Brevet FR2180462A1 — publié le 19731130

Procédé de fabricatiohn simultanée d'hexeméthylènediamine et d'hexaméthylènimine. La présente invention concerne un procédé de fabrication sisultanée d'he @améthylènediamine et d'hexaséthylénisind, reapectivement désignés en abrégé par HNDA et @@@@, par amination réductrice de l'hexanediel 1,6 en phase liquide. Il est connu de fabriquer des diamines à partir des glycols ou des ami- noalcools en phase liquide, et en particulier de préparer l'bexaméthylènediamine (HXDA) à partir d'hexanediel 1,6 et d'ammeniac liquide en prérence d'hydrogène conformément au schéma réactionnel suivant : Les réactions secondaires les plus fréquentes correspondent à l'amination partielle de l'hexanediol 1,6 et à la formation d'une amine secondaire cyclique l'hexaméthyènimine (BNI) selon le schéma suivant : amino 6 hexanol 1 hexaméthylènimine Cette aine secondaire peut dans une certaine mesure se transforner en RMDA la séparation des produits obgtenus dans cer résctions se fait de façon aisée par distillation sous vide. Il est connu d'aminer la monoéthanolatine NH2 (CH2 - CH2 - CH), ou le butanediol 2,3 N2C - CH2 CH - CH2 CH - CH3, selon le procédé déorit dans le brevet anglais n 1.206.659. Les catalyseurs selon ce brevet contiennent du fer et se moins un métal du groupe constitté par le nichel et le cobalt fixés sur un support approprié, de préférence un oxyde d'aluminium. Le procédé de préparation revendiqué pour préparer oe catalyseur consiste à opérer la fusion d'un mélange de nitrates de fer, nickel, cobalt, aluminium, par exemple dans le rapport atomique 1/1/1/8, puis à évaporer l'eau de cristallisation, griller au four à 800"C en présence d'air pendant trois heures et réduire par l'hydrogène à 400"C pendant quatre heures.Cette technique ne donne que des rendements fai- bles, par exemple dans l'exemple 14 de ce brevet l'amination du butanediol 2,3 en aminobutane 2,3 s'effectue avec un taux de conversion de 60 / et un rendement de 50 % Le brevet américain n 2.754.330 réalise l'amination à température élevée (225 à 230"C) sous très forte pression (500 à 1000 atmosphères) sur un catalyseur à base ruthénium. Cette technique qui nécessite des conditions de travail très sévères ne fournit que de faibles rendements et emploie un catalyseur peu économique. Les brevets américains n 2.412.209 et 3.215.742 traitent de l'amination des glycols sur nickel de Raney, mais cette méthode ne donne que des taux de conversion limités avec l'hexanediol 1,6. On peut aussi obtenir 1' HMDA par le procédé en continu décrit dans le brevet américain n" 3.270.059 qui revendique l'emploi d'un catalyseur au cobalt et 1ou au nickel préparé par frittage de l'oxyde correspondant à 1100"C et réduction par l'hydrogène pendant vingt quatre heures à 350 C, puis douze heures à 400 C. La préparation de ce catalyseur nécessite des opérations longues et coûteuses, de plus ce cata-lyseur est sensible aux poisons tels que le soufre et ses composés et donne lieu à une productivité très faible en produits récupérables. On peut enfin préparer 1' HMDA selon une technique en phase liquide ruisselante comme il est décrit dans le brevet français n 1.542.024. Le catalyseur, déposé sur alumine, est à base de cobalt additionné de chrome et d'un composé du phosphore. La réaction se produit à une température comprise entre 80 et 2300C sous une pression totale de 20 à 400 atmosphères. Ces diverses techniques présentent par ailleurs toutes l'inconvénient de fournir des produits secondaires irrécupérables tels que des polyamines et des dérivés de 1'HMI. Les travaux de la demanderesse ont permis de remédier aux inconvénients des divers procédés d'amination déjà connus en mettant au point - U.l catalyseur d'aminatio.l de l'hexanediol 1,6 résultant de la réduc tion d'un mélange d'oxydes de fer et de nickel et/ou de cobalt Ca- ractérisé par les proportions pondérales existant entre ces constituants. - un procédé particulier de préparation de ce catalyseur. - un procédé de préparation simultanée de mélanges d'HMDA et d'HMI à partir d'hexanediol 1,6 utilisant ce catalyseur. Le catalyseur selon l'invention est constitué à partir d'un mélange d'oxydes de fer, de Nickel et'ou de cobalt dans des proportio;is telles que - le rapport atomique : Fer/Fer + Nickel ; Cobalt soit compris entre 0,2 et 0,7, et de préférence voisin de 0,3 à 0,5. - le rapport atomique : Sickel/Fer t Nickel + Cobalt soit compris en tre O et 0,6 et de préférence voisin de 0,3 à 0,5. - le rapport atomique : Cobalt/Fer + Nickel + Cobalt soit compris en tre O et 0,6, et de préférence voisin de 0,3 à 0,5. La préparation de ces catalyseurs peut s'effectuer selon tout procédé approprié, mais la demanderesse a constaté qu'ils étaient particulièrement actifs s'ils étaient préparés selon le procédé décrit ci-dessous, à titre d'exemple dans le cas d'un catalyseur où le rapport atomique entre le fer, le nickel et le cobalt est 111/1. Dans un récipient de capacité appropriée on introduit un minimum de 173 parties d'eau auxquelles on ajoute, à température ambiante et en agitant, 145,5 parties de nitrate de cobalt hexahydraté. Dans un second récipient on introduit un minimum de 60 parties d'eau auxquelles o ajoute de la même façon 145,4 parties de nitrate de nickel hexahydraté. Dans un troisième récipient on introduit un minimum de 100 parties d'eau auxquelles on ajoute 202 parties de nitrate de fer nonahydraté. On mélange les trois solutions en versant le contenu des trois récipients précédents dans un quatrième. On ajoute à ce mélange 360 parties d'une solution concentrée d'hydroxyde de sodium à 160 parties d'hydroxyde pur pour 200 parties d'eau. On lave abondamment le précipité à l'eau, après l'avoir décanté et filtré. On le sèche à 110 -C pendant une heure, puis o le grille à une température comprise entre 400 et 550 C pendant une heure. On réduit alors le catalyseur dans l'autoclave utilisé par la réaction avant l'emploi sous 300 parties d'acétone à une température de 2759 à 400"C, et pendant quatre heures sous une pression d'hydrogè;e de 50 bar mesurée à 25'C. On vidange l'isopropanol formé et le catalyseur réduit est alors prêt à l'emploi. En utilisant ce type de catalyseur il est possible de préparer simul tanément des mélarges d'HMDA et d'HMI en faisant réagir dans u autoclave de l'hexanediol 1,6 sur de l'ammoniac liquide en présence d'hydrogène. Des taux de conversion de l'hexanediol 1,6 très élevés peuvent être obtenus en respectant les conditions de travail suivantes - température comprise entre 200" et 300-C et pression comprise entre 200 et 300 bar. - rapport molaire ammoniac'hexanediol 1,6 de 10 à 50, et de préférence de 1 à 25. - rapport molaire hydrogène/hexanediol 1,6 compris entre 5 et 15, et de préférence entre 8 et 12. - durée de réaction de une à sept heures, et de préférence de quatre à six heures. La réaction peut être effectuée sans solvant ou en solution dans un alcool ou un éther non susceptible de s'aminer dans les conditions opérationnelles. Le méthanol et le dioxane se sont révélés particulièrement intéressants, et l'emploi de la quantité minimale de solvant, permettant de dissoudre le glycol, est particulièrement avantageux. Il a par ailleurs été constaté que si l'on effectue la réaction à des températures comprises entre 250 eut 2750C l-'amino 6 hexanol formé dans la réaction à côté de 1'HMDA et de 1'HMI disparait sans que l'on note la production d'un autre produit secondaire. En travaillant dans cette zone de température il est donc possible,en utilisant le catalyseur et le procédé selon l'invention, d'obtenir la fabrication simultanée à partir d'hexanediol 1,6 d'un mélange constitué essentiellement d' HMDA et dlHMI. Par ailleurs en recyclant 1'HMI il est possible d'améliorer le rendement en HMDA, ce qui permet d'orienter préférentiellement la réaction vers l'un ou l'autre des deux produits. Les applications de 1'HMDA et de l'HMI sont nombreuses et bien connues, l'HMDA est en particulier utilisé pour la préparation des polyamides et 1'HMI pour celle d'insecticides et d'herbicides. Les exemples suivants illustrent de façon non limitative l'utilisation du catalyseur selon l'invention pour préparer des mélanges d'HMDA et d'HMI. Dans ces exemples les parties indiquées sont en poids. Exemple 1 Dans cet exemple on a opéré sans solvant. Dans un autoclave horizontal en acier inoxydable d'une capacité appropriée, muni d'un système d'agitation par va-et-vient dans un sens perpendiculaire à son axe on a introduit - 54 parties du catalyseur fer, nickel, cobalt 1 '1 'I' préréduit dont la préparation a été précédemment décrite, - 200 parties d'hexanediol 1,6, - 722 parties d'ammoniac liquide anhydre : ammoniac'hexanediol 1,6 =25, - 16 parties d'hydrogène pour une pression de 50 bar, ce qui correspond aux rapports molaires ammoniac/hexanediol 1,6 = 25 et hydrogènelhexanediol 1,6 = 5. La température a été portée à 225 C et la pression autogène a atteint 260 bar. Au bout d'un temps de réaction d'une heure quarante minutes et après refroidissemelt le contenu de l'autoclave a été dégazé de son excès d'ammoniac et analysé ; les résultats suivants ont été obtenus par chromatographie en phase gazeuse des flegmes obtenus. - taux de conversion de l'hexanedinl 1,6 81,5 7 - rendement en hexaméthylènediamine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 27,8 7 - rendement en hexaméthylènimine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 47,7 7 - rendement en amino 6 hexanol 1 par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 24,5 = Exemple 2 Dans le même autoclave on a introduit - 112 parties du catalyseur fer, ìickel, cobalt 1/1/1 sous forme d'oxydes dont la préparation a été précédemment décrite, - 118 parties d'hexanediol 1,6, - 60 parties de méthanol, - 425 parties d'ammoniac liquide anhydre, - 19 parties d'hydrogène pour une pression de 50 bar à 25-C, ce qui correspond aux rapports molaires ammoniac'hexanediol 1,6 = 25 et hydrogène hexanediol 1,6 = 10, et à un rapport pondéral méthanol/hexanediol 1,6= 0,508. La température a été portée à 250 C et la pression autogène a atteint 230 bar. La réaction a duré cinq heures. Après refroidissement le contenu de l'autoclave a été dégazé puis analysé, les résultats suivants ont été obtenus - taux de conversion de l'bexaiediol 1,6 100 % - rendement en hexaméthylènediamine 28,4 % - rendement en bexaméthylènimine 53 7 - rendement en amino 6 hexanol 1 10,6 1. Exemple 3 Avec le même appareillage que dans les exemples précédents on a procédé à un essai dans des conditions identiques à celles de l'exemple 2, sauf que la température a été portée à 275 C au lieu de 250 C. Après refroidissement et dégazage le contenu de l'autoclave a été analysé et les résultats suivants ont été obtenus - taux de conversion de lthexanediol 1,6 100% - rendement en hexaméthylènediamine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 20 - rendement en hexaméthylènimine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 66 % - rendement en s;aino 6 hexanol 1 par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 1,15 % Par rapport aux exemples 1 et 2 l'amino 6 hexanol 1 a pratiquement disparu au profit de l'hexaméthylènimine dont le gain de rendement par rap port à l'exemple 2 a été de 13 e, en valeur absolue. Exemple 4 Dans un autoclave contenant comme catalyseur 80 parties d'un mélange d'oxydes de fer et de nickel de rapport atomique fer/nickel = 1 et réduit pen- dant deux heures à 300 C sous hydrogène pur on a introduit - 34 parties d'hexanediol 1,6 - 71 parties de méthanol - 28,6 parties d'hexaméthylènimine 425 parties d'ammoniac liquide anhydre - 19 parties d'hydrogène pour une pression de 50 bar ce qui correspond aux rapports molaires ammonisc/bexanediol 1,6 - 35 et hydrogène/hexanediol 1,6 = 14, et à un rapport pondsral hexaméthylènimine/hexa- nediol 1,6 = La température a été portée à 250 C et la pression autogène a atteint 245 bar. La rection a duré six heures. Après refroidissement le contenu de l'autoclave a été dégaré puit analysé, les résultats obtenus ont les suivants - taux de conversion de l'hexanediol 1,6 100 C - rendenent en hexaméthylènediamine par rapport à l'hexanediol , ,6 transforma 43,S - rendement en hexu..- thylèn lac par rapport à l'hemanediol 1,6 transformé 44,5 - rendement en arine 6 hemencl @ par rappert à l'hexancaiol 1,6 traneformé 4,2 Par lapport par exemple à l'e@@@@@ 2 le renéement en @@@@ a augsenté de 14,5 à en valeur absoiue et de 40,@ en valeur renative, @eci par suite du reeyclage effectué d 'hexanéthylènimine. Exemple 5 : Dans le même autoclave que dans l'exemple l on a introduit - 112 parties du catalyseur fer, nickel , cobalt 1/1/1 sous forme d'oxydes dont la préparation a été précédemment décrite, - 118 parties d'hexanediol 1,6, - 60 parties de méthanol, - 430 parties d'ammoniac liquide anhydre, - 19 parties d'hydrogène mesurées à 250C, ce qui correspond aux rapports molaires ammoniac'hexanediol 1,6 = 26,1 et hydrogènethexanediol 1,6 = 10, et à un rapport pondéral méthanol/hexanediol 1,6= 0,508. La température a été portée à 250"C et la pression autogène a atteint 255 bar. La réaction a duré six heures. Après refroidissement le contenu de l'autoclave a été dégazé puis analysé, les résultats obtenus sont les suivants - taux de conversion de l'hexanedioî 1,6 100 % - rendement en hexaméthylènediamine 29,3 s/O - rendement en hexaméthylènimine 54,8 % Exemple 6 Dans le même autoclave que dans l'exemple 1 on a introduit - 112 parties du catalyseur fer, nickel, cobalt 1/1/1 sous forme d'oxydes dont la préparation a été précédemment décrite, - 67 parties d'hexanediol 1,6, - 41 parties dthexaméthylènimine, - 60 parties de méthanol, - 425 parties d'ammoniac liquide anhydre, - lc parties en poids d'hydrogène mesurées à 250 C, ce qui correspond aux rapports molaires ammoniac/hexanediol 1,6 = 45,4 et hydrogène/hexanediol 1,6 = 16,4, et à un rapport pondéral méthanol/hexanediol = 0,895. La température a été portée à 250 C et la pression autogène a atteint 250 bar. La réaction a duré six heures. Après refroidissement le contenu de l'autoclave a été dégazé puis analysé, les résultats obtenus sont les suivants - taux de conversion de l'hexanediol 1,6 100 % - rendement en hexaméthylènediamine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 36,5 % - rendement en hexaméthylènimine par rapport à l'hexanediol 1,6 transformé 48,2 % - rendement en amino 6 hexanol 1 0 REVENDICATIONS 1) Catalyseur d'amination comportant du fer, du nickel et/ou du cobalt dans les rapports atomiques - Fer/Fer + Nickel + Cobalt compris entre 0,2 et 0 > 7 - Nickel/Fer + Nickel + Cobalt compris entre O et 0,6 - Cobalt/Fer + Nickel + Cobalt compris entre O et 0,6 préparé par coprécipitation par l'hydroxyde de sodium d'un mélange dans les concentrations requises de solutions aqueuses de nitrate de fer, de nitrate de nickel et/ou de nitrate de cobalt, suivie d'un séchage du précipité obtenu et de son grillage entre 400"C et 4500C et d'une activation par réduction par l'hydrogène entre 275"C et 4000C en présence de solvant. 2) Procédé de préparation simultanée d'hexaméthylènediamine et d'hexaméthylèneimine par réaction en phase liquide d'hexanediol-1,6 et d'ammoniac liquide avec des rapports molaires, ammoniacjhexanediol-1,6 de 10 à 50 et hydrogène/hexanediol-l,6 de 5 à 15, en présence dthydrogèney à une température de 220"C à 300"C et sous une pression de 200 à 300 bars caractérisé par l'emploi des catalyseurs selon la revendication 1. 3) Procédé selon la revendication 2 où l'on travaille en présence de solvants 4) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 , où le solvant utilisé est le méthanol. 5) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 où le solvant utilisé est le dioxanne. 6) Procédé selon l'une des revendications 2 à 5 où l'hexaméthylèneimine formée est recyclée.