【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は非環状のポリエチレンポリアミンの製
造方法に関するものである。更に詳しくは複素環
式アミン含量を極めて少ない非環状ポリエチレン
ポリアミンの製造方法に関するものである。
従来、ポリエチレンポリアミン化合物、例えば
ジエチレントリアミン（DETA）、トリエチレン
テトラミン（TETA）、テトラエチレンペンタミ
ン（TEPA）、ペンタエチレンヘキサミン
（PEHA）のような非環状ポリエチレンポリアミ
ン化合物は、例えばエチレンジクロライド
（EDC）とアンモニア、エチレンジアミン
（EDA）のようなアミン化合物とを高温、高圧下
で反応させることにより製造されてきた。
しかしながら、このような従来の製造方法は以
下に述べるような重大な欠点を持つている。即ち
第１の欠点は上述のような目的の非環状ポリエチ
レンポリアミンの他に、ピペラジン、Ｎ−２アミ
ノエチルピペラジン（Ｎ−AEP）、Ｎ，N′−ビス
〔β−アミノエチル〕ピペラジン（TETAと極め
て沸点の近い環状アミンである。CA4−１と仮
称）、１−〔2′−（2″−アミノエチルアミノ）エチ
ル〕ピペラジン（同様にCA4−２と仮称）、１−
〔2′−2″−アミノエチルアミノ）エチル〕−４−
（2′−アミノエチル）ピペラジン（TEPAと極め
て沸点の近い環状アミンである。CA5−１と仮
称）のような複素環式アミンおよびこの他に目的
の各非環状ポリエチレンポリアミンに近接する沸
点を有す種々様々な類似アミンを副生することで
ある。
これら副生アミンの多くは目的は非環状ポリエ
チレンポリアミンの分離精製を困難にするばかり
でなく、ポリエチレンポリアミンの用途上、最も
要求される性能であるアミン価を低下させ、ある
いはまた、着色の原因ともなる。
第２の欠点はペンタエチレンヘキサミンより高
沸点の化合物が多くでき、いわゆるヘビーロスが
大きいことである。
そして、第３の欠点はこれら反応によつて生成
したアミン化合物は塩酸塩の型で得られるため、
蒸留によつて、各目的アミンに分離精製する前の
処理として、例えば、苛性ソーダで中和し、フリ
ーのアミンにする必要があることである。苛性中
和によつて生成した食塩は、例えば蒸発缶等によ
つて水または／および低沸アミンの一部を蒸発さ
せることによつて食塩を晶析させ、遠心分離等に
よつて残りの高沸点アミン化合物と分離する方法
がとられているが、食塩に付着あるいは包含のア
ミン化合物を完全に除去することは困難で、公害
防止上、更に高度な食塩の処理を考えねばならな
いという技術的にも経済的にも極めて難解な問題
を有している。
本発明者らはかかる欠点を排除した非環状ポリ
エチレンポリアミンの選択的製造方を見い出すべ
く鋭意研究を重ねたところ、遂に、特定の原料、
触媒および反応操作条件の組み合せによつて、目
的達全が可能なことを発見し、本発明を完成する
に至つた。
本発明は、アルミナまたはシリカを主成分とす
る無機化合物を触媒として、モノエタノールアミ
ン（MEA）またはエチレングリコール（EG）
と、エチレンジアミンとを250℃〜350℃の温度
で、実質的に液状で接触させることによつて、複
素環式アミン含量の極めて少ない非環状ポリエチ
レンポリアミンを選択的に製造する方法に関する
ものである。
本発明の特徴を列挙すると、後で実施例で示す
如く、
(1) ピペラジン、Ｎ−AEP、CA4−１、CA4−
２、CA5−１のような複素環式アミンおよび蒸
留によつて各目的の非環状ポリエチレンポリア
ミンを分離回収する工程において中間留分とし
て分離の妨げとなる副生アミンあるいはヘビー
ロスとなるペンタエチレンヘキサミンより高沸
点のアミン混合物等の副生が極めて少ない。従
つて分離精製が容易で高純度の目的非環状ポリ
エチレンポリアミンを高収率で得ることができ
る。特にジエチレントリアミン、トリエチレン
テトラミンのような低分子量の非環状ポリエチ
レンポリアミンの製造に卓越した効果を示す。
(2) 反応物はフリーのアミンの型で得られ、前述
の従来法のような苛性中和処理の必要がなく、
塩類が生成しないため製造プロセスが極めて簡
単かつ経済的である。
(3) 触媒が比較的安価な上、熱的にも化学的にも
安定でかつ、固型であるため反応物からの分離
回収が容易であり、触媒の再使用上、有利で経
済的である。
本発明で用いることができる触媒は例えば、ア
ルミナ、シリカ、アルミナ、シリカ、天然および
合成のゼオライト、活性白土、酸性白土、ケイソ
ウ土等、アルミナまたはシリカを主成分とする天
然または合成の無機化合物である。望ましい触媒
は化合物中のアルミナとシリカの重量組成比が
100：０〜20：80である。触媒の形状は粉末状で
も粒状でも良い。回分反応で行う場合の触媒濃度
は全反応原料に対し0.5〜30重量％、望ましくは
１〜10重量％である。触媒の形状が粉末状の場合
は少な目に、粒状の場合は多目に使用することが
望ましい。
モノエタノールアミンまたはエチレングリコー
ルとエチレンジアミンとの原料モル比は、モノエ
タノールアミンまたはエチレングリコールに対す
るエチレンジアミンの割合が大きい程低分子量の
ポリエチレンポリアミンの生成比率が多くなり、
かつ、目的の非環状ポリエチレンポリアミンの選
択性が良い。逆に、エチレンジアミンの割合が小
さくなる程、高分子量のポリエチレンポリアミン
が多くでき、副生アミンの種類、量が増す傾向に
あり非環状ポリエチレンポリアミンの収率が低下
する。モノエタノールアミンまたはエチレングリ
コールに対するエチレンジアミンの適当なモル比
は約0.5〜約30で、望ましくは２〜10のエチレン
ジアミン過剰である。
反応温度は250℃〜350℃、望ましくは270℃〜
350℃である。
反応圧力は触媒以外の原料物質即ち、エチレン
ジアミン、モノエタノールアミンまたはエチレン
グリコールが実質的に液相として存在し、共に触
媒と接触する状態にあればよく、それ以上の加圧
は特に必要としないが、反応によつては、生成す
る水をパージしながらの反応、あるいは、原料物
質の分解を抑制するため少量のガス状NH3の存
在下で反応することも可能である。
次に回分反応を例にとつて本発明の実施態様を
述べる。言うまでもないが、本発明は反応形式を
限定するものではなく以下に述べる方法は容易に
他の公知の反応形式、例えば連続式反応に置き換
えることが可能である。
撹拌装置を備えた所定容量の耐圧反応器に、モ
ノエタノールアミンまたはエチレングリコール
と、エチレンジアミンをモル比約0.5〜30、望ま
しくはモル比約２〜約10の割合で入れこれら反応
原料合計量に対し、前述のアルミナまたはシリカ
を主成分とする無機化合物、望ましくは、化合物
中のアルミナとシリカの重量組成割合が100：０
〜20：80の化合物を触媒として0.5〜30重量％、
望ましくは、１〜10重量％添加する。反応器をそ
のまま密封またはNH3ガスで置換密封あるいは
その他の不活性ガス、例えば窒素等で若干の加圧
密封後、加熱し、液温を250℃〜350℃、望ましく
は、270℃〜350℃に維持する。反応時間は使用す
る触媒の種類や反応温度等によつて若干異なる
が、概ね２〜５時間程度の実用的反応時間で、モ
ノエタノールアミンまたはエチレングリコール基
準反応率が30〜90％の実施可能な反応率が得られ
る。反応進行に伴つて、触媒の種類によつて若干
異なるが０〜50Kg／cm2、望ましい触媒では０〜10
Kg／cm2の圧力上昇を生じる。
反応後、反応混合物は触媒を別等、公知の方
法で分離後、連続または回分蒸留等公知の方法で
未反応のエチレンジアミンおよびモノエタノール
アミンまたはエチレングリコールを分離回収し、
次いで、ジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエ
チレンヘキサミン等各目的の非環状ポリエチレン
ポリアミンに分離精製する。回収したエチレンジ
アミンおよびモノエタノールアミンまたはエチレ
ングリコールは各々単離した場合は各原料タンク
に返送し、あるいは単離しない場合は所定の原料
モル比になるように新たな原料物質で組成調整
し、反応原料として反応器にリサイクルする。反
応液と分離した触媒は必要に応じて新たな触媒で
補充し、反応器にリサイクルして再使用する。
次に、本発明を実施例によつて説明する。
なお、実施例で用いる％は特記しない限り重量
％である。
実施例 １
内容積200mlの電磁撹拌式ステンレススチール
製オートクレーブに純度99.5％のモノエタノール
アミン16.2ｇ（0.264モル）と99.99％のエチレン
ジアミン78.8ｇ（1.31モル）を表−１に掲げた
種々のアルミナまたはシリカを主成分とする無機
化合物（粒状のものは37〜53ミクロンに粉砕）５
ｇと共に仕込んだ。
気相部を乾燥窒素ガスで置換後密封し、液温
300℃に加熱した。この時、オートクレーブの内
圧は約40Kg／cm2Ｇであつた。
液温300℃で２時間加熱維持した。その結果、
内圧は表−１に示すように約３〜25Kg／cm2の圧力
上昇を示した。次に、室温まで冷却後、若干の残
圧（０〜1.5Kg／cm2Ｇ）をパージし、反応混合物
を取り出した。
反応混合物は実験によつて若干異なるが、99〜
95ｇであり、仕込に対する回収率99〜95％であつ
た。次いで、該反応混合物を孔径0.9〜1.4ミクロ
ンのガラスフイルターで過し、固型分を分離し
た。液はいずれの場合もわずかに黄色味を帯び
ている程度であつた。滓は触媒と付着液のみ
で、他の固型物あるいは高沸点アミンのような粘
着物は何等認められなかつた。該液即ち、反応
液をガスクロマトグラフイーで分析し、モノエタ
ノールアミン基準の反応率と原料のエチレンジア
ミン、モノエタノールアミンおよび生成水を除く
反応生成物の割合を求めると表−１のとおりであ
つた。表−１の中でその他の副生アミンの生成割
合を例えばDETA〜TETAと記載したように目
的非環状ポリエチレンポリアミンの範囲で示した
のはガスクロマトグラム上でDETAからTETA
のピーク間に検出された別記環状アミン以外の副
生アミン量を示すものであり、その値は例えば
〔20〕と記した場合は検出された副生アミンが
２種類ありその合計値が20％であることを示す。
実施例 ２
活性アルミナ（和光純薬(株)製）を触媒とし、反
応温度を250℃にする以外は実施例１と全く同様
に行つた。
結果は表−１のとおりであつた。
実施例 ３
ネオビートDL−４（水沢化学(株)製、商品名）を
触媒とし、反応温度を320℃、反応時間を320℃で
５時間にする以外は実施例１と全く同様に行つ
た。
結果は表−１のとおりであつた。
実施例 ４
ネオビートDL−４を触媒として５ｇ、原料の
モノエタノールアミン仕込量を32.0ｇ（0.521モ
ル）、エチレンジアミン仕込量を63.0ｇ（1.05モ
ル）に変える以外は実施例１と全く同様に行つ
た。
結果は表−１に示すとおりであつた。
実施例 ５
実施例１の反応器に、モノエタノールアミンの
代わりに純度94.93％のエチレングリコールを
17.0ｇ（0.260モル）、99.99％のエチレンジアミン
を78ｇ（1.30モル）、触媒としてネオビートDL−
４を５ｇ仕込んで実施例１と全く同様に行つた。
結果は表−１に示すとおりであつた。
比較例 １
実施例１の反応器に純度99.5％のモノエタノー
ルアミン16.2ｇ（0.264モル）と99.99％のエチレ
ンジアミン78.8ｇ（1.31モル）のみを仕込んで触
媒なしで実施例１と全く同様に行つた。
実質的な反応は全く認められなかつた。
The present invention relates to a method for producing acyclic polyethylene polyamine. More specifically, the present invention relates to a method for producing acyclic polyethylene polyamine having an extremely low content of heterocyclic amine. Traditionally, polyethylene polyamine compounds, such as acyclic polyethylene polyamine compounds such as diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA), tetraethylene pentamine (TEPA), and pentaethylene hexamine (PEHA), have been combined with, for example, ethylene dichloride (EDC). It has been produced by reacting amine compounds such as ammonia and ethylenediamine (EDA) at high temperature and pressure. However, such conventional manufacturing methods have serious drawbacks as described below. That is, the first drawback is that in addition to the above-mentioned target acyclic polyethylene polyamine, piperazine, N-2 aminoethylpiperazine (N-AEP), N,N'-bis[β-aminoethyl]piperazine (TETA and These are cyclic amines with very similar boiling points. Tentative name: CA4-1), 1-[2′-(2″-aminoethylamino)ethyl]piperazine (also tentative name: CA4-2), 1-
[2′-2″-aminoethylamino)ethyl]-4-
Heterocyclic amines such as (2'-aminoethyl)piperazine (a cyclic amine with a boiling point very close to that of TEPA; tentatively named CA5-1) and other acyclic amines with boiling points close to each of the target acyclic polyethylene polyamines. In other words, various similar amines are produced as by-products. The purpose of many of these by-product amines is not only to make it difficult to separate and purify acyclic polyethylene polyamines, but also to lower the amine value, which is the most required performance for polyethylene polyamines, or to cause coloration. Become. The second drawback is that many compounds with higher boiling points than pentaethylenehexamine are produced, resulting in a large so-called heavy loss. The third drawback is that the amine compounds produced by these reactions are obtained in the form of hydrochloride.
As a treatment before separating and purifying each target amine by distillation, it is necessary to neutralize it with, for example, caustic soda to make a free amine. The salt produced by caustic neutralization is crystallized by evaporating part of the water and/or low-boiling amine using an evaporator, etc., and the remaining high-boiling salt is evaporated by centrifugation or the like. Methods have been used to separate boiling-point amine compounds, but it is difficult to completely remove amine compounds that are attached to or included in salt, and it is technically necessary to consider more sophisticated salt treatment to prevent pollution. There are also extremely difficult economic problems. The present inventors conducted intensive research to find a method for selectively producing acyclic polyethylene polyamine that eliminates such drawbacks, and finally found a specific raw material,
The inventors have discovered that all of the objectives can be achieved through a combination of catalysts and reaction operating conditions, leading to the completion of the present invention. The present invention utilizes monoethanolamine (MEA) or ethylene glycol (EG) using an inorganic compound mainly composed of alumina or silica as a catalyst.
The present invention relates to a method for selectively producing an acyclic polyethylene polyamine having an extremely low content of heterocyclic amine by contacting the polyethylene diamine with ethylene diamine at a temperature of 250° C. to 350° C. in a substantially liquid state. To enumerate the features of the present invention, as shown in Examples later, (1) Piperazine, N-AEP, CA4-1, CA4-
2. Heterocyclic amines such as CA5-1 and by-product amines that interfere with separation as middle distillates in the process of separating and recovering target acyclic polyethylene polyamines by distillation, or pentaethylene hexamine that becomes a heavy loss. By-products such as high boiling point amine mixtures are extremely low. Therefore, it is possible to easily separate and purify the target acyclic polyethylene polyamine with high purity and obtain a high yield. It is particularly effective in producing low molecular weight acyclic polyethylene polyamines such as diethylenetriamine and triethylenetetramine. (2) The reactant is obtained in the form of a free amine, and there is no need for caustic neutralization as in the conventional method described above.
The manufacturing process is extremely simple and economical because no salts are generated. (3) The catalyst is relatively inexpensive, thermally and chemically stable, and because it is solid, it is easy to separate and recover from the reactants, making it advantageous and economical for reusing the catalyst. be. Catalysts that can be used in the present invention include, for example, natural or synthetic inorganic compounds containing alumina or silica as a main component, such as alumina, silica, natural and synthetic zeolites, activated clay, acid clay, and diatomaceous earth. be. A desirable catalyst has a weight composition ratio of alumina and silica in the compound.
The time is from 100:0 to 20:80. The shape of the catalyst may be powder or granules. When the batch reaction is carried out, the catalyst concentration is 0.5 to 30% by weight, preferably 1 to 10% by weight based on the total reaction raw materials. When the catalyst is in the form of a powder, it is desirable to use a small amount, and when the catalyst is in the form of granules, it is desirable to use a large amount. Regarding the raw material molar ratio of monoethanolamine or ethylene glycol to ethylene diamine, the larger the ratio of ethylene diamine to monoethanolamine or ethylene glycol, the higher the production ratio of low molecular weight polyethylene polyamine.
Moreover, the selectivity of the target acyclic polyethylene polyamine is good. Conversely, as the proportion of ethylene diamine decreases, more high molecular weight polyethylene polyamine is produced, the type and amount of by-product amines tend to increase, and the yield of acyclic polyethylene polyamine decreases. A suitable molar ratio of ethylenediamine to monoethanolamine or ethylene glycol is about 0.5 to about 30, preferably an excess of ethylenediamine of 2 to 10. The reaction temperature is 250℃~350℃, preferably 270℃~
The temperature is 350℃. The reaction pressure only needs to be such that the raw materials other than the catalyst, that is, ethylenediamine, monoethanolamine, or ethylene glycol, exist substantially as a liquid phase and are in contact with the catalyst, and no higher pressure is particularly required. Depending on the reaction, it is also possible to carry out the reaction while purging the produced water, or in the presence of a small amount of gaseous NH 3 to suppress decomposition of the raw material. Next, embodiments of the present invention will be described using a batch reaction as an example. Needless to say, the present invention does not limit the reaction format, and the method described below can be easily replaced with other known reaction formats, such as a continuous reaction. Monoethanolamine or ethylene glycol and ethylenediamine are placed in a pressure-resistant reactor of a predetermined capacity equipped with a stirring device in a molar ratio of about 0.5 to 30, preferably in a molar ratio of about 2 to about 10, based on the total amount of these reaction materials. , the above-mentioned inorganic compound containing alumina or silica as a main component, preferably in which the weight composition ratio of alumina and silica in the compound is 100:0.
~20:80 compound as catalyst 0.5~30% by weight,
Desirably, it is added in an amount of 1 to 10% by weight. After sealing the reactor as it is, replacing it with NH 3 gas, or sealing it under slight pressure with another inert gas, such as nitrogen, heat the reactor to bring the liquid temperature to 250°C to 350°C, preferably 270°C to 350°C. maintain it. Although the reaction time varies slightly depending on the type of catalyst used and the reaction temperature, it is approximately 2 to 5 hours, and the reaction rate based on monoethanolamine or ethylene glycol is 30 to 90%. The reaction rate is obtained. As the reaction progresses, the amount varies slightly depending on the type of catalyst, but 0 to 50 Kg/cm 2 , and 0 to 10 Kg/cm 2 with a desirable catalyst.
This results in a pressure increase of Kg/cm 2 . After the reaction, the reaction mixture is separated from the catalyst by a known method, and unreacted ethylenediamine and monoethanolamine or ethylene glycol are separated and recovered by a known method such as continuous or batch distillation.
Next, the product is separated and purified into acyclic polyethylene polyamines such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, and pentaethylenehexamine. If the recovered ethylenediamine and monoethanolamine or ethylene glycol are isolated, they are returned to each raw material tank, or if they are not isolated, the composition is adjusted with new raw materials so that the molar ratio of the raw materials is the specified one, and the reaction raw materials are recycled to the reactor as The catalyst separated from the reaction solution is replenished with new catalyst as needed and recycled to the reactor for reuse. Next, the present invention will be explained with reference to examples. Note that the percentages used in the examples are percentages by weight unless otherwise specified. Example 1 16.2 g (0.264 mol) of monoethanolamine with a purity of 99.5% and 78.8 g (1.31 mol) of ethylenediamine with a purity of 99.99% were placed in a magnetically stirred stainless steel autoclave with an internal volume of 200 ml. Inorganic compound mainly composed of silica (pulverized to 37-53 microns in granular form) 5
I prepared it with g. After replacing the gas phase with dry nitrogen gas, seal it and lower the liquid temperature.
Heated to 300°C. At this time, the internal pressure of the autoclave was approximately 40 kg/cm 2 G. Heating was maintained at a liquid temperature of 300°C for 2 hours. the result,
As shown in Table 1, the internal pressure increased by about 3 to 25 kg/cm 2 . Next, after cooling to room temperature, some residual pressure (0 to 1.5 Kg/cm 2 G) was purged and the reaction mixture was taken out. The reaction mixture varies slightly depending on the experiment, but from 99 to
The amount was 95g, and the recovery rate was 99-95% based on the amount charged. The reaction mixture was then filtered through a glass filter with a pore size of 0.9 to 1.4 microns to separate solids. In all cases, the liquid was slightly yellowish. The slag was only the catalyst and adhering liquid, and no other solid substances or sticky substances such as high-boiling amines were observed. The reaction solution was analyzed by gas chromatography, and the reaction rate based on monoethanolamine and the proportion of reaction products excluding the raw materials ethylenediamine, monoethanolamine, and produced water were as shown in Table 1. . In Table 1, the production ratio of other by-product amines is described as DETA to TETA, and the range of target acyclic polyethylene polyamine is shown on the gas chromatogram from DETA to TETA.
This indicates the amount of by-product amines other than the separately listed cyclic amines detected between the peaks of . Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that activated alumina (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a catalyst and the reaction temperature was 250°C. The results were as shown in Table-1. Example 3 The same procedure as in Example 1 was carried out except that Neobeat DL-4 (manufactured by Mizusawa Chemical Co., Ltd., trade name) was used as a catalyst, the reaction temperature was 320°C, and the reaction time was 320°C for 5 hours. The results were as shown in Table-1. Example 4 The same procedure as in Example 1 was carried out except that 5 g of Neobeat DL-4 was used as a catalyst, the amount of monoethanolamine used as a raw material was changed to 32.0 g (0.521 mol), and the amount of ethylenediamine charged was changed to 63.0 g (1.05 mol). . The results were as shown in Table-1. Example 5 In the reactor of Example 1, 94.93% pure ethylene glycol was added instead of monoethanolamine.
17.0g (0.260mol), 78g (1.30mol) of 99.99% ethylenediamine, Neobeat DL- as catalyst
The same procedure as in Example 1 was carried out by adding 5 g of 4. The results were as shown in Table-1. Comparative Example 1 The reaction was carried out in exactly the same manner as in Example 1, except that 16.2 g (0.264 mol) of monoethanolamine with a purity of 99.5% and 78.8 g (1.31 mol) of 99.99% ethylenediamine were charged in the reactor of Example 1 without a catalyst. . No substantial reaction was observed.
【表】【table】
【表】【table】