden. Typische Membranen können zum Beispiel bei NGK in Japan oder bei Johnson Matthey gekauft werden.
Als geeignete Membranen kommen beispielsweise mesoporöse anorganische Membranen, mikroporöse anorganische Membranen, Polymer-Membranen, Membranen auf Basis von Metallen der 4. oder 5. Nebengruppe beschichtet mit Palladium, nanokristal- line Metallmembranen, gemischtleitende Membranen und bevorzugt Membranen auf der Basis von Palladium oder Palladiumlegierungen in Frage.
Mesoporöse anorganische Membranen sind beispielsweise solche mit einer Poren- große kleiner 50 nm, z.B. solche auf Basis von AI2O3.
Mikroporöse anorganische Membranen sind beispielsweise solche mit einer Porengröße kleiner 2 nm, z.B. solche auf Basis von keramischen- oder Kohlenstoff-Molekularsieben. Als keramische Molekularsieb-Membranen kommen zeolithische, beispielswei- se solche vom MFI-Typ (ZSM-5 oder Silicalit), die gegebenenfalls auf AI2O3 geträgert sein können, und amorphe, z.B. solche aus SiÜ2 in Betracht. Kohlenstoff-Molekularsieb-Membranen lassen sich durch Carbonisierung von organischen Polymeren, z.B. Polyimid herstellen.
Polymer-Membranen sind „Composif-Membranen aus einer dichten wasserstoffselektiven Polymerschicht auf einem anorganischen Träger.
Als Membranen auf Basis von Metallen der 4. und/oder 5. Nebengruppe, die mit Palladium beschichtet sind, kommen beispielsweise solche in Betracht, bei denen auf einem nichtporösen Träger auf Basis von Nichtedelmetall, bevorzugt Vanadium, Niob und/oder Tantal, ein oder bevorzugt zwei Schichten aus Palladium oder Palladiumlegierungen vorliegen.
In Frage kommen auch Membranen aus TiN, nanokristalline Metallschichten, bei- spielsweise auf AI2O3 geträgertes Platin oder Ruthenium oder amorphe Membranen.
Geeignet sind ferner gemischt leitende Membranen, die sowohl elektronische als auch ionische Leitfähigkeit aufweisen.
Bevorzugt sind allerdings Membranen, die auf Palladium oder Palladiumlegierungen basieren. Als Legierungen kommen insbesondere Legierungen von Palladium mit Silber und/oder Kupfer in Betracht. Dabei sind besonders bevorzugt Membran auf Basis einer Legierung enthaltend Palladium und zwischen 23 Gew.-% und 25 Gew.-% Silber, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Die Legierung enthält dabei beson- ders bevorzugt zwischen 75 Gew.-% und 77 Gew.-% Palladium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Besonders bevorzugt sind ferner Membranen auf Basis einer Legierung enthaltend Palladium und zwischen 34 Gew.-% und 46 Gew.-% Kupfer, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Die Legierung enthält dabei besonders bevorzugt zwischen 54 Gew.-% und 66 Gew.-% Palladium, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Die Palladium- bzw. die Palladiumlegierung- Membranen können weiter mit Seltenerdmetalle, wie z.B. Gadolinium dotiert werden. Dabei können die Palladium- bzw. die Palladiumlegierung- Membranen übliche weitere Metal- Ie enthalten in üblichen Mengen, die die Permeabilität und Selektivität für Wasserstoff nicht oder zumindest nicht wesentlich beeinträchtigen. Auch diese bevorzugten Membranen können auf porösen Unterstrukturen vorliegen, die die eigentliche Membran fixieren und stabilisieren. Die poröse Unterstruktur kann beispielsweise auf Keramik, Metall oder einem organischen Polymeren basieren, z.B. ÜO2 und/oder AI2O3. Die Herstellung der bevorzugt dichten Metallmembran (bevorzugt Palladium oder Palladiumlegierung) auf einem porösen Träger ist allgemein bekannt und kann beispielsweise durch galvanisches Aufbringen, Sputtern, CVD (Chemical Vapor Deposition) oder bevorzugt allgemein bekannte stromlose nasschemische Beschichtung erfolgen.
Wie bereits dargestellt trennt die Membran bevorzugt die Retentatseite (Reaktionsseite) von der Permeatseite, wobei der auf der Retentatseite gebildete Wasserstoff durch die Membran auf die Permeatseite gelangt, wo der Wasserstoff durch Reaktion, bevorzugt Reaktion mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Strom, wie zum Beispiel Luft, bevorzugt in Gegenwart von Katalysatoren, und/oder Stofftransport, bevorzugt mittels eines Gasstroms („Sweepgas" oder Spühlgas) entfernt wird. Die selektive Entfernung des Wasserstoffs an der Permeatseite ermöglicht eine deutliche weitere Absenkung des Wasserstoffpartialdruckes an der Retentatseite der Membran (= Reaktionsseite) und ermöglicht so, die gewünschten hohen Benzolumsätze (>5 mol %, >10 mol %, >20 mol % bezogen auf die zugegebene Menge Benzol) bei höher Anilinselektivität (>95 %, >98 %, >99 %, Anilinselektivität: mol Anilin/ Summe aller gebildeten Produkte in mol (=Benzolumsatz)).
Im Anschluss an die Aminierung kann die Isolierung des gewünschten Produktes nach dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen.
Beispiel 1 : Herstellung von Aminierungkatalysator (i)
Die Herstellung des Katalysators erfolgt gemäß DE-A 44 28 004 :
Eine wässrige Lösung aus Nickelnitrat, Kupfernitrat und Zirconacetat, die 4,48 Gew.-% Ni (berechnet als NiO), 1 ,52 Gew.-% Cu (berechnet als CuO und 2,28 Gew.-% Zr (berechnet als Zrθ2) enthält, wird gleichzeitig in einem Rührgefäß in einem konstanten Strom mit einer 20 %igen wässrigen Natriumcarbonatlösung bei einer Temperatur von 70°C so gefällt, dass der mit einer Glaselektrode gemessene pH-Wert von 7,0 aufrechterhalten wird. Die erhaltene Suspension wird filtriert und der Filterkuchen mit voll entsalztem Wasser gewaschen bis die elektrische Leitfähigkeit des Filtrats ca. 20 μS beträgt. Dann wird in den noch feuchten Filterkuchen so viel Ammoniumheptamolybdat eingearbeitet, dass das nachfolgend angegebene Oxidgemisch erhalten wird. Danach wird der Filterkuchen bei einer Temperatur von 150°C in einem Trockenschrank oder einem Sprühtrockner getrocknet. Das auf diese Weise erhaltene Hydroxid-Carbonat- Gemisch wird nun bei einer Temperatur von 430 bis 460°C über einen Zeitraum von 4 Stunden getempert. Die so hergestellte oxidische Spezies hat die Zusammensetzung: 50 Gew.-% NiO, 17 Gew.-% CuO, 1 ,5 Gew.-% MoO3 und 31 ,5 Gew.-% ZrO2. Die Reduktion wird bei 290°C durchgeführt, wobei die Aufheizungsrate 3°C/Minute beträgt. Zuerst wurde 50 Minuten mit 10% H2 in N2 reduziert, anschließend 20 Minuten mit 25 % H2 in N2, dann 10 Minuten mit 50 % H2 in N2, dann 10 Minuten mit 75 % H2 in N2 und schließlich 3 Stunden mit 100% H2. Bei den %-Angaben handelt es sich jeweils um Volumen-%. Die Passivierung der reduzierten oxidischen Spezies wird bei Raumtemperatur in verdünnter Luft (Luft in N2 mit einem O2-Gehalt von maximal 5 Vol.-%) durchgeführt.
Beispiel 2: Herstellung von Aminierungkatalysator (i)
Es wird eine Lösung aus 132 mL Wasser, 27,84g Ni(NOa)2 * 6H2O, 61 ,68g Cu(NO3)^y2H2O und 3,52g AgNO3 hergestellt. 200g Trägermaterial ZrO2 wird mit der Hälfte der Tränklösung getränkt und anschließend bei 120°C 12h an der Luft getrocknet. Danach wird der Katalysator mit dem Rest der Tränklösung getränkt und bei 120°C 12 h an der Luft getrocknet. Anschließend wird der Katalysator 4h bei 400°C kalziniert. Der so entstehende Katalysator enthält 7,3 Gew.-% Cu, 2,4 Gew.-% Ni und 0,98 Gew.-% Ag.
Beispiel 3: Herstellung von Oxidationskatalysator (ii)
Pt getränkt auf AI2O3
Pt-Nitrat (die Menge an Pt-Nitrat ergeben sich aus der Zusammensetzung des erhaltenen Katalysatorsystems) wurde in destilliertem Wasser gelöst, so dass eine 2 Gew.-%- ige wässrige Lösung entsteht. Ein AI2O3-T rägermaterial wird mit dieser Lösung getränkt. Nach Trocknung bei 120°C und Kalzinierung für 4 Stunden bei 450°C erhält man ein Katalysatorsystem mit 0,001 - 0,1 Gew.-% Pt, wobei Pt gemeinsam mit dem Trägermaterial 100 Gew.-% ergibt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aminierung von Kohlenwasserstoffen mit Ammoniak in Gegenwart von Katalysator (i), der die Aminierung katalysiert, dadurch gekennzeichnet, dass man Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuführt und das Oxidationsmittel mit Wasserstoff, das bei der Aminierung entsteht, in Gegenwart eines Katalysators (ii) umsetzt, der diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst den Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt und anschließend das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuführt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst den Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt und anschließend in Gegenwart des Katalysators (ii) den gebildeten Wasserstoff mit dem Oxidationsmittel aus dem Reaktionsgemisch entfernt, wobei man während oder nach der Wasserstoffoxidation Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Reaktionsraum Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt, danach das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch zuführt und in einem anschließenden Reaktionsraum das Oxidationsmittel mit dem bei der Aminierung entstehendem Wasserstoff in Gegenwart der Verbindung (ii), die diese Umsetzung mit Wasserstoff katalysiert, umsetzt, wobei man während oder nach der Wasserstoffoxidation Kohlenwasserstoff mit Ammoniak in Gegenwart des Katalysators (i) umsetzt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren (i) und (ii) jeweils in getrennten Katalysatorbetten vorliegen, das Oxidationsmittel dem Reaktionsgemisch vor einem Katalysatorbett mit dem Katalysator (ii) zugeführt wird und auf das Katalysatorbett mit dem Katalysator (ii) ein Katalysatorbett mit dem Katalysator (i) folgt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator (i) Verbindungen einsetzt, die Ni, Co, Fe, Cu oder Kombinationen dieser Elemente enthalten.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysa- tor (i) Verbindungen einsetzt, die Ni-Cu-X, Fe-Cu-X und/oder Co-Cu-X enthalten, wobei X Ag oder Mo darstellt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator (N) Pt und/oder Pd und Ag enthaltende Verbindungen einsetzt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ka- talysator (i) der Gewichtsanteil der Elemente Ni, Co und Fe zusammen zwischen
0,1 Gew.-% und 75 Gew.-% und der Gewichtsanteil an Cu zwischen 0,1 Gew.-% und 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators (i), beträgt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Dotierelements X an dem Gesamtgewicht des Katalysators (i) zwischen 0,01 Gew.-% und 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators (i), beträgt.
1 1. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Katalysator (ii) der Gewichtsanteil an Pt zwischen 0,0001 Gew.-% und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators (ii), beträgt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysator- bett enthaltend Katalysatoren (i) und (ii) mit einer Belastung von 0,1 bis 5 kg
Kohlenwasserstoff pro Liter Katalysatorbett und pro Stunde belastet wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Aminie- rung kontinuierlich durchführt.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man Wasserstoff aus dem Reaktionsgemisch physikalisch entfernt.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminierung in einem Membranreaktor mit integrierter Wasserstoffabtrennung durch eine Wasserstoff- permeable Membran erfolgt.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Aminierung bei Temperaturen zwischen 200 und 800°C durchführt.
17. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Aminierung bei Drücken zwischen 1 bis 900 bar durchführt.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008009668A1 (de) * 2006-07-21 2008-01-24 Basf Se Direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2011003933A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff und elektrochemischer umsetzung des wasserstoffs zu wasser
WO2011003934A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
WO2011003932A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
WO2011003964A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
WO2013131864A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Basf Se Verfahren zur herstellung von aminokohlenwasserstoffen durch direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2013131723A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Basf Se Verfahren zur herstellung von aminokohlenwasserstoffen durch direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2016050500A1 (de) 2014-09-29 2016-04-07 Basf Se Membran-elektroden-anordnung, reaktor umfassend die membran-elektroden-anordnung und verfahren zur abtrenung von wasserstoff

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004062253A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Basf Ag Direktaminierung von Kohlenwasserstoffen
JP2009527523A (ja) * 2006-02-24 2009-07-30 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 炭化水素の直接アミノ化法
PT104812A (pt) 2009-11-06 2011-05-06 Cuf Qu Micos Ind S A Reactor catal?tico de membrana com bombagem electroqu?mica de hidrog?nio ou de oxig?nio e suas aplica??es
WO2018027936A1 (en) 2016-08-12 2018-02-15 Qualcomm Incorporated Uplink multiple-input multiple-output (mimo) scheduling using beamformed reference signals
CN107628987B (zh) * 2017-09-20 2020-12-04 南京红太阳生物化学有限责任公司 一种膜反应器生产2,2′-联吡啶的方法
CN112295569B (zh) * 2019-07-26 2023-05-12 中国石油化工股份有限公司 苯一步氨化制苯胺的催化剂及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA553998A (en) * 1958-03-04 W. Tinsley Samuel Process for the production of meta-aminostyrene
WO1999010311A1 (en) * 1997-08-21 1999-03-04 Huntsman Ici Chemicals, Llc Process for the production of aromatic amines
WO2001032600A1 (en) * 1999-10-29 2001-05-10 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Process and catalyst for synthesizing aliphatic, cyclic and aromatic alkanolamines and alkyleneamines
WO2007025882A1 (de) * 2005-08-30 2007-03-08 Basf Se Direktaminierung von kohlenwasserstoffen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3919155A (en) * 1970-12-18 1975-11-11 Du Pont Synthesis of aromatic amines by reaction of aromatic compounds with ammonia
US3929889A (en) * 1971-02-16 1975-12-30 Du Pont Synthesis of aromatic amines by reaction of aromatic compounds with ammonia
US4001260A (en) * 1973-12-19 1977-01-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Synthesis of aromatic amines by reaction of aromatic compounds with ammonia
US4031106A (en) * 1973-12-19 1977-06-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Synthesis of aromatic amines by reaction of aromatic compounds with ammonia
DE19634110C2 (de) 1996-08-23 2000-10-12 Aventis Res & Tech Gmbh & Co Verfahren zur Herstellung von aminosubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffen
AU5054299A (en) 1998-08-17 2000-03-06 Imperial Chemical Industries Plc Amine production
AU5014900A (en) 1999-05-13 2000-12-05 Bayer Aktiengesellschaft Amination of aromatic hydrocarbons and heterocyclic analogs thereof
US6933409B1 (en) * 1999-05-13 2005-08-23 Symyx Technologies, Inc. Amination of aromatic hydrocarbons and heterocyclic analogs thereof
CN1283617C (zh) 2004-01-09 2006-11-08 四川大学 由苯直接氧化胺化一步合成苯胺的催化剂制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA553998A (en) * 1958-03-04 W. Tinsley Samuel Process for the production of meta-aminostyrene
WO1999010311A1 (en) * 1997-08-21 1999-03-04 Huntsman Ici Chemicals, Llc Process for the production of aromatic amines
WO2001032600A1 (en) * 1999-10-29 2001-05-10 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Process and catalyst for synthesizing aliphatic, cyclic and aromatic alkanolamines and alkyleneamines
WO2007025882A1 (de) * 2005-08-30 2007-03-08 Basf Se Direktaminierung von kohlenwasserstoffen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAGEMEYER A ET AL: "Application of combinatorial catalysis for the direct amination of benzene to aniline", APPLIED CATALYSIS A: GENERAL, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, NL, vol. 227, no. 1-2, 8 March 2002 (2002-03-08), pages 43 - 61, XP004340850, ISSN: 0926-860X *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008009668A1 (de) * 2006-07-21 2008-01-24 Basf Se Direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2011003933A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff und elektrochemischer umsetzung des wasserstoffs zu wasser
WO2011003934A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
WO2011003932A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
WO2011003964A2 (de) 2009-07-10 2011-01-13 Basf Se Verfahren zur direktaminierung von kohlenwasserstoffen zu aminokohlenwasserstoffen mit elektrochemischer abtrennung von wasserstoff
JP2012532844A (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 水素を電気化学的に除去しながら炭化水素をアミノ炭化水素に直接アミノ化する方法
US8642810B2 (en) 2009-07-10 2014-02-04 Basf Se Method for the direct amination of hydrocarbons into amino hydrocarbons, including electrochemical separation of hydrogen and electrochemical reaction of the hydrogen into water
US9061961B2 (en) 2009-07-10 2015-06-23 Basf Se Method for direct amination of hydrocarbons to form amino hydrocarbons with the electrochemical separation of hydrocarbon
WO2013131864A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Basf Se Verfahren zur herstellung von aminokohlenwasserstoffen durch direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2013131723A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Basf Se Verfahren zur herstellung von aminokohlenwasserstoffen durch direktaminierung von kohlenwasserstoffen
WO2016050500A1 (de) 2014-09-29 2016-04-07 Basf Se Membran-elektroden-anordnung, reaktor umfassend die membran-elektroden-anordnung und verfahren zur abtrenung von wasserstoff
US10625203B2 (en) 2014-09-29 2020-04-21 Basf Se Membrane-electrode assembly, reactor comprising the membrane-electrode assembly and process for separating off hydrogen

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