Производство N-метиланилина осуществляют N-алкилированием анилина метанолом в присутствии водорода при атмосферном давлении в присутствии катализатора. Наибольшее распространение получил способ производства на промышленных медноокисных катализаторах конверсии оксида углерода серии НТК (НТК-4, НТК-4м, НТК-8, НТК-10, НТК-10–1) при 180–220°С [1]. В последнее время для N-алкилирования аминов широко используют медьсодержащие катализаторы [2–3].
Анализ производства N-метиланилина в присутствии катализатора НТК-4 показал, что данная технология позволяет получить технический N-метиланилин требуемого качества. Стадия подготовки сырья к переработке в данном процессе состоит в испарении и смешивании реагентов, является простой в исполнении, потому не подвергалась детальному анализу. Основные проблемы при осуществлении данного способа связаны со стадией синтеза, а также выделения N-метиланилина. На стадии синтеза выявлен ряд недостатков на стадии синтеза, связанных с протеканием побочных процессов, потерей активности катализатора, а также необходимостью проведения процесса при относительно низких температурах и в присутствии водорода. Большая часть этих проблем вызвана применением катализатора НТК-4. Его эксплуатацию необходимо проводить в присутствии водорода при температуре не более 230°С. Четкое регулирование температуры в слое катализатора достигается путем применения трубчатых реакторов с циркуляцией теплоносителя в межтрубном пространстве. Также катализатор недостаточно селективен в отношении реакции монометилирования анилина и, как следствие, образуется побочный продукт – диметиланилин. Отсутствует возможность регенерации катализатора и после потери активности требуется его замена. Для увеличения срока службы катализатора, предотвращения его преждевременного осмоления, а также повышения его активности процесс ведут в присутствии водорода. При постепенном снижении активности катализатора температуру процесса повышают с шагом в 1–2°С. При достижении максимальной температуры в 230°С происходят необратимые повреждения катализатора и он подлежит утилизации. Анализ также показал, что из-за наличия большого количества компонентов в продуктовой смеси, выходящей из реактора, требуется сложная и энергоемкая схема выделения ММА и регенерации анилина и метанола. Поэтому было разработано предложение по замене катализатора НТК-4 на новый катализатор, содержащий оксиды меди, хрома, железа, кобальта и цинка на носителе из оксида алюминия [4].
При выборе катализатора руководствуются несколькими аспектами: активность, длительность работы и селективность. Катализатор НТК-4, уступает по данным параметрам новому катализатору. Способ производства нового катализатора включает пропитку носителя из оксида алюминия раствором нитрата меди с добавлением нитратов модифицирующих металлов из группы, включающей марганец, хром, железо, кобальт, цинк, сушку и прокалку пропитанного носителя при температуре, обеспечивающей эффективное превращение нанесенных нитратов в оксиды соответствующих металлов. При этом после прокалки катализатор подвергают дополнительной пропитке раствором аммиаката меди, содержание меди в котором в пересчете на оксид составляет 0,6–7,0 % мас. по отношению к массе катализатора, сушат при 100–120°С и прокаливают при 230–250°С, причем после первой прокалки содержание оксида меди составляет 10,1–13 % к массе катализатора, а после второй прокалки оно увеличивается на 0,6–5,0 %. Сравнительные испытания показали, что такая обработка оказывает существенное влияние на длительность работы катализатора, а так же увеличивает стабильность в 1,5–2,0 раза [4].
Интервал допустимых температур процесса при использовании нового катализатора возрастает с 160–230°С до 220–270 °С. Более высокая температура проведения процесса обусловливает более высокие скорость реакции и удельную производительность контактного аппарата. При использовании нового катализатора, данная температура не приведет к его перегреву и дальнейшему повреждению, а позволит повысить селективность реакции и избежать образования большого количества диметиланилина. Повышение температуры способствует поддержанию газообразного состояния реакционной массы.
Установлено, что новый катализатор обладает свойствами, позволяющими получить продукт, с содержанием N-метиланилина 98,3 %, анилина – 1,3 %, N,N-диметиланилина – 0,4. Выход по N-метиланилину составляет 98,4 % [4].
Очевидно, что описанный в патенте [4] катализатор позволяет проводить более селективное метилирование анилина в сравнении с катализатором НТК-4, обеспечивающим выход N-метиланилина в 97,9 % при выходе диметиланилина в 1,5 %.