Способ получения ди- и полиаминов

 

Изобретение относится к получению алифатических ди- и полиаминов, которые находят широкое применение в качестве аминных отвердителей для эпоксидных смол, в производстве присадок, полимеров, фунгицидных препаратов. Для осуществления способа в предварительно нагретый до 105-115°С водный 25-55%-ный раствор аммиака дозируют дихлорэтан (ДХЭ) или дихлорпропаны (ДХП) и синтез проводят при температуре 105-125°С и давлении 0,5-1,4 МПа, при мольном соотношении ДХЭ (ДХП):NH₃=1,0:1,8-6,0. Предпочтительно в ходе синтеза вводят 10-50 мас.% 30-48%-ного водного раствора NaOH и 12-60% дихлорэтана (или дихлорпропанов) в расчете на массу исходного хлорорганического сырья. Технический результат – повышение выхода целевых продуктов, упрощение технологии, снижение энергетических затрат. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области алифатических полиаминов, в частности к полиэтиленполиаминам (ПЭПА) и полипропиленполиаминам (ППП), которые находят применение в производстве эпоксидных смол в качестве аминных отвердителей, ионообменных смол и присадок, а также сукцинимидных присадок и т.д.

Известны способы получения этилендиамина (ЭДА) и ПЭПА взаимодействием дихлорэтана (ДХЭ) с 77,0-78,0%-ным водным раствором аммиака под давлением 9,0 МПа при 110-130°С [пат. Италии № 617348, 1961; № 631883, 1962].

Недостатком известных способов является низкий выход ПЭПА; применение получаемого в системе нескольких абсорбционных колонн аммиака высокой концентрации (77,0-78,0%), а также большой избыток аммиака (весовое соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:9,0).

Известен способ получения ЭДА и ПЭПА нагреванием ДХЭ с 60%-ным водным раствором аммиака при 145-180°С и давлении 9,5 МПа при мольном соотношении ДХЭ:NН₃=1,0:92,0 (УВ 1147984; РЖХим, 1970, 5Н123П).

Недостатком способа является большой избыток аммиака, высокое давление, низкий выход ПЭПА, высокие энергетические затраты.

Описан способ получения 1,2- и 1,3-диаминопропанов и ППП путем аминирования 1,2- и 1,3-дихлорпропанов (1,2-ДХП, 1,3-ДХП) с 60-80%-ным водным раствором аммиака при весовом соотношении NН₃:ДХП=7,0-8,0:1,0 при 120-130°С и давлении 7,5-8,5 МПа [АС СССР № 509578, 1976, БИ № 13].

Недостатком способа получения ППП по указанному выше способу является низкий выход ППП, осуществление процесса в жестких условиях - высокое давление, большой избыток и высокая концентрация аммиака.

Наиболее близким к заявленному по сущности является способ совместного получения ациклических и циклических ди- и полиаминов взаимодействием ДХЭ с 73,0-78,0%-ным водным раствором аммиака при 110-130°С и давлении 7,5-8,0 МПа, при мольном соотношении ДХЭ:NH₃, равном 6,5-7,5 [АС СССР № 721432, 1980, БИ № 10].

Недостатком способа является низкий выход ПЭПА, осуществление процесса под высоким давлением, использование аммиака высокой концентрации (73,0-78,0%) и большие энергетические затраты.

Задача изобретения - разработка способа получения полиаминов, повышение выхода полиаминов, упрощение технологического процесса.

Вышеуказанный технический результат получения полиаминов на основе ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) и аммиака при повышенной температуре, давлении и концентрации аммиака (25-55%) достигается особенностью, заключающейся в том, что ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) подвергают взаимодействию с 25-55%-ным водным раствором аммиака при перемешивании, температуре 105-125°С и давлении 0,5-1,4 МПа при мольном соотношении ДХЭ (ДХП):NН₃=1,0:1,8-6,0 в течение 2,5-3,5 ч, после чего вводят 10-50% (от веса исходного ДХЭ или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) 46-48%-ного водного раствора едкого натра, перемешивают 0,5 ч и дополнительно вводят ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) в количестве 12-62% (от веса исходного ДХЭ или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) и синтез ведут в течение 1,0-1,5 ч при температуре 105-125°С и давлении 0,5-1,4 МПа до отсутствия в реакционной массе ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП). В результате дополнительного введения едкого натра и соответственно ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП) происходит дополнительное образование полиаминов в результате следующих реакций:

В результате реакции хлористого аммония с едким натром наблюдается выделение аммиака, который реагирует с дополнительным количеством ДХЭ (или 1,2-ДХП, 1,3-ДХП). Продуктами реакции являются: ЭДА, полиэтиленполиамины: ДЭТА, ТЭТА, тетраэтиленпентамин (ТЭПА), пентаэтиленгексамин (ПЭГА) и (или ди- и полипропиленполиамины) и т.д.

Способ поясняется следующими примерами:

Пример 1. В реактор (V=0,5 л), снабженный устройством для перемешивания, термопарой (или термометром), загружают 74,8 г (4,4 моль) 25%-ного водного раствора аммиака (299,2 г), нагревают до 105°С и при этой температуре дозируют 108,9 г (1,1 моль) ДХЭ в течение двух часов (мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1:4), выдерживают реакционную смесь 0,5 ч при температуре 115-120°С. Содержимое реактора охлаждают, выгружают и нейтрализуют 46-48%-ным водным раствором NaOH до образования верхнего аминного слоя. Верхний (аминный слой) отделяют, свободный аммиак отгоняют, обезвоживают твердым едким натром или калием (амины после нейтрализации аминохлоргидратов могут быть выделены также другими известными способами).

Получают 56,76 г (86,0%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 1,6; ЭДА 11,8; пиперазин 0,85; ДЭТА 13,2; N-АЭП 3,8; ТЭТА 14,7; ТЭПА 16,9; ПЭГА и высшие 37,15.

В растворе аминохлоргидратов (АХГ) до нейтрализации содержится: ДХЭ отс; NH₄Cl 9,5 вес.%.

Пример 2. В условиях примера 1 в реактор загружают 81,6 г (4,8 моль) 30%-ного водного раствора аммиака (272 г), нагревают до 110°С и при этой температуре дозируют 118,8 г (1,2 моль) ДХЭ в течение 2,5 ч, выдерживают 0,5 ч при температуре 115-118°С и давлении 0,7-0,9 МПа.

Получают 62,6 г (87%) продукта, состава, мас.%: H₂O 1,5; ЭДА 13,2; пиперазин 0,9; ДЭТА 14,4; N-АЭП 3,6; ТЭТА 15,2; ТЭПА 15,9; ПЭГА и высшие 35,3.

В растворе аминохлоргидратов (АХГ) до нейтрализации содержится: ДХЭ отс; NH₄Cl 4,6 вес.%.

Пример 3. В условиях примера 1 в реактор загружают 108,8 г (6,4 моль) 50%-ного водного раствора аммиака (217,6 г), нагревают до 108°С и при этой же температуре дозируют 158,4 г (1,6 моль) ДХЭ в течение трех часов (мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1:4), реакционную смесь выдерживают в течение 0,5 ч при 114-118°С и давлении 0,6-1,2 МПа.

Получают 89,3 г (93%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 0,8; ЭДА 16,7; пиперазин 0,7; ДЭТА 15,8; N-АЭП 4,2; ТЭТА 16,9; ТЭПА 17,5; ПЭГА и высшие 21,4.

В растворе аминохлоргидратов (АХГ) до нейтрализации содержится: ДХЭ-отс; NH₄Cl 2,4 вес.%.

Пример 4. В условиях примера 1 в реактор загружают 56,1 г (3,3 моль) в виде 20%-ного водного раствора аммиака (280,5 г), смесь нагревают до 90°С и при этой температуре дозируют 108,9 г (1,1 моль) ДХЭ, выдерживают при температуре 130-140°С и давлении 0,6-0,9 МПа в течение 1,5 ч.

Получают 35 г (54%) продукта, состава, мас.%: H₂O 1,3; ЭДА 4,2; пиперазин 0,2; ДЭТА 6,4; N-АЭП 1,2; ТЭТА 7,8; ТЭПА 8,9; ПЭГА и высшие 70,0.

В растворе аминохлоргидратов (АХГ) до нейтрализации содержится: ДХЭ 0,8%; NH₄Cl 16,4 вес.%

Пример 5. В условиях примера 1 в реактор загружают 122,4 г (7,2 моль) 45%-ного водного раствора аммиака (272,0 г), нагревают до 105°С и при этой температуре дозируют 118,8 г (1,2-моль) дихлорэтана (мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:6,0) в течение двух часов. Реакционную смесь после окончания дозировки выдерживают в течение 0,5 ч при 115-120°С и давлении 0,6-1,4 МПа.

Получают 66,8 г (92,8%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 0,9; ЭДА 20,2; пиперазин 0,75; ДЭТА 18,3; N-АЭП 3,6; ТЭТА 17,9; ТЭПА 18,2; ПЭГА и высшие 13,0.

В растворе аминохлоргидратов (АХГ) до нейтрализации содержится: ДХЭ отс; NH₄CL - 2,8 вес.%, ХВ 3,2 вес.%.

Пример 6. В реактор (V=0,5 л), снабженный устройством для перемешивания, термометром (или термопарой) загружают 48,96 г (2,88 моль) аммиака в виде 25%-ного водного раствора аммиака (195,8 г), нагревают до 105°С и при этой температуре дозируют в течение двух часов 158,4 г (1,6 моль) ДХЭ, (мольное соотношение ДХЭ:NH₃=1,0:1,8). Реакционную смесь нагревают при температуре 115-120°С и давлении 0,6-0,9 МПа в течение 0,5 ч. Смесь охлаждают до 90-100°С, после чего в реакционную смесь вводят 15,8 г (0,39 моль) едкого натра в виде 46%-ного водного раствора (34,3 г) (10% от веса исходного ДХЭ). Температуру реакционной смеси повышают до 110-115°С и при этой же температуре дозируют дополнительное количество 19,0 г ДХЭ (12% от веса исходного ДХЭ), реакционную смесь выдерживают при температуре 112-125°С в течение часа. Содержимое реактора охлаждают, нейтрализуют твердым или 46-48%-ным водным раствором едкого натра до образования аминного слоя. Верхний (аминный слой) отделяют, свободный аммиак отгоняют, обезвоживают твердым едким натрием или калием.

Получают 86,5 г (80,5%) продукта, состава, мас.%: H₂O 1,2; ЭДА 14,8; ПЭПА 84,0: [ДЭТА 26,2; N-АЭП 2,8; ТЭТА 16,5; ТЭПА 18,4; ПЭГА и высшие 20,0].

Пример 7. В условиях примера 1 в реактор загружают 61,2 г (3,6 моль) 40%-ного водного раствора аммиака (153 г), который нагревают до 110°С и при этой температуре дозируют 148,5 г (1,5 моль) ДХЭ в течение двух часов. Мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:2.4. Реакционную смесь нагревают при 116-120°С и давлении 0,6-0,9 МПа в течение 0,5 ч. После чего берут анализ на содержание ДХЭ в реакционной смеси (отс. или присутствие). Если ДХЭ отсутствует в реакционной смеси, то содержимое реактора охлаждают до 90°С и вводят 37,12 г (0,928 моль) едкого натрия (25% от веса ДХЭ) в виде 48%-ного водного раствора (77,3 г 40% NaOH), перемешивают в течение 20-30 мин. Затем при температуре 100-110°С в реакционную смесь дозируют 45,9 г ДХЭ (30,9% от веса исходного ДХЭ) и при температуре 105-110°С выдерживают реакционную массу в течение 0,5 ч.

Получают 99,6 г (84,6%) продукта, состава, мас.%: Н₂О 1,8; ЭДА 12,6; пиперазин 0,4; ПЭПА 85,2: [ДЭТА 20,8; N-АЭП 3,2; ТЭТА 17,3; ТЭПА 18,6; ПЭГА и высшие 25,3].

Пример 8. В условиях примера 1 и 2 в реактор загружают 76,5 г (4,5 моль) аммиака в виде 55%-ного водного раствора (139,0 г). Раствор аммиака нагревают до 107°С и дозируют 148,5 г (1,5 моль) ДХЭ в течение двух часов при температуре 114-118°С и давлении 0,6-1,0 МПа (мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:3,0), Реакционную смесь охлаждают до 90-100°С, после чего добавляют 29,70 г (0,74 моль) NaOH (20% от веса исходного ДХЭ) в виде 30%-ного водного раствора (99,0 г 30% NaOH), перемешивают в течение 20-30 мин, дополнительно дозируют при 110°С 29,7 г (0,3 моль) ДХЭ (20% от веса исходного ДХЭ), выдерживают при 115-120°С в течение одного часа.

Получают 95,25 г (88,2%) продукта, состава, мас.%: Н₂О 0,6; ЭДА 14,6; ПЭПА 84,8: [ДЭТА 22,4; N-АЭП 2,8; ТЭТА 16,8; ТЭПА 17,9; ПЭГА и высшие 24,9].

Пример 9. В условиях примера 1 в реактор загружают 37,4 г (2,2 моль) аммиака в виде 25%-ного раствора (149,6 г). Раствор аммиака нагревают до 107°С и при этой температуре дозируют 99,0 г (1,0 моль) ДХЭ в течение двух часов (мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:2,2), выдерживают при 115-120°С и давлении 0,6-0,9 МПа в течение 0,5 ч. После чего реакционную смесь охлаждают до 90°С, добавляют 49,5 г (1,237 моль) NaOH (50% от веса ДХЭ, взятого в реакцию) в виде 35%-ного водного раствора (107,6 г), перемешивают в течение 20 мин, дозируют дополнительно 59,4 г (0,6 моль) ДХЭ (60% от веса исходного ДХЭ, взятого в реакцию), выдерживают при 120-125°С в течение одного часа.

Получают 88,6 г (92,3%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 1,3; ЭДА 8,2; ПЭПА 90,5: [ДЭТА 10,3; N-АЭП 3,4; ТЭТА 16,8; ТЭПА 17,2; ПЭГА и высшие 42,8].

Пример 10. В условиях примера 1 в реактор загружают 37,4 г (2,2 моль) аммиака в виде 25%-ного раствора (149,6 г). Раствор аммиака нагревают до 108°С и при этой температуре дозируют 113,0 г (1,0 моль) 1,2-ДХП (1,2-дихлорпропана) (мольное соотношение ДХП:NН₃=1,0:2,5). Реакционную смесь нагревают при 114-120°С и давлении 0,5-0,8 МПа в течение полутора часов, затем охлаждают до 90-95°С и добавляют 33,9 г (0,847 моль) NaOH (30% от веса 1,2-ДХП, взятого в реакцию) в виде 30%-ого водного раствора (73,6 г), перемешивают в течение 20 мин после чего дополнительно дозируют 33,9 г (0,3 моль) 1,2-ДХП (30% от веса исходного 1,2-ДХП, взятого в реакцию) и выдерживают в течение 0,5 ч при температуре 115-120°С и давлении 0,6-0,8 МПа.

Получают 78,88 г (82,0%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 1,4; 1,2-диаминопропан (1,2-ДАЛ) 10,8; пропиленполиамины (ППП) 87,8.

Пример 11. В условиях примера 1 и 6 в реактор загружают 37,4 г (2,2 моль) 25%-ного аммиака (149,6 г), нагревают до 108°С и при этой температуре дозируют 113,0 г (1,0 моль) 1,3-дихлорпропана (1,3-ДХП) в течение двух часов при 115-118°С и давлении 0,5-0,8 МПа. Мольное соотношение 1,3-ДХП:NН₃=1,0:2,2. Реакционную смесь выдерживают при 120°С и давлении 0,5-0,9 МПа в течение одного часа. После чего реакционную смесь охлаждают до 100°С и добавляют 33,9 г (0,847 моль) NaOH (30% от веса 1,3-ДХП, взятого в реакцию) в виде 30%-ного водного раствора (73,6 г), перемешивают в течение 20-25 мин, дополнительно дозируют 33,9 г (0,3 моль) (30% от веса 1,3-ДХП, взятого в реакцию) 1,3-ДХП, выдерживают в течение получаса при 115-120°С и давлении 0,5-0,8 МПа.

Получают 81,38 г (84,6%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 1,2; 1,3-диаминопропана (1,2-ДАЛ) 14,6; пропиленполиамины (ППП) 84,2.

Пример 12. В условиях примера 1 и 6 в реактор загружают 38,0 г (2,24 моль) 20%-ного водного аммиака (190,0 г), нагревают до 85°С и при этой температуре дозируют 138,6 г (1,4 моль) ДХЭ в течение двух часов. Мольное соотношение ДХЭ:NН₃=1,0:1,6. Содержимое реактора выдерживают при 130-140°С и давлении 0,6-1,2 МПа в течение двух часов. Реакционную смесь охлаждают до 100°С и вводят 6,93 г (0,17 моль) NaOH (5% от веса ДХЭ, взятого для синтеза) в виде 25%-ного водного раствора (27,72 г). Температуру реакционной смеси повышают до 110°С и при этой температуре дозируют дополнительно 11,0 г (0,11 моль) ДХЭ (8% от веса исходного ДХЭ), выдерживают при 120°С в течение 0,5 ч.

Получают 56,2 г (62,0%) продукта, состава, мас.%: Н₂O 1,4; ЭДА 5,8; ДХЭ 0,6; ПЭПА 92,2: [пиперазин 1,8; ДЭТА 8,6; N-АЭП 6,7; ТЭТА 8,9; ТЭПА 10,6; высшие ПЭПА 55,6].

В растворе АХГ до нейтрализации содержание NH₄Cl составляет 15,3 вес.%.

Пример 13. В условиях примера 1 в реактор загружают 51,0 г (3,0 моль) 20%-ного раствора аммиака (255,0 г), нагревают до 95°С и при этой температуре дозируют 113,0 г (1,0 моль) 1,2-ДХП в течение 1,5 ч, выдерживают при температуре 140-145°С и давлении 0,8-1,5 МПа в течение двух часов, затем реакционную смесь охлаждают до 90°С и при этой температуре вводят 11,3 г (0,28 моль) NaOH (10% от веса 1,2-ДХП, вводимого в реакцию) в виде 46%-ного водного раствора (24,56 г), перемешивают 10 мин и дозируют дополнительно 13,56 г 1,2-ДХП (12% от веса 1,2-ДХП, вводимого первоначально в реакцию). Выдерживают при 140-150°С в течение 1,5 ч.

Получают 46,4 г (56,0%) продукта, состава, мас.%: Н₂О 0,9; 1,2-диаминопропан (1,2-ДАП) 4,8; пропиленполиамины (ППП) 94,3.

В растворе АХГ до нейтрализации содержится: 1,2-ДХП 0,2%; NH₄Cl 14,8 вес.%.

Пример 14. В условиях примера 6 в реактор загружают 37,4 г (2,2 моль) аммиака в виде 25%-ного раствора (149,6 г). Раствор аммиака нагревают до 115°С и при этой температуре дозируют 113,0 г (1 моль) 1,2 =ДХП в течение двух часов (мольное соотношение 1,2-ДХП:NН₃=1,0:2,5). Реакционную смесь после дозировки выдерживают в течение двух часов при 120-125°С и давлении 0,6-0,8 МПа. Реакционную смесь охлаждают до 90-100°С, после чего в реакционную смесь вводят 11,3 г (0,28 моль) едкого натра в виде 46%-ного водного раствора (24,56 г - 10% от исходного 1,2-ДХП). Температуру реакционной смеси повышают до 110-115°С и при той же температуре дозируют дополнительное количество 13,56 г 1,2-ДХП (12% от веса исходного ДХП). Реакционную смесь выдерживают при температуре 120-125°С в течение часа. Содержимое реактора охлаждают, нейтрализуют твердым или 46-48%-ным водным раствором едкого натра до образования аминного слоя. Верхний - аминный слой - отделяют, свободный аммиак отгоняют, обезвоживают твердым едким натрием или калием.

Получают 68,38 г (82,5%) продукта, состава, маc.%: вода 0,4, 1,2-ДАП 15,2, пропиленполиамины 84,4.

Примеры 1-3, 5-11, 14 при условии выдерживания заявляемых параметров процесса получения ди- и полиаминов подтверждают высокий выход 80,5-93,0%. Примеры 4, 12, 13 при условии отклонения от заявляемых параметров процесса получения ди- и полиаминов выход падает, в растворе АХГ присутствует ДХЭ или ДХП, а содержание хлористого аммония растет.

Формула изобретения

1. Способ получения ди- и полиаминов на основе дихлорэтана или 1,2- и 1,3-дихлорпропанов и аммиака при повышенной температуре и давлении, отличающийся тем, что дихлорэтан или 1,2- и 1,3-дихлорпропаны дозируют в предварительно подогретый до 105-115°С 25-55%-ный водный раствор аммиака и синтез проводят при температуре 105-125°С, давлении 0,5-1,4 МПа при мольном соотношении исходных реагентов, равном 1,0:1,8-6,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтез проводят с дополнительным введением 30-48%-ного водного раствора гидроксида натрия в количестве 10-50 мас.% и дихлорэтана или 1,2- и 1,3-дихлорпропанов в количестве 12-60% в расчете на массу исходного хлорорганического сырья.