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2018-01-23
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):B01J29/89 授权公告日:20110629 终止日期:20161205 申请日:20061205
专利权的终止
2011-06-29
授权
授权
2009-02-11
实质审查的生效
实质审查的生效
2008-12-17
公开
公开
本发明涉及一种包含微孔材料和至少一种含硅粘合剂的成形体、制备 该成形体的方法和该成形体尤其是在制备甲胺的方法中作为催化剂的用 途，所述方法包括如下步骤：
(I)制备包含微孔材料、粘合剂和润滑剂的混合物；
(II)混合并压实(Verdichten)所述混合物；
(III)将所述经压实的混合物成形以得到成形体，和
(IV)煅烧所述成形体。
一甲胺(MMA)是在药物(例如茶碱)、农药(西维因、威百亩(metham sodium)、克百威(carbofuran))、表面活性剂、显影剂、炸药和溶剂如N- 甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的合成中使用的中间体。
二甲胺(DMA)同样是合成中间体。基于二甲胺的产品的实例是杀真菌 剂和硫化促进剂(双二甲基二硫代氨基甲酸锌(福美锌)、二硫化四甲基秋兰 姆(tetramethylthioperoxydicarbonicdiamide)(TMTD)、一硫化四甲基秋兰 姆(tetramethylthiocarbonicdiamide)(MTMT))、推进剂1，1-二甲基肼、各 种药物、单体如甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、溶剂(N，N-二甲基甲酰胺、 N，N-二甲基乙酰胺)、催化剂[例如，2，4，6-二[(二甲基氨基)甲基]苯酚 (DMP 30)]、杀虫剂甲氟磷(dimefax)、表面活性剂和离子交换树脂。
三甲胺(TMA)用于制备胆碱盐、阳离子淀粉、消毒剂、浮选剂、甜味 剂和离子交换树脂。
一甲胺(MMA)、二甲胺(DMA)和三甲胺(TMA)的传统合成是由氨和甲 醇在气相中，在10-50巴的压力下，在无定形的非择形二氧化硅-氧化铝 (氧化铝和氧化硅的混合形式)上进行的。当采用相对高的温度(350-475℃) 时，在给定的压力和给定的加料温度下反应器中的停留时间足够长时，在 这些非均相催化剂上建立或几乎达到热力学平衡。这些“平衡催化剂”的特 点是反应器输出物的三甲胺比例基于一甲胺、二甲胺和三甲胺的总量为 35～60重量％。产物分布取决于温度和N/C比。当反应混合物中存在较大 过量(高于N/C比)的氨时，产物混合物中三甲胺的比例可以降低。如果在 已知的后处理后取出的所需产物混合物中的一甲胺和/或二甲胺的比例大 于反应器输出物中的比例时，则不得不将过量的三甲胺和未反应的氨二者 再循环到反应器中，这导致大量的氨和三甲胺再循环。
全世界三甲胺的消耗量为甲胺总量的10-20重量％。期望的是提高 DMA和MMA比例而不再循环反应混合物。这通过在250～400℃的温度 下使用择形催化剂来实现。这获得主要包含二甲胺和一甲胺而仅包含少量 三甲胺的产物混合物。
当分子筛的孔径比三甲胺约6.1的动力学直径更小时，可以获得择 形性能(Stud.Surf.Sci.Catal.1993，75，第1273-1283页)。优选使用孔 径小于5.5特别优选小于5.0的分子筛。
孔径为6.1及以上的分子筛可以通过化学改性转变成择形材料。改 性使得有效孔径减少至小于5.5优选小于5.0改性包括与碱金属、 碱土金属、过渡金属和/或镧系金属离子的部分离子交换，用含硅和/或含 磷的物质对分子筛处理，和/或用蒸汽对分子筛处理。
尤其提及的是在气相中用含硅化合物处理分子筛，尤其是处理沸石。
在这种气相法中，优选的是使丝光沸石与含硅化合物如SiCl4(JP 262540/1991；J.Catal.1991，131，482；US 5,137,854)和与Si(OMe)4或 Si(OEt)4(Shokubai，1987，29，322，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.1982， 819)反应。其它涉及基于菱沸石、毛沸石、ZK-5和Rho的催化剂和用含 硅、铝、硼和/或磷的化合物对它们的处理的例子描述于JP 254256/1986和 US 4,683,334。
EP-A-593 086中描述了在液相中使用四烷氧基硅烷来甲硅烷基化丝 光沸石催化剂。
US 5,567,666描述了借助诸如硅烷、硅氧烷和/或聚硅氧烷的含硅有机 化合物来甲硅烷基化沸石催化剂。作为甲硅烷基化的结果，位于表面上的 活性位点失活，并且催化剂的选择性得到提高。提及的聚硅氧烷是含有1-9 个硅氧烷基团的线性聚硅氧烷和含有2-10硅氧烷单元的环状聚硅氧烷。
在甲硅烷基化后对处理过的沸石进行热处理(＝煅烧步骤)同样是已 知的(J.Chem.Soc.，Faraday Trans.1984，180，3135；EP-A-593 086)。
液相和气相甲硅烷基化均具有缺点，即不得不从沸石粉末中分离反应 中形成的产物(SiCl4情况下为HCl或Si(OR)4情况下为ROH)。
在用SiCl4甲硅烷基化的情况下，因生成的HCl具有腐蚀性使得工业 应用存在困难。
在用SiCl4处理后，需要一个或多个步骤以产生SiO2层。对于在液相 中用四烷氧基硅烷Si(OR)4甲硅烷基化沸石粉末的情况，不仅必须除去所 形成的消去产物ROH，而且必须除去溶剂(通常为C1-6-醇、C5-C8-(环)烷 烃和/或甲苯)，并且随后不得不对粉末进行干燥，之后可将其用于成形步 骤中。
在两种甲硅烷基化方法的情况下，另外的工艺步骤因而必须用来制备 甲硅烷基化催化剂。从成本观点和/或出于实践原因，这些另外的工艺步骤 和/或在甲硅烷基化中生成的产物可能使得在工业上实施这类方法不经济。
胶态硅石作为SiO2粘合剂用于制备催化剂成形体的应用描述于
“催化剂载体和负载催化剂”(“Catalyst Support and Supported Catalysts”)(A.B.Stiles)，1987，第1章第1-9页和第3章第57-62页；
“应用非均相催化-固体催化剂的设计、制造与应用”(“Applied Heterogeneous Catalysis-Design，Manufacture，Use Of Solid Catalysts”) (J.-F.Lepage，J.Cosyns，P.Courty，E.B.Miller)，1987，第5章，75-123 页；
“工业实践中的非均相催化”(“Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice”)(C.N.Satterfield)，第2版，1991，第4章，第87-130页， 尤其第121页；和
“表面科学和催化剂研究”(“Studies in Surface Science and Catalysis”)(E.B.M.Doesburg，J.H.C.Hooff)，1993，第8章第309-332页。
US 6,077,984中描述了胶态硅石，特别是购自DuPont的AS40 作为ZSM-5粉末成形用的SiO2粘合剂的应用。
WO-A-05/053842(BASF AG)涉及五元环(pentasil)结构类型的特定沸 石材料以及涉及其作为催化剂的用途，所述沸石材料具有≤150ppm的碱 金属和碱土金属含量、具有有关球形初级颗粒的说明并已经用胶态硅石作 为粘合剂成形。
根据WO-A-01/23089，获得了包含ZSM-5粉末和SiO2粘合剂，并且 切削硬度大于1kg的催化剂成形体。用胶态硅石作为SiO2粘合剂。
WO-A-03/092887(DE-A1-102 19 879)(BASF AG)涉及一种制备催化 剂载体的方法，其中将二氧化锆粉末与粘合剂一起成形，形成成形体，干 燥并煅烧，其中粘合剂是单体、低聚或聚合的有机硅化合物。该专利申请 还涉及用这种方法制得的催化剂载体本身，含有该载体的催化剂和该催化 剂作为脱氢催化剂的用途。
两篇在前的德国专利申请No.102004029544.1(2004年6月18日提交) 和No.102005026515.4(2005年6月9日提交)(BASF AG)涉及包含微孔材 料和至少一种含硅粘合剂的催化剂成形体和该催化剂成形体在TEDA或甲 胺制备中的用途，所述催化剂成形体可以通过包含如下步骤的方法制备：
(I)制备包含微孔材料、粘合剂、粘稠剂(pasting agent)和溶剂的混 合物；
(II)混合并压实所述混合物；
(III)将所述经压实的混合物成形以得到成形体，
(IV)干燥所述成形体，和
(V)煅烧所述经干燥的成形体，
其中有机硅化合物用作粘合剂。
PL 138,037和PL 150,056描述了通过成形沸石粉末、氧化铝和/或氢 氧化铝和硅酸乙酯(＝原硅酸四乙酯)水解产物的混合物来制备沸石催化 剂。
在PL 163,601中，硅酸乙酯-40(其是一种低聚原硅酸四乙酯，分子式 为(EtO)3Si-O-[Si(OEt)2-O]x-Si(OEt)3，其中x＝1-9)用作水解前体。水解在 水和醇存在、PH＞7且温度为30-79℃的条件下进行。
US 6,780,805 B2在实施例4中描述了在“二价酸酯溶液”中使ZSM-5 粉末(购自PQ Corporation的CBV-3002)与有机硅树脂(Dow6-2230)溶液一起成形。
US 5,633,217描述了催化剂成形体的制备，其通过I)将沸石粉末、溶 于“二价酸酯”溶液中的有机硅树脂、来自纤维素醚衍生物的有机粘合剂和 水的混合物混合，II)将来自I)的混合物成形从而得到成形体，III)将来自 II)的成形体干燥，和IV)热处理以固化来自III)的成形体。
US 5,492,883公开了一种通过类似US 5,633,217中所描述的制备方法 的方法制备具有蜂窝结构的整料(monolith)的方法，其中有机硅树脂以水乳 液使用。
专利申请JP 2000-005604(＝EP-A-967 011)中描述了结晶分子筛与过 渡金属氧化物、层状硅酸盐和粘土一起成形，以及将所述成形体用于由甲 醇和氨择形制备甲胺的用途。优选的结晶分子筛是硅铝磷酸盐、丝光沸石 和菱沸石。优选的粘合剂是氧化锆、氧化钇和氧化钛；比例优选为1-20重 量％。
CN-A-1 095 645的公开说明书描述了含硅无机物质作为惰性粘合剂材 料用于制备择形分子筛催化剂的用途，所述择形分子筛催化剂用于制备甲 胺。粘合剂的重量比(基于成品挤出物中的SiO2)为30-70重量％。在该成 形方法中可以加入胶凝剂如硝酸铵、硝酸钠或硝酸钾和扩孔剂如表面活性 剂或植物淀粉。扩孔剂的比例优选小于10重量％，优选为3-7重量％。
当使用择形沸石催化剂由甲醇和氨主要制备二甲胺(DMA)时，为了确 保催化剂的使用寿命为1年或以上，有利的是使用等温或基本等温的操作 模式。
等温操作模式的有利实施方案是使用等温反应器，特别是使用Linde 盘管反应器，如WO-A-04/048313(BASF AG)所述。
Linde反应器是一种改型的热交换器，其中对热交换器管之间的间距 进行设置以使得中空空间能够填充催化剂成形体并获得对于反应条件来说 最佳的冷却区域。冷却介质存在于管道中。
为了能够使得Linde反应器用催化剂成形体最佳地填充或排空，认为 催化剂成形体应该具有非常清晰地限定的几何形状和至少10N的切削硬 度。出于这一原因，使用颗粒或密实体是优选的。
为了制备颗粒(或密实体)，将活性组分、润滑剂和任选的粘合剂的混 合物以粉末形式混合，随后在制片机上进行机械压紧。
正如“非均相催化手册”(“Handbook of Heterogeneous Catalysis”)(编 辑：G.Ertl，H.J.Weitkamp)，第1卷，VCH-Verlag，1997，第 414～415页中描述的那样，液体(水，矿物油)或者固体(滑石、石墨、硬脂 酸和硬脂酸盐)均可用作润滑剂。
石墨是最常用的润滑剂。在“催化剂制备”(“Catalyst Manufacture”) (A.B.Stiles)，Marcel Dekker Inc.，1983，第9章，第70～75页中描述了石 墨作为润滑剂的优点和缺点。石墨的比例典型地为0.5-1重量％。此外，提 及了聚乙烯醇、硬脂酸、聚乙烯以及蜡和油脂可作为润滑剂，并且它们的 比例通常至少为1重量％。上述提及的所有润滑剂当由于煅烧(＝起成孔剂 作用)而燃烧时，均能够随后在成形体中留下额外的孔或空隙。通过燃烧不 能除去的润滑剂例如是氧化镁和滑石。
粘土作为粘合剂材料的用途描述于“工业实践中的非均相催化” (“Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice”)(C.N.Satterfield)，第2 版，McGraw-Hill，1991，第97页。粘土具有的缺点是，粘土中存在的碱金 属和/或碱土金属在升高的温度下与催化活性材料的活性位点会发生交换。 为了避免这种效应，可使用胶态或水合的氧化铝。
使用粘土和/或氧化铝作为粘合剂对于氨基化反应是不适合的，这是由 于该粘合剂在选择的反应条件下具有催化活性并且对选择性具有负面影 响。
淀粉作为活性炭制片用粘合剂的用途已有描述(参见“非均相催化手 册”(“Handbook of Heterogeneous Catalysis”)(编辑：G.Ertl，H.J.Weitkamp)，第1卷，VCH-Verlag，1997，第414页)。其中还描述了通过 机械压实粉末来制备颗粒或密实体的方法，其中预先将粉末颗粒表面活化 (＝胶溶)。
如“Ullmann工业化学百科全书”(“Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”)(编辑：W.Gerhartz)，第A5卷，第5版， VCH-Verlag，1986，第353页中提及的那样，用沸石粉末(＝结晶材料)来制 备颗粒或密实体不是没有意义的。
基于这一原因，迄今还没有能够成功制备包含作为活性成份的沸石和 在氨基化反应中呈惰性的粘合剂(例如SiO2，ZrO2，TiO2或它们的混合物) 的机械稳定颗粒或密实体。
本发明的目的是提供改进的成形体，其包含微孔材料(尤其是沸石材料) 和至少一种含硅粘合剂，并能够用作催化剂，还具有尤其是改进的机械稳 定性，如以切削硬度(单位为牛顿(N))测定，例如大于等于10N的切削硬度。
在化学反应，尤其是在甲胺的合成中用作催化剂的成形体还应该使得 更好的转化率和时空产率，更高的选择性和更长的使用寿命成为可能。
因此，应该还发现了一种制备甲胺(MMA，DMA，TMA；尤其是DMA) 的经济的改进方法。该方法应该克服现有技术方法中的一个或多个缺点。 该方法，尤其在甲醇和氨的反应中，应该显示高的对二甲胺(DMA)的选择 性，这种选择性尤其比在甲胺的热力学平衡中的更高。
本发明成形体应该尤其还能够有利地用于特定反应器中，如 EP-A1-534 195(BASF AG)中的盘管反应器，尤其是Linde反应器[DE-A-34 14 717(Linde AG)，“科学技术报告”(Reports on Science and Technology) 49/1991，第57及后续页]。
我们因此发现一种制备包含微孔材料和至少一种含硅粘合剂的成形体 的方法，该方法包括下列步骤：
(I)制备包含微孔材料、粘合剂和润滑剂的混合物；
(II)混合并压实所述混合物；
(III)将经压实的混合物成形以得到成形体，和
(IV)煅烧所述成形体，
其中用软化点≥30℃的有机硅树脂作为粘合剂。
成形体优选通过造粒或制片获得。
此外，我们已经发现可以通过这种方法制备的成形体，这类成形体作 为催化剂的用途，尤其是在有机合成中，非常尤其优选在通过甲醇和/或二 甲醚与氨的反应而连续合成甲胺的方法中作为催化剂的用途。
已经出人意料地发现，将微孔材料，尤其是沸石材料(例如丝光沸石粉 末)与固体有机硅树脂(即，软化点≥30℃的有机硅树脂)一起成形使得获得 稳定的成形体成为可能，该成形体的机械性能(特别是切削硬度)明显优于 借助SiO2成形的沸石成形体或优于没有加入粘合剂而制备的成形体。此外 还发现，当本发明的催化剂成形体在甲醇和氨的反应中用作催化剂时， DMA的比例可以提高。
在本发明的方法中用作催化剂的本发明成形体具有改进的机械稳定 性，例如以切削硬度(单位为牛顿(N))测定，例如≥10N的切削硬度。
此外，该成形体在甲胺的择形合成中用作催化剂使得获得更好的转化 率和时空产率和更高的DMA选择性成为可能。
在本发明的用于甲胺合成的方法中，每种情况下基于所有三种甲胺 (MMA，DMA，TMA)的重量，甲胺产物混合物中的TMA的比例有利地小 于10重量％，尤其小于5重量％。
关于本发明方法中所用的本发明催化剂成形体：
有机硅树脂作为粘合剂(步骤I)
合适的粘合剂是基于硅烷、烷氧基硅烷、酰氧基硅烷、肟基硅烷、卤 代硅烷、氨氧基硅烷、氨基硅烷、酰胺基硅烷、硅氮烷或聚硅氧烷的低聚 或聚合的有机硅化合物，例如如“Ullmann工业化学百科全书”(“Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”)，第A24卷，21-56页和Lehrbuch der Anorganischen Chemie(A.F.Holleman，E.Wiberg)，第100版，2.6.5章， 786-788页中所述。
低聚或聚合的有机硅化合物(＝有机硅树脂)可在水和/或氧存在下，通 过缩合合适的单体化合物、尤其是下面A组中的式(A)到(F)的单体化合物 和下面B组中的式(G)到(L)的单体化合物来获得。B组化合物的比例通常 为0-90重量％。
A组：
RSi(Hal)3 (A)
RSi(OR1)3 (B)
RSi(NR1R2)3 (C)
RSi(Hal)3-x(OR1)x (D)
RSi(Hal)3-x(NR1R2)x (E)
RSi(Hal)(OR1)(NR1R2) (F)
B组：
RR1Si(Hal)2 (G)
RR1Si(OR2)2 (H)
RR1Si(NR2R2)2 (I)
RR1Si(Hal)(OR2) (J)
RR1Si(Hal)(NR2R2) (K)
RR1Si(OR2)(NR3R3) (L)
其中
基团Hal彼此独立地为卤素(F，Cl，Br或I，尤其是Cl)，
R，R1，R2，R3彼此独立地为H或任选取代的烷基、烯基、炔基、酰基、 环烷基、环烯基、芳烷基或芳基，且x为0-3的整数。
在烷基中，优选的为C1-6烷基。它们可以为线性的或支化的。优选的 例子为甲基、乙基、正丙基、正丁基、仲丁基和叔丁基、特别是甲基或乙 基。
作为芳基，优选为C6-10芳基基团，例如苯基。
优选的芳烷基是C7-20芳烷基，尤其是苯甲基。
优选的烯基是C2-6烯基，尤其是乙烯基或烯丙基。
作为炔基，优选为C2-6炔基，例如乙炔基或炔丙基。
在酰基中，优选为C2-6酰基，尤其是乙酰基。
优选的环烷基是C5-8环烷基，尤其是环戊基或环己基。
优选的环烯基是C5-8环烯基，例如1-环戊烯基或1-环己烯基。
合适的式(A)有机硅化合物的例子为MeSiCl3、PhSiCl3、MeSiBr3、 PhSiBr3、MeSiI3和PhSiI3(Me＝甲基)。
合适的式(B)有机硅化合物的例子为MeSi(OMe)3、MeSi(OEt)3、 PhSi(OMe)3和PhSi(OEt)3(Et＝乙基，Ph＝苯基)。
合适的式(C)有机硅化合物的例子为MeSi(NMe2)3、PhSi(NMe2)3、 MeSi(NEt2)3和PhSi(NEt2)3。
合适的式(D)有机硅化合物例如为MeSiCl2(OMe)、MeSiCl(OMe)2、 PhSiCl2(OMe)和PhSiCl(OMe)2。
合适的式(E)有机硅化合物例如为MeSiCl2(NMe2)、MeSiCl(NMe2)2、 PhSiCl2(NMe2)和PhSiCl(NMe2)2。
合适的式(F)有机硅化合物例如为MeSiCl(OMe)(NMe2)和 PhSiCl(OMe)(NMe2)。
合适的式(R)有机硅化合物的例子为Me2SiCl2、Ph2SiCl2和PhMeSiCl2。
合适的式(H)有机硅化合物的例子为Me2Si(OMe)2、Ph2Si(OMe)2和 PhMeSi(OMe)2。
合适的式(I)有机硅化合物的例子为Me2Si(NMe2)2、Ph2Si(NMe2)2和 PhMeSi(NMe2)2。
合适的式(J)有机硅化合物的例子为Me2SiCl(OMe)、Ph2SiCl(OMe)和 PhMeSiCl(OMe)。
合适的式(K)有机硅化合物的例子为Me2SiCl(NMe2)、Ph2SiCl(NMe2) 和PhMeSiCl(NMe2)。
合适的式(L)有机硅化合物的例子为Me2Si(OMe)(NMe2)、 Ph2Si(OMe)(NMe2)和PhMeSi(OMe)(NMe2)。
用作粘合剂的所得有机硅树脂的软化点≥30℃，尤其≥45℃，非常尤 其优选≥60℃。软化点优选≤100℃。
优选使用由PhSiO3单元和PhMeSiO2单元构成的聚苯基硅氧烷树脂， 该树脂例如通过PhSiX3(X＝Cl，OMe)或PhMeSiX2(X＝Cl，OMe)的水 解或热解获得。聚苯基硅氧烷树脂中PhMeSiO2单元的比例优选为0-50重 量％，尤其优选为1-15重量％。
商业上可获得的这类固体聚苯基硅氧烷树脂的例子为购自Wacker的 60x(x＝1-5)，购自Dow Corning的Dow220、249或 6-2230，购自General Electric的SR-355，购自Gelest Inc.的PDS-9931， 和/或购自Rohm and Haas的S-101。特别优选的是使用购自 Wacker的601和603。
在有机硅树脂中还存在的OH基团的数目基于有机硅树脂中Si的摩尔 量优选为2-5％。
成形体中所用的有机硅树脂的重量比例优选为2-50重量％，尤其优选 为3-35重量％。
当催化剂成形体煅烧时，有机硅粘合剂的至少部分有机基团(例如R， R1，R2和/或R3)被去除，形成SiO2，该SiO2在成形体中以非常细碎的形式 存在。这导致微孔活性组分的初级颗粒之间的结合高度加强，并使得所得 催化剂成形体具有非常好的机械稳定性。有机硅粘合剂的有机基团至少部 分燃烧，导致额外孔隙的形成。由于成形体中有机硅粘合剂的均匀分布， 这些孔隙同样分布非常均匀。由此，催化剂载体的总孔隙率提高。
在步骤IV中成形体的煅烧优选至少将15重量％，尤其至少25重量 ％的有机硅化合物转化为细碎的SiO2。用这种方法形成的细碎SiO2在成品 催化剂成形体中的重量比例优选为0.5-40重量％，尤其为0.8-25重量％， 尤其优选为1-10重量％。
微孔材料，尤其是沸石材料(步骤I)
微孔材料优选为孔径小于5的分子筛。可特别提及的分子筛的类型 可以在X射线结晶学上归属于如下结构：ABW、ACO、AEI、AEN、AFN、 AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATN、ATT、ATV、AWO、AWW、 BIK、BRE、CAS、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、ERI、ESV、 GIS、GOO、ITE、ITW、JBW、KFI、LEV、LTA、MER、MON、MOR、 MTF、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RUT、SAS、SAT、SAV、THO、 TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、ZON，和包括两种或更多种上述结构的 混合结构。分子筛优选为结晶硅铝酸盐(＝沸石材料)，结晶硅铝磷酸盐和/ 或结晶铝磷酸盐。尤其优选为结晶硅铝酸盐，特别是沸石。
沸石是具有有序通道和笼结构并且具有优选小于约0.9nm微孔的结 晶硅铝酸盐。这种沸石的网络由SiO4和AlO4四面体构成，其借助于共享 氧桥连结。已知结构的综述例如可在W.M.Meier，D.H.Olson和Ch. Baerlocher，“沸石结构图集”(″Atlas of Zeolithe Structure Types″)， Elsevier，第5版，Amsterdam 2001中找到。
结晶硅铝酸盐中Si与Al的摩尔比优选大于5。
如果需要，也可以使用孔径大于5而其有效孔径已经通过一种或多 种化学改性降低到低于5的分子筛。此处可特别提及的分子筛的类型可 以在X射线结晶学上归属于如下结构：BEA、EUO、FAU、FER、HEU、 MEL、MFI、MOR、MWW和OFF以及包括两种或更多种上述结构的 混合结构。优选的分子筛为结晶硅铝酸盐(＝沸石材料)，结晶硅铝磷酸盐 和/或结晶铝磷酸盐。尤其优选为结晶硅铝酸盐，特别是沸石。
化学改性的一般描述在“催化与沸石：基本原理与应用(Catalysis and Zeolites；Fundamentals and Applications)”(Springer Verlag，Heidelberg， 1999，第81-179页)的第3章，特别是在第3.1、3.3和3.5章中给出。改性 包括以类似于EP-A-0125 616所述的方式使分子筛与碱金属、碱土金属、 过渡金属和/或镧系金属离子的部分交换，以类似于WO-A-99/02483所述 的方式用含硼和含铝化合物对分子筛处理，以类似于JP-B2-300 1162、 EP-A-593 086和KR 2002/0047532所述的方式用含硅化合物对分子筛处 理，或以类似于WO-A-99/02483和WO-A1-2004/002937所述的方式用含 磷化合物对分子筛处理，以及以类似于EP-A-0130 407所述的方式用水(蒸 汽)对分子筛的处理。改性可以重复许多次且可以彼此组合实施。
在上述提及的分子筛中，优选使用可在X射线结晶学上归属于如下结 构的沸石类型：CHA、ERI、EUO、FAU、FER、HEU、KFI、LEV、 LTA、MEL、MFI、MOR、OFF、PHI、RHO，和使用包括两种或更多 种上述结构的混合结构的沸石类型。
关于沸石，尤其优选为如“催化与沸石：基本原理与应用”(Springer Verlag，Heidelberg，1999，第41-42页)中描述的具有小孔性质(small port property)的丝光沸石。小孔丝光沸石可以通过本领域技术人员已知的方法 合成制备或者可以使用天然产物。
(I)中的微孔材料优选至少部分以H+和/或NH4+的形式存在。(I)中的 微孔材料优选至少部分以H+形式，尤其优选超过60％(基于沸石中布朗斯 台德()位点的数目)以H+形式使用。
关于(I)中的微孔材料的初级颗粒，小于10μm、尤其小于5μm和特 别小于2μm的粒度是优选的。微孔材料的粒度分布应该使至少80％、优 选至少90％在优选粒度范围内。
初级颗粒的几何形状不受任何限制。优选使用纵横比大于1、优选大 于2和尤其优选大于5的初级颗粒。纵横比定义为初级颗粒的长(单位为μm) 与直径(单位为μm)的比。初级颗粒可以以单独的粉末存在或者以由至少两 个、典型地由两个到五十个初级颗粒组成的聚集体存在。
在本发明上下中描述的初级颗粒的尺寸和几何形状例如可以通过 SEM(扫描电子显微镜法)和TEM(透射电子显微镜法)的电子显微镜方法进 行测定。初级颗粒的尺寸分布例如可以借助于激光散射通过测量粒度分布 来确定。
根据DIN 66131(BET)测定的优选结晶沸石材料的比表面积优选至少 为200m2/g，尤其优选至少为300m2/g。例如，比表面积为200-650m2/g， 尤其为300-550m2/g。
根据DIN 66134(Langmuir；p/po＝0.9995)测定的优选结晶沸石材料的 孔隙体积优选至少为0.5ml/g，尤其优选至少为0.6ml/g，非常尤其优选至 少为0.75ml/g。例如，孔隙体积为0.5-1.5ml/g，更优选为0.6-1.4ml/g，尤 其优选为0.75-1.3ml/g。
润滑剂(步骤I)
使包含粘合剂和微孔材料(尤其是沸石材料)的步骤I混合物与至少一 种润滑剂混合。
作为润滑剂，可以使用液体(例如水，矿物油)或固体(例如滑石、石墨、 硬脂酸和硬脂酸盐)或它们的混合物。
液体润滑剂优选为水和/或矿物油，并且当为水时，pH值为3-10。
在固体润滑剂的情况下，通过燃烧基本上完全除去的润滑剂和对煅烧 具有稳定性的润滑剂之间有着区别。通过煅烧除去的润滑剂的例子为石墨、 聚乙烯醇、硬脂酸、聚乙烯以及蜡和油脂。优选使用聚乙烯醇、硬脂酸和/ 或聚乙烯，尤其优选硬脂酸。
上述固体和液体润滑剂在借助煅烧而燃烧后，能够随后在成形体上留 下额外的孔或空隙，因此其也起成孔剂的作用。
不能通过燃烧除去的固体润滑剂包括氧化镁和滑石。
在I的混合物中的润滑剂比例通常为从≥0.2至≤5重量％，优选为≥ 0.5至≤3重量％。
在尤其优选的实施方案中，步骤I的混合物不包含任何溶剂，所述溶 剂例如为带有2-12个碳原子的无环或环状醚，尤其为脂族醚，如二乙醚、 二正丙基醚或其异构体、甲基叔丁基醚(MTBE)、THF、吡喃，或内酯如γ- 丁内酯，多醚如二甘醇单甲醚、二甘醇二甲醚等，芳族或脂族烃如苯、甲 苯、二甲苯、戊烷、环戊烷、己烷和石油醚，或它们的混合物，并且尤其 还为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或水或含水有机溶剂或上述类型的稀释液。
在另外的尤其优选实施方案中，步骤I的混合物不包含任何粘稠剂， 例如有机聚合物，尤其是亲水性聚合物，例如纤维素、纤维素衍生物如甲 基纤维素、淀粉如马铃薯淀粉、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯吡 咯烷酮(PVP)、聚异丁烯(PIB)或聚四氢呋喃(PTHF)。
尤其，步骤I的混合物既不包含粘稠剂，也不包含溶剂。
混合和压实(步骤II)
在制得(I)中的混合物后，对该混合物进行均化，例如均化10-180分钟。 均化特别优选使用尤其捏合机、碾磨机或挤出机进行。规模较小时，对混 合物优选进行捏合。较大工业规模时，均化优选通过碾磨来实施。
均化优选在约10℃-80℃的温度下进行。对所得混合物进行均化，直到 得到适合预压实(＝压实)的物质。
预压实优选通过冲压方式来实施。然后将经压实的混合物优选借助筛 子来调节到0.05-3mm，优选0.1-1.5mm的粒度。
在后续步骤中对经均化且预压实的混合物进行成形。
将经压实的混合物成形以得到成形体(步骤III)
关于成形方法，优选通过冲压、辊压、环形辊压的方法进行制片或造 粒。制片或造粒优选在带有单个或多个口模的偏心压机上实施。
成形在高达许多个百巴的压力下进行。此外，成形可以在环境温度下 或在高于环境温度的温度，例如20-300℃的温度下进行。如果干燥和/或烘 烤是成形步骤的一部分，可以考虑不超过1500℃的温度。最后，成形可以 在环境气氛或在受控气氛中进行。受控气氛例如为保护气氛、还原气氛和/ 或氧化气氛。
根据本发明制备的成形体的形状可以自由选择。尤其可以为球形、椭 圆形、圆柱形或颗粒形等形状。
在作为成形体的尤其优选的颗粒的情况下，厚度：直径的比例有利地 为0.5-2，优选为0.7-1.5，尤其优选约为1.0。颗粒的直径为1-10mm，优 选为1.5-5mm，尤其优选为3-5mm。
煅烧成形体(步骤IV)
步骤(III)后接着至少一个煅烧步骤。煅烧优选在350-750℃，尤其优选 在500-730℃和尤其在600-700℃的温度下进行。
煅烧可以在任何合适的气氛中进行，其中空气和/或贫含空气的气氛是 优选的。
(IV)中的煅烧也可以在氢气、氮气、氦气、氩气和/或水蒸汽或它们的 混合物存在下进行。
此外，煅烧优选在马弗炉、回转管式炉和/或隧道式窑中进行，其中煅 烧时间优选为1小时或更长，例如1-24小时或3-12小时。因此，在本发 明的方法中，例如可以将成形体煅烧一次、两次或更多次，在每种情况下 经常煅烧至少1小时，例如在每种情况下煅烧3-12小时，其中煅烧步骤中 的温度可以保持恒定或可以连续或非连续地改变。如果煅烧进行两次或更 多次，在各个步骤中煅烧温度可以不同或相同。
在煅烧步骤后，例如可以粉碎煅烧过的材料。优选得到粒度为 0.1-5mm，尤其为0.5-2mm的颗粒或碎料。
所得成形体的硬度优选为2-150N(牛顿)，尤其优选为5-100N，和非常 尤其优选至少为10N，例如为10-75N。
对本发明而言，上述硬度在Zwick的BZ2.5/TS1S型仪器上进行测定， 该测定使用的初始力(preliminary force)为0.5N，初始力的前进速率为10 mm/min，并且随后的测试速率为1.6mm/min。该仪器具有固定转盘和提 供有厚度为0.3mm的内置切割器的可自由移动冲压器。带有切割器的可 移动的冲压器联结到测压元件上以记录力，并且在测试过程中移向待测催 化剂成形体位于其上的固定转盘。测试仪器通过计算机控制，计算机记录 和评估测试结果。得到的值是每种情况下对10个催化剂成形体的测试平均 值。
在煅烧后(步骤IV)，成形体可以任选地用浓或稀释的布朗斯台德 ()酸或两种或更多种布朗斯台德酸来进行处理。合适的酸例如为盐 酸、硫酸、磷酸、硝酸或羧酸、二羧酸或低聚羧酸或聚羧酸，例如氨三乙 酸、磺基水杨酸或乙二胺四乙酸。
该处理在任选含水的液相中，在优选10-120℃的温度下进行优选 0.5-12小时。
这种使用至少一种布朗斯台德酸的至少一种处理优选之后进行至少一 个干燥步骤和/或至少一个煅烧步骤，这些之后的步骤各自在上述条件下进 行。
在本发明方法另外的优选实施方案中，催化剂体可以用蒸汽进行处理 以改进固化，之后，将它们优选再次干燥至少一次和/或煅烧至少一次。例 如在至少一个干燥步骤和至少一个随后的煅烧步骤后，用蒸汽处理经煅烧 的成形体，然后再次将其干燥至少一次和/或煅烧至少一次。
催化剂成形体在通过甲醇和/或二甲醚与氨反应的甲胺连续合成法中 的用途：
在本发明方法的催化剂上的甲胺制备通过在气相中、在高于大气压力 和升高的温度下使氨与甲醇和/或二甲醚反应来实施。如果需要，可以将水、 一甲胺、二甲胺和/或三甲胺加入或包含在反应混合物中。
以每小时每千克催化剂的甲醇千克数表示的催化剂空速优选为0.1-2.0 h-1，尤其为0.2-1.5h-1，非常尤其优选为0.4-1.0h-1。
基于起始材料总量，N/C摩尔比优选为0.6-4.0，尤其为0.8-2.5，非常 尤其优选为1.0-2.0。
反应优选在250-450℃，尤其优选在280-350℃，非常尤其优选在 290-330℃的温度下进行。
反应中的绝对压力优选为5-50巴，尤其优选为10-30巴，尤其为15-25 巴。
甲醇的转化率优选≥85％，尤其优选为90％-99％，尤其为90％-95％。
得到一甲胺、二甲胺和三甲胺的反应选择性优选≥95％，尤其优选≥ 98％。
本发明方法优选得到的各甲胺的重量比为：一甲胺(MMA)∶二甲胺 (DMA)∶三甲胺(TMA)＝＜35∶＞55∶≤10，尤其为MMA∶DMA∶TMA＝ ≤35∶≥60∶≤5。
反应尤其优选在等温条件，即与预定反应温度的偏差不超过±20℃， 优选不超过±15℃，尤其优选不超过±10℃，尤其不超过±5℃，非常尤其 优选不超过±4℃的温度条件下进行。
适于这一目的的反应器是管壳式反应器或如例如在DE-A-34 14 717 (Linde AG，‘Linde reactor’)、在EP-A1-534 195(BASF AG)和在 WO-A1-04/048313(BASF AG)中描述的用于甲胺合成的等温反应器，或带 有中间冷却的绝热反应器。
反应器输出物的后处理可以通过基于例如如DD-125 533(VEB Leuna-Werke)中所述的本领域技术人员已知的那些方法的方法来进行。
在利用本发明的择形催化剂制备甲胺的方法中，优选的是将上述反应 器与如US 4,485,261和PEP Review，No.89-3-4中所述的含有平衡催化剂 的反应器相结合。
为了确保择形催化剂具有长的使用寿命，进料中醛的比例，尤其甲醛 的比例应该优选小于每小时每千克催化剂0.15g(参见EP-A-342999)。
在本发明的特别实施方案中，如果适当可以使用的二甲醚(DME)、三 甲胺(TMA)和/或一甲胺(MMA)是来自本发明方法后处理反应产物的合适 再循环流。
通过甲醇和/或二甲醚与氨反应连续合成甲胺后，催化剂成形体的再 生：
在本发明方法的另外实施方案中，催化剂在使用后(不管催化剂的形状 如何)，例如在催化剂的活性和/或选择性降低后，通过其中有目的地烧掉(例 如在350-650℃的温度下)对失活负责的沉积物来实施再生的方法来使催化 剂再生。这优选在含有精确限定量的氧气或提供氧气的物质的惰性气氛中 进行。这类再生方法尤其描述于WO-A-98/55228和DE-A1-197 23 949中， 尤其是对于JP-08 157 428和EP-A-0118 193中所述的制备甲胺用催化剂 描述的那些，所述文献的相关公开内容由此通过引用完全并入本专利申请 中。
再生后，与马上要再生之前的状态相比，催化剂的活性和/或选择性提 高。
本发明所用的待再生沸石催化剂或者在反应装置(反应器)中或者在外 部炉子中，在含有0.1到约20体积份的提供氧气的物质、尤其优选0.1到 20体积份氧气的气氛中加热到250℃-800℃，优选400℃-650℃和尤其 425℃-500℃。加热优选采用0.1℃/分钟-20℃/分钟，优选0.3℃/分钟-15℃/ 分钟，尤其0.5℃/分钟-10℃/分钟的加热速率。
在所述加热升温阶段期间，将催化剂加热到一定温度，在该温度下存 在于催化剂上的通常是有机的沉积物开始分解，而同时该温度通过氧气含 量调节，因此不会升高到对催化剂结构产生损害的程度。在待再生的催化 剂上具有高的有机负荷的情况下，作为设置合适的氧气含量和合适的加热 能量的结果，温度的逐渐升高或在低温下的停留是防止催化剂局部过热的 必要步骤。
当尽管在气体流中提供氧气的物质的量增加和/或反应器输出物中氧 气的浓度升高至初始值但反应器出口处废气流的温度降低时，有机沉积物 的烧掉是完全的。处理的持续时间在每种情况下优选为1-30小时，优选约 2小时至约20小时，尤其为约3小时到约10小时。
对已经以此方式再生的催化剂实施的后续冷却优选以冷却不发生得过 快的方式进行，原因是要不然的话，催化剂的机械强度可能会受到负面的 影响。
可能有必要的是，对如上所述已经通过煅烧实施再生后的催化剂用水 和/或稀酸如盐酸冲洗，以除去由起始材料中的杂质引起的催化剂的任何残 留无机污染物(微量碱等)。随后可以进行催化剂的重新干燥和/或重新煅烧。
在本发明方法的另外实施方案中，在反应在其中进行的反应器中或在 外部反应器中用溶剂对至少部分地失活的催化剂进行洗涤，以便在再生步 骤中对其加热之前取出附着的所需产物。洗涤的进行应使得，在每种情况 下附着在催化剂上的所需产物能够从催化剂上取出，但温度和压力又不是 太高以至于通常的有机沉积物同样能够除去。优选仅仅用合适的溶剂冲洗 催化剂。因此，易于溶解各反应产物的所有溶剂都适合于该洗涤工序。溶 剂的用量和洗涤工序的持续时间并不关键。洗涤工序可以重复多次，并且 可以在升高的温度下实施。当用CO2作为溶剂时，超临界压力是优选的， 但是另外，清洗工序也可以在大气压或超计大气压或超临界压力下实施。 在洗涤工序完成后，通常将催化剂干燥。尽管干燥工序通常不是关键的， 干燥温度不应该比用于洗涤的溶剂的沸点高太多，以避免在孔隙中的，尤 其在微孔中的溶剂突然地蒸发，原因是这种蒸发也可能导致对催化剂的损 害。
在制备方法的优选实施方案中，为了提高本发明方法的产出，用于甲 胺合成的本发明的连续方法在根据本发明的催化剂再生期间不是必须要中 断。这可以通过使用至少两个可以交替运行的平行连接的反应器来实现。
可以以下述方式实施催化剂的再生：将平行连接的反应器中的至少一 个从各反应阶段中移出并使得包含在该反应器中的催化剂再生，其中在连 续方法过程期间在每一阶段中至少一个反应器总是可以用于起始材料的反 应。
实施例：
分别根据DIN 66131和DIN 66134测定BET比表面积(m2/g)和孔隙体 积(ml/g)。
GC分析：
通过在线气相色谱法分析反应产物混合物。在对短链胺(Varian CP-Volamine)最优化的GC柱上实施甲胺的分离，并用热导检测器(TCD) 检测。测量未反应甲醇的含量，并由此得出催化剂的活性。
如WO-A-04/108280(BASF AG)中所述进行切削硬度的确定/测量：
在Zwick的仪器(型号：BZ2.5/TS1S(见上文)。初始力：0.5N，初始 力的前进速率：10mm/min；测试速度：1.6mm/min)上测量切削硬度， 报道值为每种情况下10个被测催化剂体的平均值。
在Korsch AG的Korsch EK0偏心压机(最大压力：100kN)上利用单 口模进行制片。
实施例1：
将50g Silres601和1.5g硬脂酸的混合物机械压紧，随后在筛子上 压碎，得到0.5-1.5mm的级分。将12.5g该混合物与1.0g硬脂酸以及37.5g 丝光沸石(H型，SiO2/Al2O3＝12)混合，并在制片机中压制形成3×5mm的 颗粒。随后将该颗粒在马弗炉中于500℃下煅烧2小时。得切削硬度为12.3 N的无色颗粒。
实施例2：
将33.3g Silres603、100g丝光沸石(H型，SiO2/Al2O3＝12)和4.0g硬 脂酸的混合物机械压紧，随后在筛子上压碎，得到0.5-1.5mm的级分。然 后压制该混合物形成3×5mm的颗粒。随后将该颗粒在马弗炉中于650℃ 下煅烧2小时。得切削硬度为50.6N的无色颗粒。
实施例1和2的比较表明，在≥600℃的煅烧温度下获得了具有高切削 硬度(＞25N)的颗粒。
对比例1：
将50g Silres601和1.5g石墨的混合物机械压紧，随后在筛子上压 碎，得到0.6-1.6mm的级分。将12.5g该混合物与1.0g石墨以及37.5g丝 光沸石(H型，SiO2/Al2O3＝12)混合，并压制形成3×5mm的颗粒。随后将 该颗粒在马弗炉中于650℃下煅烧2小时。该颗粒不稳定；煅烧后获得灰 色的发泡粉末。
对比例2：
将50g Silres603和1.5g石墨的混合物机械压紧，随后在筛子上压 碎，得到0.6-1.6mm的级分。将12.5g该混合物与1.0g石墨以及37.5g 丝光沸石(H型，SiO2/Al2O3＝12)混合，并压制形成3×5mm的颗粒。随 后将该颗粒在马弗炉中于650℃下煅烧2小时。该颗粒不稳定；煅烧后获 得灰色的发泡粉末。
对比例3：
将175g丝光沸石(H型，SiO2/Al2O3＝12)、109g LudoxAS40(购自 Grace Davison的胶态二氧化硅，40重量％的水溶液)、8.7g甲基纤维素 和63g水的混合物在捏合机中压实，随后在挤出机中将所述组合物成型， 得到2mm的挤出物。将所述挤出物在干燥烘箱中于120℃下干燥16小时， 随后在马弗炉中于650℃下煅烧2小时。得切削硬度为9.0N的无色催化剂 成型体。
该实施例证明，与通过使用胶态二氧化硅挤出获得的成形体相比，用 有机硅树脂Silres603(实施例2)制片得到的成形体在相同的煅烧条件下具 有显著更高的切削硬度。
测试例1：
通过筛子将实施例1得到的催化剂粉碎，得到0.6-1.5mm的粉碎料。 向电加热的管式反应器供入12.8g(＝24ml)催化剂，将该体系 调节到320℃和20巴的压力，随后计量加入氨(17.5g/h)和甲醇(18.3g/h)。 将液体反应产物混合物冷却到室温并减压到15巴，经由液体入口阀注入到 GC中。投入生产8.4小时和26.0小时后的组成和转化率以及选择性归纳 于表1中。
表1
C＝转化率
TOS＝投入生产的时间
测试例2：
通过筛子将实施例2得到的催化剂粉碎，得到0.6-1.5mm的粉碎料。 向电加热的管式反应器供入13.0g(＝27ml)催化剂，将该体系 调节到320℃和20巴的压力，随后计量加入氨(19.5g/h)和甲醇(20.5g/h)。 将液体反应产物混合物冷却到室温并减压到15巴，经由液体入口阀注入到 GC中。投入生产8.6小时和25.6小时后的产物组成和甲醇转化率以及选 择性归纳于表2中。
表2
测试例3：
通过筛子将对比例3得到的催化剂粉碎，得到0.6-1.5mm的粉碎料。 向电加热的管式反应器供入13.9g(＝25ml)催化剂，将该体系 调节到320℃和20巴的压力，随后计量加入氨(18.1g/h)和甲醇(18.9g/h)。 将液体反应产物混合物冷却到室温并减压到15巴，经由液体入口阀注入到 GC中。投入生产8.5小时和26.1小时后的产物组成和甲醇转化率以及选 择性归纳于表3中。
表3
测试例3表明，尽管对比例3得到的催化剂给出更高的甲醇转化率， 但是TMA的比例显著高于5重量％。
机译： 包含含硅的一种粘合剂的模制体，其在甲胺的连续合成中作为催化剂的用途，特别是其制备方法和至少微孔材料
机译： 包含微孔材料和至少一种含硅粘合剂的模制品，其制备方法及其作为催化剂的用途，特别是在连续合成甲胺的方法中
机译： 包含至少一种含硅粘合剂的微孔材料和模制品，其在连续合成其制剂，特别是甲胺中用作催化剂的用途
