DD298635A5

DD298635A5 - Verfahren zur herstellung von ueberwiegend monoethanolamin und triethanolamin enthaltenden reaktionsgemischen durch umsetzung von ethenoxid mit ammoniak

Info

Publication number: DD298635A5
Application number: DD33543789A
Authority: DD
Inventors: Ursula Decker; Juergen Glietsch; Ingeburg Koch; Karl-Heinz Bergk; Ingo Paleschke; Wilhelm Schwieger
Original assignee: Buna Ag,De; Martin-Luther-Universitaet Halle Wittenberg,De
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1992-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gemisches mit Monoethanolamin und Triethanolamin als Hauptprodukte zu etwa gleichen Teilen in einem Reaktionsschritt durch Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid in der Gasphase an einem heterogenen Katalysator. Als Katalysator wird ein kristallines Alumosilikat vom Faujasittyp verwendet. Die Umsetzung wird bei Normaldruck im Temperaturbereich zwischen 100 und 250C durchgefuehrt.{Monoethanolamin; Triethanolamin; Ammoniak; Ethenoxid; Gasphasenreaktion; Normaldruck; heterogener Katalysator; Alumosilikat vom Faujasittyp}

Description

Die Umsetzung von Ammoniak und Ethenoxid wird bei Normaldruck im Temperaturbereich zwischen 100 und 250⁰C, vorzugsweise zwischen 150 und 200⁰C, durchgeführt. Das molare Verhältnis Ammoniak zu Ethenoxid kann zwischen 2:1 und 10:1 variiert werden. Die Umsetzung erfolgt in einem Reaktor, der so gestaltet ist, daß die Reaktionsprodukte schnell die durch den Katalysator gebildete Reaktionszone verlassen können. Nicht umgesetztes Ammoniak und Ethenoxid werden gasförmig abgezogen und erneut umgesetzt. Das Reaktionsgemisch, das neben den Hauptprodukten Monoethanolamin und Triethanolamin noch geringe Mengen Diethanolamin, Ethylenglykol und andere Nebenprodukte enthält, verläßt flüssig den Reaktor und wird direkt einer dcistillativen Aufarbeitung zugeführt.

Ausführungsbelsplele Beispiel 1

In einem röhrenförmigen Reaktor befinden sich 5cm³ eines kristallinen Alumosilikats vom Faujasittyp mit einem molaren Verhältnis von SiOj zu AI]Oj von 2,5-9:1 als Katalysator. Dieser wurde zuvor bei 45O⁰C aktiviert. Durch den Reaktor wird bei Normaldruck ein aus Ammoniak und Ethenoxid bestehendes Gasgemisch geleitet. Dabei beträgt das molare Verhältnis von Ammoniak zu Ethenoxid 6:1. Die Belastung des Katalysators mit gasförmigem Ethenoxid beträgt 400h"'. Mit Hilfe eines Wärmeträgerkreislaufes wird der Reaktor auf 190^CC temperiert. Unter diesen Reaktionsbedingungen setzen sich bei einem einmaligen Durchgang durch den Reaktor 30% des Ethenoxids um. Nach der Abtrennung der Gase wird ein flüssiges Reaktionsprodukt erhalten, für das folgende Zusammensetzung ermittelt wurde:

Monoethanolamin: 36,4%

Diethanolamin:	8,1%
Triethanolamin:	39,6%
Ethylenglykol:	4,2%
Diethylenglykol:	2,5%
Triethylenglykol:	1,4%
Wasser:	6,8%

(% bezogen jeweils auf Masse).

Beispiel 2

In dem im Beispiel 1 beschriebenen Reaktor werden 5cm³ des gleichen kristallinen Alumosilikats vom Faujasittyp mit einem molaren Verhältnis von SiO₂ zu AI₂O₃ von 2,5-9:1 als Katalysator eingesetzt. Durch den Reaktor wird bei einer Reaktionstemperatur von 180°C ein aus Ammoniak und Ethenoxid im molaren Verhältnis 10:1 bestehendes Gasgemisch geleitet. Die Belastung des Katalysators mit gasförmigem Ethenoxid beträgt 300h~'. Unter diesen Reaktionsbedingungen setzen sich 35% des Ethenuxids um. Das flüssige Reaktionsprodukt besitzt die folgende Zusammensetzung:

Monoethanolamin: 38,5%

Diethanolamin:	4,7%
Triethanolamin:	40,1 %
Ethylenglykol:	8,3%
Diethylenglykol:	2,7%
Triethylenglykol:	1,4%
Wasser:	2,5%

(% bezogen jeweils auf Masse).

Claims

Verfahren zur Herstellung von überwiegend Monoethanolamin und Triethanolamin enthaltenden Reaktionsgemischen durch Umsetzung von Ammoniak mit Ethenoxid in Gegenwart eines heterogenen Katalysators, gekennzeichnet dadurch, daß die Umsetzung in der Gasphase bei Normaldruck und im Temperaturbereich zwischen 100 und 250⁰C an einem kristallinen Alumosilikat vom Faujasittyp mit einem Molverhältnis von S1O2 zu A^O₃VOn 2,5-9:1 durchgeführt wird.

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von überwiegend Monoethanolamin und Triethanolamin enthaltenden Reaktionsgemischen durch Umsetzung von Ethenoxid mit Ammoniak. Monoethanolamin und Triethanolamin sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Kosmetik-, Farben-, Mineralöl-, Textil- und Lederindustrie. Darüber hinaus sind beide Verbindungen zur Reinigung von sauren Gasen, zur Herstellung von Kunstharzen und Lösungsmitteln sowie als basische Katalysatoren geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es Ist bekannt, daß bei der Reaktion von Ammoniak mit Ethenoxid in Gegenwart von Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel ein Gemisch aus Monoethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin entsteht. In welchem Verhältnis zueinander die einzelnen Ethanolamine gebildet werden, hängt fast ausschließlich vom Verhältnis der Ausgangsstoffe Ammoniak und Ethenoxid ab und kann damit in relativ weiten Grenzen variiert werden. Es ist jedoch nicht möglich, Mono- und Triethanolamin gleichzeitig als Hauptprodukte zu gewinnen und die Bildung von Diethanolamin dabei weitgehend auszuschließen.

Der volkswirtschaftliche Bedarf für die drei Ethanolamine ist nicht gleich groß. Die Einsatzgebiete für Mono- und Triethanolamin sind besonders vielfältig. Daraus resultiert insbesondere der hohe Bedarf an diesen beiden Ethanolaminen. Der Bedarf an Diethanolamin ist geringer, als er bei den technisch bekannten Verfahren anfällt. Es hat deshalb nicht an Versuchen und Vorschlägen gefehlt, durch Änderung des Verhältnisses von Ammoniak zu Ethenoxid und durch Variieren der Reaktionsbedingungen die Ausbeuten zugunsten des Mono- und des Triethanolamins zu verschieben. P. Ferrero und F. Barbe (Bull. Soc. chim. BeIg. 56,349-368 (1S47)) untersuchten den Einfluß des Verhältnisses Ammoniak.Ethenoxid auf die Bildung der einzelnen Ethanolamine und welche Reaktionsbedingungen einzuhalten sind, um die Ausbeute an einzelnen Produkten zu erhöhen. Aus den Ergebnissen der Untersuchungen ist zu entnehmen, daß der höchste erreichbare Gehalt an Mono- und Triethanolamin bei ca. 30%, bezogen auf Masse Monoethanolamin, 43%, bezogen auf Masse Triethanolamin sowie 27%, bezogen auf Masse Diethanolamin, beträgt. Gehalte an Diethanolamin unter 10%, bezogen auf Masse im Reaktionsgemisch, sind immer mit gleichzeitigen Gehalten an Monoethanolamin ebenfalls deutlich unter 10%, bezogen auf Masse, verbunden. Hohe Gehalte an Monoethanolamin sind verbunden mit geringen Gehalten an Triethanolamin. Die Autoren untersuchten außerdem den Einfluß eines Zusatzes von Diethanolamin auf die Bildung von Diethanolamin. Sie fanden, daß die zur Unterdrückung seiner Bildung notwendige Konzentration an Diethanolamin im Reaktionsgemisch proportional der mittleren Konzentration an Monoethanolamin ist. Der Proportionalitätsfaktor ist das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Bildungsreaktionen das Diethanolamine zu der des Triethanolamins. So ist es z. B. möglich, bei einem Molverhältnis von Ammoniak zu Ethenoxid von 10:1 und einem Zusatz von 0,33MoI Diethanolamin, bezogen auf 1 Mol Ethenoxid, die Bildung von etwa gleichen Teilen Monoethanolamin und Diethanolamin zu erreichen. Das erhaltene Reaktionsgemisch besteht dann allerdings aus 32%, bezogen auf Masse Monoethanolamin, 38%, bezogen auf Masse Diethanolamin und 30%, bezogen auf Masse Triethanolamin. Dieses Gemisch muß zur Gewinnung der reinen Produkte destillativ aufgearbeitet werden. (GB-PS 642950, GB-PS 655580)

Andere Verfahren beschreiben die vorzugsweise Herstellung von Monoethanolamin bzw. von Triethanolamin. Dabei ist Monoethanolamin immer nur bei sehr großen molaren Überschüssen an Ammoniak zu erhalten, was zu stark verdünnten Lösungen führt, aus denen seine Abtrennung einen hohen Energieaufwand erfordert. Der Einsatz von konzentrierten Ammoniak-Lösungen erfordert hohe Reaktionsdrücke, die einen hohen technischen Aufwand bedingen. (DE-OS 1768335, US-PS 1904013)

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, Monoethanolamin und Triethanolamin durch Umsetzung von billigen Ausgangsstoffen mit einem verminderten technologischen Aufwand und mit einem verminderten energetischen Aufwand bei der Synthese und bei der Aufarbeitung zu gewinnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Umsetzung von Ethenoxid mit Ammoniak ohne Zusatz von Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel in einem Reaktionsschritt Monoethanolamin und Triethanolamin zu etwa gleichen Teilen zu erhalten und die Bildung von Diethanolamin weitgehend auszuschließen.

'Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Umsetzung in der Gasphase in einem einzigen Reaktionsschritt erfolgt, wobei als heterogener Katalysator ein kristalliner Alumosilikat vom Faujasittyp mit einem molaren Verhältnis von SiO₂ zu AI]OaVOn 2,5-9:1 eingesetzt wird.