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WO1996033018A1 - Cup catalyst and process for producing aziridines - Google Patents

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WO1996033018A1
WO1996033018A1 PCT/EP1996/001362 EP9601362W WO9633018A1 WO 1996033018 A1 WO1996033018 A1 WO 1996033018A1 EP 9601362 W EP9601362 W EP 9601362W WO 9633018 A1 WO9633018 A1 WO 9633018A1
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WO
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catalytically active
elements
support
catalysts
active layer
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/001362
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Inventor
Uwe Dingerdissen
Günter Lauth
Ulrich Steuerle
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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    • C07D203/04Heterocyclic compounds containing three-membered rings with one nitrogen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
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    • B01J27/18Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr with metals other than Al or Zr
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    • B01J27/1806Salts or mixtures of anhydrides with compounds of other metals than V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, e.g. phosphates, thiophosphates with alkaline or alkaline earth metals
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    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/04Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing carboxylic acids or their salts

Definitions

  • the carrier of the coated catalyst consists of a glass, the pores of which have a diameter of at least 10 nm.
  • the glasses in question are intended to form a thermally and mechanically stable base for the active catalyst layer.
  • the carrier material should have the largest possible geometric surface.
  • all types of glass which are stable under the conditions of aziridine synthesis can be used as catalyst supports, e.g. Sodium silicate glass, boron glass, quartz glass and phosphate glass. Silicate glasses are preferably used.
  • the carrier material can be used in various geometric shapes, e.g. as powder, grit, balls, fibers, mesh or tissue. Woven fabrics are particularly preferred because they can be shaped very well into monolithic catalysts.
  • X is at least one element selected from Group IIIA elements, Group IVA elements, Group VA elements, transition metal elements from Groups I to VIII, lanthanide and actinide elements of the periodic table
  • P phosphorus
  • X is at least one element , which is selected from alkali and alkaline earth metals
  • 30 plasmas is used, and is usually in the range of 50 W to 10 kW.

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Abstract

A cup catalyst consisting of a glass substrate, the pores of which have a diameter of at least 10 nm and on which there is a catalytically active layer containing compounds of elements from the alkaline metal, alkali metal earth and/or lanthanide group of the periodic system and process for producing aziridines, preferably ethylene imine, by the intramolecular catalytic dehydration of alkanol amines, preferably ethanol amine, in the gas phase at temperatures of at least 250 °C on the above-described cup catalysts and isolation of the aziridines from the reaction mixture.

Description

Schalenkatalysator und Verfahren zur Herstellung von AziridinenShell catalyst and process for the production of aziridines
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Schalenkatalysator aus einem Träger und einer darauf angeordneten katalytisch aktiven Schicht sowie ein Verfahren zur Herstellung von Aziridinen der FormelThe invention relates to a coated catalyst comprising a support and a catalytically active layer arranged thereon, and to a process for the preparation of aziridines of the formula
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0001
in der R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, C ~ bis Cβ-Alkyl oder Aryl bedeuten und R5 zusätzlich noch für Benzyl, C bis Cβ-Hydroxyalkyl oder Ci- bis Cβ-Aminoalkyl steht, durch intramolekulare katalytische Dehydratisierung von Alkanol¬ aminen der Formelin which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another are H, C C to Cβ-alkyl or aryl and R 5 additionally represents benzyl, C to Cβ-hydroxyalkyl or Ci to Cβ-aminoalkyl , by intramolecular catalytic dehydration of alkanolamines of the formula
Ri R3 R i R 3
HO- -NH- R5 (II),HO- -NH- R5 (II),
R2 R4 R 2 R 4
in der die Substituenten R1, R2, R3, R4 und R5 die dafür in For¬ mel I angegebene Bedeutung haben, in der Gasphase bei Tempera¬ turen von mindestens 250°C an festen Katalysatoren und Isolieren der Aziridine aus dem Reaktionsgemisch.in which the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 have the meaning given for them in formula I, in the gas phase at temperatures of at least 250 ° C. over solid catalysts and isolating the aziridines from the Reaction mixture.
Aus der JP-B-50/10593 ist die Herstellung von Ethylenimin durch Dehydratisierung von Ethanolamin in der Gasphase an Wolframoxid und Oxiden von Li, Mg, Ni, Mo, Bi, Sn, Si oder AI enthaltenden Katalysatoren bekannt. Gemäß der Lehre der WO-A-89/05797 verwendet man bei der Dehydratisierung von Ethanolamin in der Gasphase Molekularsiebe aus Aluminiumsilikaten, Aluminium¬ phosphaten oder Silizium-Aluminiuinphosphaten.JP-B-50/10593 discloses the production of ethyleneimine by dehydrating ethanolamine in the gas phase over tungsten oxide and oxides of catalysts containing Li, Mg, Ni, Mo, Bi, Sn, Si or Al. According to the teaching of WO-A-89/05797, molecular sieves made from aluminum silicates, aluminum phosphates or silicon aluminum phosphates are used in the gas phase for the dehydration of ethanolamine.
In US-A-4 289 656, US-A-4 301 036, US-A-4 337 175, US-A-4 358 405, US-A-376 732 und US-A-4 477 591 werden Katalysatoren auf Basis Niob/Tantaloxid mit Zusatz von Erdalkali¬ metalloxiden und/oder Eisen/Chromoxiden zur katalytischen Gasphasendehydratisierung von Monoethanola in zu Ethylenimin be¬ schrieben.Catalysts are disclosed in US-A-4,289,656, US-A-4,301,036, US-A-4,337,175, US-A-4,358,405, US-A-376,732 and US-A-4,477,591 Based on niobium / tantalum oxide with the addition of alkaline earth metal oxides and / or iron / chromium oxides for catalytic purposes Gas phase dehydration of monoethanol in described to ethylene imine.
Weitere Katalysatoren zur intramolekularen Wasserabspaltung aus Alkanolaminen in der Gasphase sind Oxidmassen, die Silizium oder Phosphor als wesentliche Bestandteile enthalten. Katalysatoren dieser Art werden beispielsweise in EP-B-0 227 461, EP-B-0 228 898 und EP-B-0 230 776 beschrieben.Further catalysts for the intramolecular elimination of water from alkanolamines in the gas phase are oxide materials which contain silicon or phosphorus as essential components. Catalysts of this type are described, for example, in EP-B-0 227 461, EP-B-0 228 898 and EP-B-0 230 776.
Setzt man bei der Herstellung von Aziridinen die in den oben ge¬ nannten Literaturstellen beschriebenen Katalysatoren ein, so ent¬ stehen dabei in unerwünschtem Maße Oligomere und Polymere des Aziridins. Außerdem haben viele Katalysatoren eine zu kurze Standzeit.If the catalysts described in the abovementioned references are used in the production of aziridines, oligomers and polymers of aziridine are formed to an undesirable extent. In addition, many catalysts have a too short service life.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Katalysator zur Verfügung zu stellen. Dieser Kataly¬ sator soll bezüglich der Aziridinbildung aus Alkanolaminen in der Gasphase eine hohe Selektivität aufweisen und geringere Mengen an oligomeren oder polymeren Produkten liefern als die bekannten Katalysatoren sowie eine möglichst lange Standzeit besitzen.The object of the present invention is therefore to provide a new catalyst. This catalyst is said to have a high selectivity with regard to the formation of aziridine from alkanolamines in the gas phase and to deliver smaller amounts of oligomeric or polymeric products than the known catalysts and to have a long service life.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Schalenkataly¬ sator bestehend aus einem Träger und einer darauf angeordneten katalytisch aktiven Schicht, wenn der Träger aus einem Glas be¬ steht, dessen Poren einen Durchmesser von mindestens 10 nm haben und daß die katalytisch aktive Schicht Verbindungen von Elementen der Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidengruppe des periodischen Systems enthält.The object is achieved according to the invention with a shell catalyst consisting of a support and a catalytically active layer arranged thereon, if the support consists of a glass whose pores have a diameter of at least 10 nm and that the catalytically active layer contains compounds of elements contains the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic system.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Her¬ stellung von Aziridinen der FormelThe invention also relates to a process for the preparation of aziridines of the formula
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in der R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, Ci- bis Cβ-Alkyl oder Aryl bedeuten und R5 zusätzlich noch für Benzyl, (- bis Ce-Hydroxyalkyl oder Ci- bis Cβ-Aminoalkyl steht, durch intramolekulare katalytische Dehydratisierung von Alkanol- aminen der Formel Rl R3 in which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another denote H, Ci- to Cβ-alkyl or aryl and R 5 additionally for benzyl, ( - to Ce-hydroxyalkyl or Ci- to Cβ-aminoalkyl stands by intramolecular catalytic dehydration of alkanolamines of the formula Rl R 3
I II I
HO C C NH R5 (II), I IHO CC NH R 5 (II), II
R2 R4 R 2 R 4
in der die Substituenten R1, R2, R3, R4 und R5 die dafür in For- mel I angegebene Bedeutung haben, in der Gasphase bei Tempera¬ turen von mindestens 250°C an festen Katalysatoren und Isolieren der Aziridine aus dem Reaktionsgemisch, wobei man die Dehydrati¬ sierung an Schalenkatalysatoren durchführt, bei denen der Träger aus einem Glas besteht, dessen Poren einen Durchmesser von mindestens 10 nm haben, und wobei die katalytisch aktive äußere Schicht der Schalenkatalysatoren Verbindungen von Elementen der Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder der Lanthanidengruppe des Periodischen Systems enthält.in which the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 have the meaning given for this in formula I, in the gas phase at temperatures of at least 250 ° C. over solid catalysts and isolating the aziridines from the Reaction mixture, wherein the dehydration is carried out on shell catalysts in which the support consists of a glass whose pores have a diameter of at least 10 nm, and in which the catalytically active outer layer of the shell catalysts compounds of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or the lanthanide group of the periodic table.
Der Träger des Schalenkatalysators besteht aus einem Glas, dessen Poren einen Durchmesser von mindestens 10 nm haben. Die in Be¬ tracht kommenden Gläser sollen eine thermisch und mechanisch stabile Unterlage für die aktive Katalysatorschicht bilden. Das Trägermaterial soll eine möglichst große geometrische Oberfläche haben. Als Katalysatorträger kommen prinzipiell alle Glassorten in Frage, die unter den Bedingungen der Aziridinsynthese stabil sind, z.B. Natriumsilikatglas, Borglas, Quarzglas und Phosphat¬ glas. Vorzugsweise verwendet man Silikatgläser. Das Träger¬ material kann in verschiedenen geometrischen Formen eingesetzt werden, z.B. als Pulver, Splitt, Kugeln, Fasern, Netz oder Gewebe. Besonders bevorzugtes Trägermaterial sind Gewebe, weil sie sich sehr gut zu monolithischen Katalysatoren verformen las¬ sen. Monolithische Katalysatoren ermöglichen eine sehr hohe Katalysatorbelastung bei geringem Druckverlust, eine gute Durch- mischung der Reaktanden sowie eine schnelle Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr. Netze und Gewebe aus Glas haben praktisch keine Poren. Kugeln aus Glas verfügen in den meisten Fällen über Poren mit einem minimalen Porendurchmesser von 10 nm bis 10 μm.The carrier of the coated catalyst consists of a glass, the pores of which have a diameter of at least 10 nm. The glasses in question are intended to form a thermally and mechanically stable base for the active catalyst layer. The carrier material should have the largest possible geometric surface. In principle, all types of glass which are stable under the conditions of aziridine synthesis can be used as catalyst supports, e.g. Sodium silicate glass, boron glass, quartz glass and phosphate glass. Silicate glasses are preferably used. The carrier material can be used in various geometric shapes, e.g. as powder, grit, balls, fibers, mesh or tissue. Woven fabrics are particularly preferred because they can be shaped very well into monolithic catalysts. Monolithic catalysts enable a very high catalyst load with low pressure loss, good mixing of the reactants as well as rapid heat supply and heat dissipation. Glass nets and fabrics have practically no pores. In most cases, glass balls have pores with a minimum pore diameter of 10 nm to 10 μm.
Gläser, die Poren mit einem Durchmesser größer als 10 μm haben, werden beispielsweise dadurch hergestellt, daß man zu einer Schmelze aus Glas Kochsalz zusetzt und nach der Formgebung und dem Erstarren der Glasschmelze Kochsalz mit Wasser herauslöst. Geeignete Trägermaterialien dieser Art sind im Handel erhältlich. Eine geeignete Glassorte sind z.B. Siran-Gläser der Firma Schott. Diese Gläser haben beispielsweise Poren mit einem Durch eser von 60 bis 300 μm. Das Trägermaterial kann vor der Beschichtung mit einer Aktivmasse noch einer Vorbehandlung unterworfen werden. Dadurch werden bei¬ spielsweise die mechanischen Eigenschaften des Trägers verändert, oder man erhält dadurch eine Trägeroberfläche mit erhöhter Rauhigkeit, wodurch die Haftfestigkeit der aktiven Katalysator¬ masse auf den Gläsern verbessert wird. Die Vorbehandlung der Glä¬ ser kann beispielsweise in einer Kalzinierung, z.B. Erhitzen der Formkörper aus Glas auf Temperaturen in dem Bereich von 100 bis 1000°C, oder in einer chemischen Behandlung der For körper aus Glas mit einer Säure oder einer Base bestehen. Das Trägermaterial des Schalenkatalysators liegt vorzugsweise in Form von Kugeln oder Strängen vor oder besteht aus Fasern in Form von Vliesen, Netzen oder Geweben. Durch optimale Maschenweiten der Netze kön¬ nen hohe Umsätze bei geringen Druckverlusten erzielt werden.Glasses that have pores with a diameter greater than 10 μm are produced, for example, by adding common salt to a glass melt and, after the shaping and solidification of the glass melt, dissolving common salt with water. Suitable carrier materials of this type are commercially available. A suitable type of glass is, for example, Siran glasses from Schott. These glasses, for example, have pores with a diameter of 60 to 300 μm. The support material can be subjected to a pretreatment before coating with an active material. As a result, the mechanical properties of the support are changed, for example, or a support surface with increased roughness is obtained, which improves the adhesive strength of the active catalyst composition on the glasses. The pretreatment of the glasses can consist, for example, of a calcination, for example heating the shaped bodies made of glass to temperatures in the range from 100 to 1000 ° C., or chemical treatment of the shaped bodies made of glass with an acid or a base. The carrier material of the coated catalyst is preferably in the form of spheres or strands or consists of fibers in the form of nonwovens, nets or fabrics. Optimal mesh sizes of the networks can achieve high conversions with low pressure losses.
Die Schalenkatalysatoren enthalten als äußere Schicht eine aktive Katalysatormasse aus Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidenverbindungen. Für die Dehydratisierung von Alkanol¬ aminen der Formel I geeignete Katalysatoren sind beispielsweise bekannt aus SU-A-230 166, JP-B-50/10593, WO-A-89/05797,The shell catalysts contain an active catalyst mass composed of alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide compounds as the outer layer. Catalysts suitable for the dehydration of alkanolamines of the formula I are known, for example, from SU-A-230 166, JP-B-50/10593, WO-A-89/05797,
EP-B-0 227 461, EP-B-0 228 898 und EP-B-0 230 776. Bevorzugt wer¬ den dabei solche Alkali-, Erdalkali- und/oder Lanthanidenver¬ bindungen eingesetzt, die bei den Bedingungen der Aziridin- synthese stabil und insbesondere nicht flüchtig sind und keine flüchtigen Verbindungen bilden. Beispiele dafür sind Phosphate, Sulfate, Niobate, Wolframate, Vanadate, Manganate, Molybdate, Rhenate, Titanate und Salze von Heteropolysäuren. Die katalytisch aktiven Massen enthalten außer den Elementen der Alkali-, Erd¬ alkali- und/oder Lanthanidengruppe des Periodischen Systems ge- gebenenfalls vorzugsweise Phosphor und/oder Obergangsmetalle. Beispiele für solche katalytisch aktiven Massen sind mit Lithium dotiertes Wolframoxid, mit Natrium dotiertes Calciumwolframat, mit Cäsium oder Barium dotiertes Eisensulfat oder Nickelsulfat.EP-B-0 227 461, EP-B-0 228 898 and EP-B-0 230 776. Alkali, alkaline earth and / or lanthanide compounds which are preferred under the conditions of the aziridine Synthesis stable and in particular are not volatile and do not form volatile compounds. Examples include phosphates, sulfates, niobates, tungstates, vanadates, manganates, molybdates, rhenates, titanates and salts of heteropolyacids. In addition to the elements of the alkali, alkaline earth and / or lanthanide group of the periodic system, the catalytically active compositions preferably contain phosphorus and / or transition metals. Examples of such catalytically active compositions are lithium-doped tungsten oxide, sodium-doped calcium tungstate, cesium or barium-doped iron sulfate or nickel sulfate.
Katalytisch aktive Massen werden beispielsweise in derCatalytically active materials are used, for example, in the
EP-B-0 227 461 mit Hilfe der folgenden Formel charakterisiertEP-B-0 227 461 characterized by the following formula
SiaXxYyOb (III),Si a X x Y y O b (III),
in der Si Silicium bedeutet, X mindestens für ein Element aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalimetalle steht, Y ein Element aus der Gruppe B, AI, Ti, Zr, Sn, Zn und Ce ist und 0 Sauerstoff, be¬ deutet und die Indices a, x, y und b die jeweiligen Atomverhält¬ nisse der Elemente Si, X, Y und 0 angeben, wobei a = 1, x = 0,005-1, y = 0-1 und b einen Wert hat, der durch a, x und y bestimmt wird. Gemäß der EP-B-0 228 898 haben die katalytisch aktiven Massen die Zus mme setzungin which Si is silicon, X is at least one element from the group of the alkali and alkaline earth metals, Y is an element from the group B, Al, Ti, Zr, Sn, Zn and Ce and 0 is oxygen, and means Indices a, x, y and b indicate the respective atomic ratios of the elements Si, X, Y and 0, where a = 1, x = 0.005-1, y = 0-1 and b has a value which is given by a, x and y is determined. According to EP-B-0 228 898, the catalytically active compositions have the composition
XaPbXcOd (IV).X a P b X c Od (IV).
In Formel IV bedeutet X mindestens ein Element aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalimetalle, P Phosphor, Y mindestens ein Ele¬ ment aus der Gruppe B, AI, Si, S, Sc, Ti, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Sb, La, Ce, Ta, W, Ti, Pb, Bi und Th und 0 Sauerstoff. Die Indices a, b, c und d und die Atomverhältnisse der Elemente X, P, Y und O haben folgende Bedeutung: wenn a = 1 ist, b = 0,01-3 und c = 0-100 ist, ist d ein Wert, der durch a, b und c und den Bindungszustand der einzelnen Elemente gegeben ist. Gemäß der EP-B-0 230 776 haben katalytisch aktive Massen die FormelIn formula IV, X denotes at least one element from the group of the alkali and alkaline earth metals, P phosphorus, Y at least one element from the group B, Al, Si, S, Sc, Ti, Cu, Y, Zr, Nb, Mo , Sn, Sb, La, Ce, Ta, W, Ti, Pb, Bi and Th and 0 oxygen. The indices a, b, c and d and the atomic ratios of the elements X, P, Y and O have the following meaning: if a = 1, b = 0.01-3 and c = 0-100, d is a value , which is given by a, b and c and the binding state of the individual elements. According to EP-B-0 230 776, catalytically active compositions have the formula
XaPbYcOd (V),X a P b Y c O d (V),
in der X mindestens ein Element ist, das aus Elementen der Gruppe IIIA, Elementen der Gruppe IVA, Elementen der Gruppe VA, Ubergangsmetallelementen der Gruppen I bis VIII, Lanthaniden- und Actinidenelementen des Periodensystems ausgewählt ist, P = Phosphor, X mindestens ein Element ist, das aus Alkali- und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, O Sauerstoff bedeutet und die Indices a, b, c und d die Atomverhältnisse der Elemente X, P, Y und O angeben und, wenn a = 1 ist, b = 0,01-6 und c = 0-3 ist und d ein Wert ist, der durch a, b und c und den Bindungszustand der jeweiligen Elemente bestimmt wird.in which X is at least one element selected from Group IIIA elements, Group IVA elements, Group VA elements, transition metal elements from Groups I to VIII, lanthanide and actinide elements of the periodic table, P = phosphorus, X is at least one element , which is selected from alkali and alkaline earth metals, O denotes oxygen and the indices a, b, c and d indicate the atomic ratios of the elements X, P, Y and O and, if a = 1, b = 0.01-6 and c = 0-3 and d is a value determined by a, b and c and the binding state of the respective elements.
Weitere geeignete katalytisch aktive Massen sind die aus US-A-4 337 175, US-A-4 289 656, US-A-4 301 036, US-A-4 337 175, US-A-4 358 405, US-A-4 376 732 und US-A-4 477 591 bekannten Oxide von Tantal oder Niob mit einem Erdalkalimetalloxid als Promoter. Weiterhin eignen sich Katalysatoren der Zusammense zung MιoFeo,5-2,9Cro,3-ι,7 oder MioFei,0-2,lCro,6-1,7 mit M = Niob, Tantal.Further suitable catalytically active compositions are those from US-A-4,337,175, US-A-4,289,656, US-A-4,301,036, US-A-4,337,175, US-A-4,358,405, US Pat. A-4 376 732 and US-A-4 477 591 known oxides of tantalum or niobium with an alkaline earth metal oxide as a promoter. Also suitable are catalysts of the combination MιoFeo, 5-2.9Cro, 3-ι, 7 or MioFei, 0-2, lCro, 6-1.7 with M = niobium, tantalum.
Anstelle von Erdalkalimetalloxiden können auch Alkalimetalloxide und oder Oxide von Elementen der Lanthanidengruppe des Perio¬ dischen Systems eingesetzt werden.Instead of alkaline earth metal oxides, alkali metal oxides and or oxides of elements of the lanthanide group of the periodic system can also be used.
Die katalytisch aktiven Massen werden auf dem jeweiligen Träger¬ material festhaftend niedergeschlagen. Sie werden beispielsweise durch physikalische oder chemische Abscheidung über die Dampf- Phase unter vermindertem Druck auf dem Trägermaterial niederge¬ schlagen. Diese Verfahren werden in der Literatur als physical vapor depo- sition (PVD) oder als chemical vapor deposition (CVD) bezeichnet, vgl. R.F. Bhunshah et al., Deposition Technologies for Films and Coatings, Noyes Publications, 1982 und P. Wirz, Vakuum-Technik, iS., 208 - 214 (1989). Bekannte PVD-Verfahren sind das Aufdampfen, die Kathodenzerstäubung, die im technischen Sprachgebrauch als Sputtern bezeichnet wird, und die Lichtbogenbeschichtung. Be¬ kannte CVD-Verfahren umfassen die thermische und die plasmaunter¬ stützte Beschichtung. Diese Verfahren haben beispielsweise Be- deutung, um Phosphor aus phosphororganischen Verbindungen frei¬ zusetzen und in eine aktive Katalysatorschicht einzubauen.The catalytically active compositions are firmly adhered to the respective support material. They are deposited on the carrier material, for example, by physical or chemical deposition via the vapor phase under reduced pressure. These methods are referred to in the literature as physical vapor deposition (PVD) or as chemical vapor deposition (CVD), cf. RF Bhunshah et al., Deposition Technologies for Films and Coatings, Noyes Publications, 1982 and P. Wirz, Vakuum-Technik, iS., 208-214 (1989). Known PVD processes are vapor deposition, cathode sputtering, which is referred to in technical terms as sputtering, and arc coating. Known CVD processes include thermal and plasma-assisted coating. These processes are important, for example, for releasing phosphorus from organophosphorus compounds and incorporating them into an active catalyst layer.
Die katalytisch aktiven Massen können in einer Schichtdicke von 0,1 nm bis 150 μm, vorzugsweise von 10 nm bis 50 μm auf das Trägermaterial aus Glas aufgetragen werden. Von besonderem Vor¬ teil sind Schalenkatalysatoren, bei denen das Trägermaterial ein Netz, ein Gewebe oder eine Vlies ist, und bei denen die kata¬ lytisch aktive Schicht durch Kathodenzerstäuben (Sputtern) aufge¬ tragen worden ist. Das Trägermaterial besteht vorzugsweise aus einem Glasgewebe. Die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren wer¬ den vorzugsweise durch Sputtern der katalytisch aktiven Masse hergestellt. Hierdurch gelingt es in einfacher Weise, eine aus mehreren Komponenten bestehende Schicht auf dem Träger aus Glas anzubringen oder darauf Schichten verschiedener Zusammensetzung niederzuschlagen.The catalytically active compositions can be applied in a layer thickness of 0.1 nm to 150 μm, preferably from 10 nm to 50 μm, to the glass support material. Of particular advantage are coated catalysts in which the carrier material is a mesh, a woven fabric or a nonwoven, and in which the catalytically active layer has been applied by sputtering. The carrier material preferably consists of a glass fabric. The coated catalysts according to the invention are preferably produced by sputtering the catalytically active composition. This makes it easy to apply a layer consisting of several components to the glass support or to deposit layers of different composition thereon.
Ferner kann man die MikroStruktur der Beschichtung mit Hilfe des Sputterns durch Variation des Prozeßgasdrucks und/oder durch An¬ lagen einer negativen Vorspannung (Bias) beeinflussen. So führt beispielsweise ein Prozeßgasdruck im Bereich von 4 10~3 bisFurthermore, the microstructure of the coating can be influenced by means of sputtering by varying the process gas pressure and / or by applying a negative bias (bias). For example, a process gas pressure in the range of 4 10 ~ 3 bis
8 10-3 mbar zu einer sehr dichten, feinkristallinen Schicht mit einer hohen Stabilität. Wenn man während der Beschichtung eine negative Vorspannung anlegt, so wird dadurch ein intensiverer Io- nenbeschuß des zu beschichtenden Trägers erreicht, wodurch in der Regel eine dichtere Schicht sowie eine verbesserte Haftung der aktiven katalytisch wirkenden Schicht auf dem Träger aus Glas resultiert.8 10 -3 mbar to a very dense, fine crystalline layer with a high stability. If a negative pre-tension is applied during the coating, this results in a more intensive ion bombardment of the support to be coated, which generally results in a denser layer and improved adhesion of the active catalytically active layer on the glass support.
Bei der Kathodenzerstäubung wird im allgemeinen das Beschicht- ungsmaterial, d.h. die katalytisch aktive Masse, in fester Form als sogenanntes Target auf die Kathode eines Plasmasystems aufge¬ bracht, dann unter vermindertem Druck, beispielsweise von 1 10-4 bis 1 mbar, vorzugsweise 5 • 10-4 bis 5 10-2 mbar, in einer Pro¬ zeßgasatmosphäre durch Anlegen eines Plasmas zerstäubt und auf dem zu beschichtenden Substrat, d.h. dem Träger, abgeschieden. Als Prozeßgas wählt man im allgemeinen mindestens ein Edelgas wie Helium, Neon oder Argon, bevorzugt Argon. Das Plasma besteht in der Regel aus geladenen (Ionen und Elektronen) und neutralen (zum Teil radikalen) Bestandteilen des Prozeßgases, die über Stoß- und Strahlungsprozesse miteinander in Wechselwirkung stehen.In the case of cathode sputtering, the coating material, ie the catalytically active composition, is generally applied in solid form as a so-called target to the cathode of a plasma system, then under reduced pressure, for example from 1 × 10 -4 to 1 mbar, preferably 5 • 10 -4 to 5 10 -2 mbar, atomized in a process gas atmosphere by applying a plasma and deposited on the substrate to be coated, ie the carrier. In general, at least one noble gas such as helium, neon or argon, preferably argon, is selected as the process gas. The plasma consists of usually from charged (ions and electrons) and neutral (partly radical) components of the process gas, which interact with each other via shock and radiation processes.
5 Zur Herstellung der Beschichtungen können verschiedene metho¬ dische Varianten der Kathodenzerstäubung wie Magnetron-Sputtern, DC- und RF- Sputtern oder Bias-Sputtern sowie deren Kombinationen angewendet werden. Beim Magnetron-Sputtern befindet sich in der Regel das zu zerstäubende Target in einem äußeren Magnetfeld,5 Various method variants of cathode sputtering such as magnetron sputtering, DC and RF sputtering or bias sputtering and combinations thereof can be used to produce the coatings. With magnetron sputtering, the target to be atomized is usually in an external magnetic field,
10 welches das Plasma in den Bereich des Targets konzentriert und damit eine Erhöhung der Zerstäubungsrate bewirkt. Beim DC- bzw. RF-Sputtern erfolgt im allgemeinen die Anregung des Zerstäubung¬ splasmas durch eine Gleichspannung (DC) oder durch eine Wechsel¬ spannung (RF) , beispielsweise mit einer Frequenz im Bereich von10 which concentrates the plasma in the area of the target and thus causes an increase in the atomization rate. In DC or RF sputtering, the sputtering plasma is generally excited by a direct voltage (DC) or by an alternating voltage (RF), for example with a frequency in the range of
15 10 kHz bis 100 MHz, vorzugsweise 13,6 MHz. Beim Bias-Sputtern wird üblicherweise das zu beschichtende Substrat mit einer in der Regel negativen Vorspannung (Bias) belegt, die im allgemeinen während der Beschichtung zu einem intensiven Beschüß des Sub¬ strats mit Ionen führt.15 10 kHz to 100 MHz, preferably 13.6 MHz. In the case of bias sputtering, the substrate to be coated is usually coated with a generally negative bias (bias), which generally leads to intensive bombardment of the substrate with ions during the coating.
2020th
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren zer¬ stäubt man im allgemeinen ein mehrkomponentiges Target, oder zwei oder mehr Targets unterschiedlicher Zusammensetzung gleichzeitig (simultanes Zerstäuben) oder nacheinander. Die gewünschteTo produce the coated catalysts according to the invention, a multicomponent target is generally atomized, or two or more targets of different compositions are sprayed simultaneously (simultaneous atomization) or in succession. The desired
25 Schichtdicke sowie die chemische Zusammensetzung und die Mikro- struktur der Schicht sind im wesentlichen durch den Prozeßgas¬ druck, die Zerstäubungsleistung, den Sputtermodus, die Substrat¬ temperatur und die Beschichtungszeit zu beeinflussen. Die Zer¬ stäubungsleistung ist hierbei die Leistung, die zur Anregung desThe layer thickness and the chemical composition and the microstructure of the layer are essentially influenced by the process gas pressure, the atomization performance, the sputtering mode, the substrate temperature and the coating time. The atomizing power is the power that is used to excite the
30 Plasmas aufgewendet wird, und liegt in der Regel im Bereich von 50 W bis 10 kW.30 plasmas is used, and is usually in the range of 50 W to 10 kW.
Die Substrattemperatur wählt man im allgemeinen im Bereich von Raumtemperatur bis 350, vorzugsweise von 150 bis 250°C. 35The substrate temperature is generally selected in the range from room temperature to 350, preferably from 150 to 250 ° C. 35
Die Beschichtungszeit hängt im wesentlichen von der angestrebten Schichtdicke ab. Typische Beschichtungsraten beim Sputtern liegen üblicherweise im Bereich von 0,01 bis 100 nm/s.The coating time essentially depends on the desired layer thickness. Typical coating rates for sputtering are usually in the range of 0.01 to 100 nm / s.
40 Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist die Herstellung von Beschichtungen durch Aufdampfen (s. L. Holland, Vacuum Deposition of Thin Films, Chapman and Hay Ltd., 1970). Das Beschichtungs- material wird dabei zweckmäßig in an sich bekannter Weise in eine geeignete Aufdampf uelle wie elektrisch geheizte Verdampfer-Another preferred embodiment is the production of coatings by vapor deposition (see L. Holland, Vacuum Deposition of Thin Films, Chapman and Hay Ltd., 1970). The coating material is expediently, in a manner known per se, in a suitable vapor deposition source such as electrically heated evaporator.
45 Schiffchen oder Elektronenstrahlverdampfer eingefüllt. Das Beschichtungsmaterial wird danach unter vermindertem Druck, üblicherweise im Bereich von 10-7 bis 10~3 mbar, verdampft, wobei sich auf den in die Vakuumanlage eingebrachten Trägern der ge¬ wünschte Überzug bildet.45 boats or electron beam evaporators filled. The coating material is then evaporated under reduced pressure, usually in the range from 10 -7 to 10 -3 mbar the desired coating forms on the carriers introduced into the vacuum system.
Bei der Herstellung mehrkomponentiger Schichten kann das Ver- dampfungsmaterial entweder in der geeigneten Zusammensetzung aus einer gemeinsamen Quelle oder simultan aus verschiedenen Quellen verdampft werden.In the production of multi-component layers, the evaporation material can be evaporated either in the appropriate composition from a common source or simultaneously from different sources.
Typische Beschichtungsraten beim Aufdampfen liegen im allgemeinen im Bereich von 1 nm/s bis 10 μm/s.Typical coating rates during vapor deposition are generally in the range from 1 nm / s to 10 μm / s.
In einer A sführungsform kann das zu beschichtende Substrat vor oder während des AufdampfProzesses mittels eines RF-Plasmas oder mittels einer üblichen Ionenkanone mit Ionen beschossen werden, um die MikroStruktur und die Haftung der Schichten zu verbessern. Des weiteren kann man die MikroStruktur und die Haftung der Schichten auch durch Heizen des Substrats beeinflussen.In one embodiment, the substrate to be coated can be bombarded with ions before or during the vapor deposition process by means of an RF plasma or by means of a conventional ion gun in order to improve the microstructure and the adhesion of the layers. Furthermore, the microstructure and the adhesion of the layers can also be influenced by heating the substrate.
Die Schalenkatalysatoren können beispielsweise auch Übergangs- metalle in der katalytisch aktiven Masse enthalten. Von techni¬ scher Bedeutung sind außerdem Schalenkatalysatoren, bei denen die katalytisch aktive Masse Phosphor enthalt sowie solche, bei denen die katalytisch aktive Masse Verbindungen von Hauptgruppen¬ elementen der 3. bis 7. Hauptgruppe enthält.The coated catalysts can, for example, also contain transition metals in the catalytically active composition. Also of technical importance are coated catalysts in which the catalytically active composition contains phosphorus and those in which the catalytically active composition contains compounds of main group elements of the 3rd to 7th main group.
Bevorzugt sind Schalenkatalysatoren, bei denen der Träger aus Kugeln oder Strängen besteht oder ein Vlies, Netz oder Gewebe ist und bei dem die katalytisch aktive Schicht auf dem jeweiligen Träger durch KathodenZerstäubung (Sputtern) erhältlich ist. Außerdem sind solche Katalysatoren bevorzugt, bei denen der Träger aus Kugeln oder Strängen besteht oder in Form eines Vlieses, Netzes oder Gewebes vorliegt. Die Schalenkatalysatoren werden erhalten, in dem man die Träger mit wäßrigen Lösungen mindestens einer Verbindung von Elementen der Alkalimetall-, Erd- alkalimetall- und/oder Lanthanidengruppe des periodischen Systems besprüht, anschließend trocknet und den imprägnierten Träger kal¬ ziniert. Die Stärke der so aufgetragenen katalytisch aktiven Schichten beträgt ebenfalls 0,1 nm bis 150 μ .Shell catalysts are preferred in which the support consists of spheres or strands or is a nonwoven, mesh or fabric and in which the catalytically active layer on the respective support is obtainable by sputtering. In addition, catalysts are preferred in which the support consists of spheres or strands or is in the form of a fleece, mesh or fabric. The coated catalysts are obtained by spraying the support with aqueous solutions of at least one compound of elements from the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic system, then drying and calcining the impregnated support. The thickness of the catalytically active layers applied in this way is likewise 0.1 nm to 150 μ.
in einer besonders bevorzugten A sführungsform ist der Schalen¬ katalysator dadurch erhältlich, daß man den Träger zunächst mit Phosphorsäure imprägniert, bei Temperaturen bis zu 150°C tempert und ihn danach mit wäßrigen Lösungen mindestens einer Verbindung von Elementen der Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidengruppe des periodischen Systems imprägniert, trocknet und gegebenenfalls kalziniert. Die Schalenkatalysatoren enthalten vorzugsweise eine katalytisch aktive Schicht, die Verbindungen von Übergangsmetallen oder Verbindungen von Elementen der dritten bis siebten Hauptgruppe des periodischen Systems enthält.In a particularly preferred embodiment, the shell catalyst is obtainable by first impregnating the support with phosphoric acid, tempering it at temperatures up to 150 ° C. and then treating it with aqueous solutions of at least one compound of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic system impregnated, dried and optionally calcined. The coated catalysts preferably contain a catalytically active layer, the compounds of transition metals or compounds of elements of the third to seventh main group of the periodic system.
Die oben beschriebenen Schalenkatalysatoren können gegebenenfalls noch nachbehandelt werden. Die Nachbehandlung kann beispielsweise in einer Kalzinierung oder in einer chemischen Behandlung beste¬ hen. Bei einer chemischen Nachbehandlung können gegebenenfalls noch zusätzliche Komponenten in die katalytisch aktive Schicht eingebracht werden. Bei der Nachbehandlung können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften und/oder die Porosität des Schalenkatalysators verändert werden.The coated catalysts described above can, if appropriate, be further treated. The aftertreatment can consist, for example, of a calcination or a chemical treatment. In the case of chemical aftertreatment, additional components can optionally be introduced into the catalytically active layer. During the aftertreatment, for example, the mechanical properties and / or the porosity of the coated catalyst can be changed.
Die oben beschriebenen Schalenkatalysatoren werden bei der Her¬ stellung von Aziridinen durch katalytische intramolekulare Wasserabspaltung aus Verbindungen der Formel II in der Gasphase verwendet. Man erhält Aziridine der oben angegebenen Formel I. Besonders bevorzugt ist die Herstellung des unsubstituierten Aziridins (Ethylenimin) . Die Temperaturen der intramolekularen Dehydratisierung von Alkanolaminen betragen beispielsweise 200 bis 600, vorzugsweise 300 bis 500°C. Vorzugsweise führt man die Reaktion bei Normaldruck oder im Vakuum durch, man kann jedoch auch bei erhöhtem Druck arbeiten. Bei Arbeiten unter Normaldruck ist die Verdünnung der Verbindungen der Formel II mit Inertgasen wie beispielsweise Stickstoff, Edelgasen oder Wasser vorteilhaft. Die Dehydratisierung der Verbindungen der Formel II kann auch in der Wirbelschicht erfolgen, wenn man als Wirbelschicht fein- teilige Schalenkatalysatoren einsetzt, die beispielsweise durch Beschichten von pulverförmigem Glas mit einer katalytisch aktiven Masse erhältlich sind. Die Schalenkatalysatoren können außerdem in Form eines feinteiligen Pulvers oder Granulats in einem Flie߬ bettreaktor eingesetzt werden. Bei der Dehydratisierung von Alkanolaminen der Formel II werden vorzugsweise solche Schalen¬ katalysatoren eingesetzt, bei denen der Träger aus Kugeln oder Strängen oder aus einem Vlies, Netz oder Gewebe besteht und wobei die katalytisch aktive Schicht auf dem jeweiligen Träger durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) erhältlich ist. Außerdem werden solche Katalysatoren mit Vorteil verwendet, die durch Besprühen der Träger aus Glas mit wäßrigen Lösungen mindestens eine Ver¬ bindung von Elementen der Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/ oder Lanthanidengruppe des Periodischen Systems sowie anschlie¬ ßendes Trocknen und gegebenenfalls Kalzinieren des imprägnierten Trägers erhältlich sind.The coated catalysts described above are used in the production of aziridines by catalytic intramolecular elimination of water from compounds of the formula II in the gas phase. Aziridines of the formula I given above are obtained. The preparation of the unsubstituted aziridine (ethyleneimine) is particularly preferred. The temperatures of the intramolecular dehydration of alkanolamines are, for example, 200 to 600, preferably 300 to 500 ° C. The reaction is preferably carried out under normal pressure or in vacuo, but it is also possible to work under increased pressure. When working under normal pressure, the dilution of the compounds of formula II with inert gases such as nitrogen, noble gases or water is advantageous. The dehydration of the compounds of the formula II can also take place in the fluidized bed if finely divided coated catalysts are used as the fluidized bed, which can be obtained, for example, by coating powdered glass with a catalytically active composition. The coated catalysts can also be used in the form of a finely divided powder or granulate in a fluidized bed reactor. In the dehydration of alkanolamines of the formula II, preference is given to using shell catalysts in which the support consists of spheres or strands or of a nonwoven, mesh or fabric and the catalytically active layer on the respective support can be obtained by sputtering . In addition, those catalysts are advantageously used which can be obtained by spraying the support from glass with aqueous solutions at least one compound of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic table and subsequent drying and optionally calcining the impregnated support are.
Aus Ethylenimin werden beispielsweise Polyethylenimine mit unter- schiedlichen Molmassen hergestellt. Die Polyethylenimine sind beispielsweise Prozeßhilfsmittel bei der Herstellung von Papier. BeispieleFor example, polyethyleneimines with different molecular weights are produced from ethyleneimine. The polyethyleneimines are, for example, process aids in the manufacture of paper. Examples
Herstellung der SchalenkatalysatorenManufacture of shell catalysts
5 Katalysator A5 catalyst A
100 g Glaskugeln mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 2 mm (Siran Carrier, Borosilikatglas mit einer Porengröße oberhalb von 120 μm der Firma Schott) werden 5 Stunden bei 400°C kalziniert, danach auf eine Temperatur von 100°C abgekühlt und bei dieser 0 Temperatur mit einer wäßrigen Lösung von 3,17 g ortho-Phosphor- säure in 50 ml Wasser besprüht. Die Sprühgeschwindigkeit beträgt 1,8 g/min. Während des Besprühens wird auf eine gute Durch¬ mischung der Glaskugeln geachtet. Die mit Phosphorsäure beschich¬ teten Glaskugeln werden anschließend 3 Stunden bei 500°C kalzi- 5 niert, auf 100°C abgekühlt und bei dieser Temperatur dann mit einer wäßrigen Lösung von 2,48 g Bariumacetat und 3,51 g Cäsium- acetat in 50 ml Wasser besprüht. Die Sprühgeschwindigkeit beträgt 1 g/min. Die auf diese Weise imprägnierten Glaskugeln werden dann noch 2 Stunden bei einer Temperatur von 120°C getrocknet. 0100 g glass balls with an average diameter of 1 to 2 mm (Siran Carrier, borosilicate glass with a pore size above 120 μm from Schott) are calcined at 400 ° C for 5 hours, then cooled to a temperature of 100 ° C and at this temperature 0 Temperature sprayed with an aqueous solution of 3.17 g of orthophosphoric acid in 50 ml of water. The spray rate is 1.8 g / min. Care is taken to ensure thorough mixing of the glass balls during spraying. The glass spheres coated with phosphoric acid are then calcined for 5 hours at 500 ° C., cooled to 100 ° C. and then at this temperature with an aqueous solution of 2.48 g of barium acetate and 3.51 g of cesium acetate in 50 ml of water sprayed. The spray rate is 1 g / min. The glass spheres impregnated in this way are then dried at a temperature of 120 ° C. for a further 2 hours. 0
Katalysator BCatalyst B
Man verfährt wie bei der Herstellung des Katalysators A beschrie¬ ben, kalziniert jedoch den Schalenkatalysator 3 Stunden bei einer Temperatur von 500°C. 5The procedure is as described for the preparation of catalyst A, but the shell catalyst is calcined at a temperature of 500 ° C. for 3 hours. 5
Katalysator CCatalyst C
Ein handelsübliches Glasgewebenetz (Firma Klevers, 122-SIK 70-ST01) mit den Abmessungen 1160 x 240 mm wird auf eine Temperatur von 120°C erwärmt und beidseitig mit einer Lösung von 0 1,63 ortho-Phosphorsäure in 8,6 ml Wasser besprüht. Danach wird das Netz 20 min bei 120°C getrocknet und anschließend mit einer Lösung von 1,81 g Cäsiumacetat und 1,28 g Bariumacetat in 8,4 ml Wasser beidseitig besprüht. Das Netz wird 20 min bei 120°C ge¬ trocknet. Das Glasgewebe wird aufgerollt und in dieser Form alsA commercially available glass mesh (company Klevers, 122-SIK 70-ST01) with the dimensions 1160 x 240 mm is heated to a temperature of 120 ° C. and sprayed on both sides with a solution of 0 1.63 orthophosphoric acid in 8.6 ml water . The network is then dried at 120 ° C. for 20 minutes and then sprayed on both sides with a solution of 1.81 g of cesium acetate and 1.28 g of barium acetate in 8.4 ml of water. The network is dried at 120 ° C. for 20 minutes. The glass fabric is rolled up and in this form as
35 Katalysator zur Dehydratisierung von Ethanolamin verwendet.35 catalyst used for dehydration of ethanolamine.
Katalysator DCatalyst D
50 g Kugeln aus Glas mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis50 g glass balls with an average diameter of 1 to
2 mm (Sirankugeln SIKUG 012/120/A der Firma Schott) werden auf2 mm (Sirik balls SIKUG 012/120 / A from Schott) are opened
40 120°C erwärmt und bei dieser Temperatur mit einer Lösung von 1,59 g ortho-Phosphorsäure in 25 ml Wasser besprüht. Die Sprüh¬ geschwindigkeit beträgt 1,8 g/min. Während des Besprühens werden die Glaskugeln gut durchmischt und danach 30 min bei einer Temperatur von 120°C getrocknet. Die Temperatur der Glaskugeln40 heated to 120 ° C and sprayed at this temperature with a solution of 1.59 g ortho-phosphoric acid in 25 ml of water. The spray rate is 1.8 g / min. During the spraying, the glass balls are mixed thoroughly and then dried at a temperature of 120 ° C. for 30 minutes. The temperature of the glass balls
45 wird dann auf 100°C eingestellt. Bei dieser Temperatur werden die Glaskugeln mit einer wäßrigen Lösung von 1,24 g Bariumacetat und 1,76 g Cäsiumacetat in 25 ml Wasser besprüht. Die Sprüh- geschwindigkeit beträgt 1 g/min. Nach dem Besprühen wird der so erhältliche Schalenkatalysator noch 2 Stunden bei einer Temperatur von 120°C getrocknet.45 is then set to 100 ° C. At this temperature, the glass balls are sprayed with an aqueous solution of 1.24 g of barium acetate and 1.76 g of cesium acetate in 25 ml of water. The spray speed is 1 g / min. After spraying, the tray catalyst obtained in this way is dried for a further 2 hours at a temperature of 120.degree.
5 Katalysator E5 catalyst E
Ein Glasgewebenetz (122-SIK70-ST01, Fa. Klevers) werden mit den Ausmaßen 1200x240 mm wird auf 120°C erwärmt. Beide Seiten des Net¬ zes werden gleichmäßig mit eine Lösung aus 2 g ortho-Phosphor- säure in 10 ml Wasser besprüht. Anschließend wird das Netz bei 10 120°C 2 Stunden lang getrocknet.A glass fabric net (122-SIK70-ST01, from Klevers) with the dimensions 1200x240 mm is heated to 120 ° C. Both sides of the network are sprayed uniformly with a solution of 2 g of orthophosphoric acid in 10 ml of water. The network is then dried at 10 120 ° C. for 2 hours.
Danach werden beide Seiten des erwärmten Netzes mit einer Lösung aus 2 g Cäsiumacetat und 1,5 g Bariumacetat in 15 ml Wasser be¬ sprüht. Nach erneutem Trocknen bei 120°C (2 Stunden) wird das Netz 15 in gerollter Form in den Reaktor eingebaut.Then both sides of the heated network are sprayed with a solution of 2 g of cesium acetate and 1.5 g of barium acetate in 15 ml of water. After drying again at 120 ° C. (2 hours), the network 15 is installed in rolled form in the reactor.
Herstellung von Ethylenimin aus Ethanolamin unter Verwendung der oben beschriebenen Katalysatoren.Preparation of ethyleneimine from ethanolamine using the catalysts described above.
20 Die Dehydratisierung von Ethanolamin wurde in einem kontinuier¬ lich betriebenen Rohrreaktor (Innendurchmesser 30 mm, Länge 300 mm) durchgeführt. Der Reaktor wurde elektrisch beheizt, die Katalysatormenge betrug jeweils 40 ml. In dem Reaktor wurden stündlich 120 1 Stickstoff und 30 g Ethanolamin dosiert. Das aus20 The dehydration of ethanolamine was carried out in a continuously operated tubular reactor (inside diameter 30 mm, length 300 mm). The reactor was heated electrically, the amount of catalyst was 40 ml each. 120 liters of nitrogen and 30 g of ethanolamine were metered into the reactor every hour. The end
25 dem Reaktor kommende Reaktionsgemisch wurde kondensiert. Das Kon¬ densat und der aus dem Reaktor kommende nichtkondensierte gas¬ förmige Anteil der Reaktionsmischung wurden jeweils gaschromato- graphisch untersucht. Die Flüssigphase wurde mit Natronlauge sta¬ bilisiert. Für die oben beschriebenen Katalysatoren sind die25 reaction mixture coming to the reactor was condensed. The condensate and the non-condensed gaseous portion of the reaction mixture coming from the reactor were each examined by gas chromatography. The liquid phase was stabilized with sodium hydroxide solution. For the catalysts described above, the
30 Temperaturbedingungen so wie die dabei erzielten Ergebnisse in der Tabelle angegeben.30 temperature conditions as the results obtained in the table.
Tabelletable
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
45 45

Claims

Patentansprüche claims
1. Schalenkatalysator bestehend aus einem Träger und einer dar- auf angeordneten katalytisch aktiven Schicht, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Träger aus einem Glas besteht, dessen Poren einen Durchmesser von mindestens 10 n haben und daß die ka¬ talytisch aktive Schicht Verbindungen von Elementen der Alka¬ limetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidengruppe des Periodischen Systems enthält.1. Shell catalyst consisting of a support and a catalytically active layer arranged thereon, characterized in that the support consists of a glass, the pores of which have a diameter of at least 10 n and that the catalytically active layer is composed of elements contains the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic table.
2. Schalenkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Kugeln oder Strängen oder einem Vlies, Netz oder Gewebe besteht und daß die katalytisch aktive Schicht auf dem jeweiligen Träger durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) erhältlich ist.2. coated catalyst according to claim 1, characterized in that the carrier consists of balls or strands or a fleece, mesh or fabric and that the catalytically active layer on the respective carrier by sputtering is obtainable.
3. Schalenkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er erhältlich ist durch Besprühen des Trägers mit wäßrige Lösungen mindestens einer Verbindung von Elementen der Alka¬ limetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidengruppe des Periodischen Systems sowie anschließendes Trocknen und gege¬ benenfalls Kalzinieren des imprägnierten Trägers.3. coated catalyst according to claim 1, characterized in that it is obtainable by spraying the support with aqueous solutions of at least one compound of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide group of the periodic table and subsequent drying and optionally calcining the impregnated carrier.
4. Schalenkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Träger zunächst mit Phosphorsäure imprägniert, bei Temperaturen bis zu 150°C tempert und ihn danach mit wä߬ rigen Lösungen mindestens einer Verbindung von Elementen der Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Lanthanidengruppen des Periodischen Systems imprägniert, trocknet und gegebenen¬ falls kalzimiert.4. coated catalyst according to claim 1, characterized in that the support is first impregnated with phosphoric acid, tempered at temperatures up to 150 ° C and then with aqueous solutions of at least one compound of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or lanthanide groups of the periodic system impregnated, dried and optionally calcined.
5. Schalenkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Schicht Verbindungen von Übergangsmetallen enthält.5. coated catalyst according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalytically active layer contains compounds of transition metals.
6. Schalenkatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Schicht Verbindungen von Elementen der 3. bis 7. Hauptgruppe des Pe- riodischen Systems enthält. 6. coated catalyst according to one of claims 1 to 5, characterized in that the catalytically active layer contains compounds of elements of the 3rd to 7th main group of the periodic system.
7. Verfahren zur Herstellung von Aziridinen der Formel7. Process for the preparation of aziridines of the formula
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
in der R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, Cj- bis Ce-Alkyl oder Aryl bedeuten und R5 zusätzlich noch für Benzyl, Ci-bis Ce-Hydroxyalkyl oder Ci- bis Cβ-Aπ-inoalkyl steht, durch intramolekulare katalytische Dehydratisierung von Alkanol¬ aminen der Formelin which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another are H, Cj- to Ce-alkyl or aryl and R 5 additionally for benzyl, Ci-to Ce-hydroxyalkyl or Ci to Cβ-Aπ -inoalkyl is by intramolecular catalytic dehydration of alkanolamines of the formula
Rl R3 R l R 3
HO C C NH R5 (II), R2 R4HO CC NH R 5 (II), R 2 R 4
in der die Substituenten R1, R2, R3, R4 und R5 die dafür in Formel I angegebene Bedeutung haben, in der Gasphase bei Tem- peraturen von mindestens 250°C an festen Katalysatoren undin which the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 have the meaning given for this in formula I, in the gas phase at temperatures of at least 250 ° C. over solid catalysts and
Isolieren der Aziridine aus dem Reaktionsgemisch, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß man die Dehydratisierung an Schalenkataly¬ satoren durchführt, bei denen der Träger aus einem Glas be¬ steht, dessen Poren einen Durchmesser von mindestens 10 nm haben, und daß die katalytisch aktive äußere Schicht derIsolation of the aziridines from the reaction mixture, characterized in that the dehydration is carried out on shell catalysts in which the support consists of a glass whose pores have a diameter of at least 10 nm and that the catalytically active outer layer the
Schalenkatalysatoren Verbindungen von elementen der Alkalime¬ tall-, Erdalkalimetall- und/oder der Lanthanidengruppe des Periodischen Systems enthält. Shell catalysts contain compounds of elements of the alkali metal, alkaline earth metal and / or the lanthanide group of the periodic system.
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