FR2651776A1 - PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF MONOMETHYLHYDRAZINE IN AQUEOUS SOLUTION. - Google Patents
PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF MONOMETHYLHYDRAZINE IN AQUEOUS SOLUTION. Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de synthèse de monométhylhydrazine en solution aqueuse par réaction, pendant une durée D1 , en milieu aqueux et sous atmosphère exempte d'oxygène, de monochloramine avec un excès molaire de monométhylamine en présence d'une base forte. On chauffe ensuite le milieu réactionnel, sous atmosphère exempte d'oxygène, entre 30 et 100degré C, pendant une durée D2 tel que D2 /D1 soit supérieur à 10, tout en maintenant le pH supérieur à 13,5, de façon à notamment éliminer le méthyldiazène, sous-produit particulier explosif et dangereux. On purifie et concentre ensuite le milieu réactionnel, de façon à obtenir une solution aqueuse concentrée en monométhylhydrazine. L'élimination du méthyldiazène améliore considérablement les conditions d'exploitation et la sécurité de mise en œuvre du procédé. On utilise notamment la monométhylhydrazine comme intermédiaire de synthèse et comme comburant pour les moteurs de fusées.The present invention relates to a process for the synthesis of monomethylhydrazine in aqueous solution by reacting, for a period D1, in aqueous medium and under an oxygen-free atmosphere, of monochloramine with a molar excess of monomethylamine in the presence of a strong base. The reaction medium is then heated, under an oxygen-free atmosphere, between 30 and 100 degrees C, for a period of time D2 such that D2 / D1 is greater than 10, while maintaining the pH greater than 13.5, so as in particular to eliminate methyldiazene, a particular explosive and dangerous by-product. The reaction medium is then purified and concentrated, so as to obtain a concentrated aqueous solution of monomethylhydrazine. The elimination of methyldiazene considerably improves the operating conditions and the safety of implementation of the process. Monomethylhydrazine is used in particular as a synthetic intermediate and as an oxidizer for rocket engines.
Description
La présente invention concerne la synthèse de la monométhylhy-The present invention relates to the synthesis of monomethylhy-
drazine (MMH) en solution aqueuse par réaction, en milieu aqueux ba- drazine (MMH) in aqueous solution by reaction, in an aqueous medium
sique, de la monochloramine avec un excès de monométhylamine. Elle a pour but d'améliorer les conditions d'exploitation et sic, monochloramine with an excess of monomethylamine. Its aim is to improve operating conditions and
la sécurité de mise en oeuvre de ce procédé. the security of implementation of this process.
On utilise notamment la MMH comme intermédiaire de synthèse en agrochimie et en pharmacie, ainsi que comme comburant pour les MMH is used in particular as a synthesis intermediate in agrochemistry and in pharmacy, as well as as an oxidizer for
moteurs de fusées.rocket engines.
On sait préparer industriellement la MMH en solution aqueuse We know how to prepare MMH industrially in aqueous solution
selon une technique dérivée du procédé RASHIG relatif à l'hydrazi- according to a technique derived from the RASHIG process relating to hydrazi-
ne et aux alkylhydrazines.ne and alkylhydrazines.
On peut schématiser ce procédé par les deux réactions princi- We can schematize this process by the two main reactions
pales suivantes: 1) NH3 + NaOCil NH2Cl + NaOH 2) NH2Cl + CH3NH2 + NaOH CH3 - NH - NH2 + NaCl + H20 Ces deux réactions sont en général effectuées successivement dans deux réacteurs différents qui sont reliés entre eux de façon à following blades: 1) NH3 + NaOCil NH2Cl + NaOH 2) NH2Cl + CH3NH2 + NaOH CH3 - NH - NH2 + NaCl + H2O These two reactions are generally carried out successively in two different reactors which are connected to each other so
tenir compte de la durée de vie limitée de la monochloramine. take into account the limited shelf life of monochloramine.
Après ces deux réactions, on purifie et concentre le milieu After these two reactions, the medium is purified and concentrated
réactionnel, en général par stripping puis distillation, afin d'ob- reaction, generally by stripping then distillation, in order to obtain
tenir une solution aqueuse pure en MMH et relativement concentrée, keep a pure aqueous solution in MMH and relatively concentrated,
environ 30% par exemple.around 30% for example.
La mise en oeuvre industrielle de ce procédé pose de nom- The industrial implementation of this process poses many
breux problèmes qui ont tous déjà été largement étudiés. many problems which have all been widely studied.
Un problème majeur est celui de la formation, en quantité re- A major problem is that of training, in quantity re-
lativement importante, de sous-produits volatils dont certains sont toxiques et d'autres susceptibles de se décomposer thermiquement ou en présence d'oxygène, ce qui risque de provoquer des explosions later, volatile by-products, some of which are toxic and others which may decompose thermally or in the presence of oxygen, which may cause explosions
lors de l'étape de concentration et de purification de la MMH. during the MMH concentration and purification step.
Ces sous-produits volatils limitent par ailleurs le rende- These volatile by-products also limit the return
ment et la pureté du produit fini.and the purity of the finished product.
Le caractère toxique ou explosif de certains de ces sous- The toxic or explosive nature of some of these
produits qui peuvent s'accumuler lors de la mise en oeuvre du procé- products which can accumulate during the implementation of the process
dé en continu, entraine des risques graves lors de l'exploitation dice continuously, entails serious risks during operation
industrielle, notamment lors de l'étape de purification et de con- industrial, especially during the purification and
centration de la fMMH puisque c'est lors de la mise en oeuvre de cet- fMMH centering since it is during the implementation of this-
te étape que les risques thermique, et d'oxydation par entrée intempestive d'air, sont les plus importants et que le recyclage des te stage that the thermal risks, and of oxidation by inadvertent air intake, are the most important and that the recycling of
réactifs légers en excès issus du stripping favorise cette accumula- excess light reagents from stripping promotes this accumulation
tion. US 3 394 184 et US 3 423 464 remédient au risque présenté par la présence d'azométhane (CH3-N=N-CH3) comme sous-produit dans le tion. US 3,394,184 and US 3,423,464 remedy the risk presented by the presence of azomethane (CH3-N = N-CH3) as a by-product in the
milieu réactionnel en éliminant celui-ci par distillation azéotropi- reaction medium by eliminating it by azeotropic distillation
que avant l'étape de concentration et de purification de la MMiH. before the MMiH concentration and purification step.
Ce perfectionnement ne résoud que partiellement le problème This improvement only partially solves the problem
dans la mesure o nous avons découvert que c'est surtout la présen- insofar as we discovered that it is mainly the present-
ce de méthyldiazène (CH3-N=NH) comme sous-produit dans le milieu ce of methyldiazene (CH3-N = NH) as a by-product in the medium
réactionnel qui rend le procédé potentiellement dangereux. En ef- reaction which makes the process potentially dangerous. Indeed-
fet le méthyldiazène est très instable; il explose au contact de the methyldiazene is very unstable; it explodes on contact with
l'oxygène et se décompose thermiquement dès 22 C en azote et métha- oxygen and decomposes thermally from 22 C into nitrogen and metha-
ne, alors que l'azométhane est thermiquement stable jusqu'à 200 C, ne, while azomethane is thermally stable up to 200 C,
c'est-à-dire aux températures de mise en oeuvre des diverses éta- that is to say at the operating temperatures of the various states
pes du procédé de synthèse de la MMH, y compris l'étape de purifica- pes of the process of synthesis of the MMH, including the stage of purification
tion et de concentration. A la connaissance de la Demanderesse, le problème de sécurité que pose la présence de méthyldiazène comme tion and concentration. To the knowledge of the Applicant, the safety problem posed by the presence of methyldiazene as
sous-produit lors de la synthèse de la MMH en solution aqueuse se- by-product during the synthesis of MMH in aqueous solution se-
lon les deux réactions principales précitées n'a jamais été évoqué, the two main reactions mentioned above have never been mentioned,
et encore moins, en conséquence, résolu. Un premier volet de la pré- and even less, as a result, resolved. A first part of the pre-
sente invention consiste donc en la découverte de ce problème. his invention therefore consists in the discovery of this problem.
Un second volet de la présente invention consiste à résoudre A second aspect of the present invention consists in solving
ce problème.this issue.
Dans ce but, la Demanderesse a découvert que, de façon inat- To this end, the Applicant has discovered that, unexpectedly
tendue, on élimine tout ou partie des sous-produits volatils, notam- stretched, all or part of the volatile by-products is eliminated, in particular
ment le méthyldiazène, en réalisant, après réaction de la monochlo- methyldiazene, realizing, after reaction of the monochlo-
ramine avec la monométhylamine et avant purification et concentra- ramine with monomethylamine and before purification and concentration
tion du milieu réactionnel, une étape supplémentaire de finition consistant à chauffer le milieu réactionnel, sous atmosphère exempte d'oxygène, dans des conditions très particulières de temps, température et pH. On améliore ainsi le rendement et la sécurité de fonctionnement du procédé en limitant la quantité de sous-produits volatils toxiques ou explosifs et notamment de méthyldiazène, avant l'étape de purification et de concentration, étape qui présente les tion of the reaction medium, an additional finishing step consisting of heating the reaction medium, under an oxygen-free atmosphere, under very specific conditions of time, temperature and pH. The yield and the operating safety of the process are thus improved by limiting the amount of volatile toxic or explosive by-products, and in particular methyldiazene, before the purification and concentration step, a step which presents the
risques d'explosion les plus élevés pour les raisons précitées. highest explosion risks for the above reasons.
La présente invention a donc pour objet un procédé de synthè- The present invention therefore relates to a method of synthesizing
se de monométhylhydrazine en solution aqueuse par lequel on fait réagir, pendant une durée D1, en milieu aqueux et sous atmosphère of monomethylhydrazine in aqueous solution by which it is reacted, for a period D1, in an aqueous medium and under an atmosphere
exempte d'oxygène, la monochloramine avec un excès molaire de mono- free of oxygen, monochloramine with a molar excess of mono-
méthylamine en présence d'une base forte, de préférence la soude, methylamine in the presence of a strong base, preferably sodium hydroxide,
pour former de la monométhylhydrazine et des sous-produits vola- to form monomethylhydrazine and volatile by-products
tils, puis en ce qu'on purifie et concentre le milieu réactionnel, then in that the reaction medium is purified and concentrated,
de préférence par stripping puis distillation, pour obtenir une so- preferably by stripping then distillation, to obtain a so-
lution aqueuse concentrée en monométhylhydrazine. aqueous solution concentrated in monomethylhydrazine.
Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'après According to the invention, this process is characterized in that after
réaction de la monochloramine avec la monométhylamine et avant puri- reaction of monochloramine with monomethylamine and before puri-
fication et concentration du milieu réactionnel, on réalise une éta- fication and concentration of the reaction medium, a
pe supplémentaire de finition consistant à chauffer le milieu réac- additional finishing pe consisting in heating the reaction medium
tionnel, sous atmosphère exempte d'oxygène, à une température com- under an oxygen-free atmosphere at a temperature
prise entre 30 C et 100 C, de préférence comprise entre 70 C et C, pendant une durée D2 tel que Dz/Di soit supérieur à 10, de préférence compris entre 50 et 1 000, tout en maintenant le pH du milieu réactionnel supérieur à 13,5, de façon à éliminer tout ou taken between 30 C and 100 C, preferably between 70 C and C, for a period D2 such that Dz / Di is greater than 10, preferably between 50 and 1000, while maintaining the pH of the reaction medium greater than 13.5, so as to eliminate all or
partie des sous-produits volatils précités et notamment le méthyl- part of the aforementioned volatile by-products and in particular methyl-
diazène qui est décomposé en azote et en méthane au cours de cette diazene which is broken down into nitrogen and methane during this
étape de finition.finishing step.
De façon particulièrement préférée ce procédé est mis en oeu- In a particularly preferred manner, this process is implemented
vre de façon continue, mais il peut toutefois aussi être mis en oeu- lives continuously, but it can also be implemented
vre de façon discontinue.lives discontinuously.
La durée Di de réaction de la monochloramine avec la monomé- The reaction time Di of the monochloramine with the monomer-
thylamine est en général de l'ordre de quelques secondes ou dizai- thylamine is generally on the order of a few seconds or ten-
nes de secondes car des durées supérieures entrainent une baisse du nes of seconds because longer durations cause a decrease in the
rendement et la présence, en quantité plus importante, des sous- yield and the presence, in larger quantities, of the
produits toxiques ou explosifs.toxic or explosive products.
De façon générale, on utilise la chloramine, la monométhylami- Generally, chloramine, monomethylamine,
ne et la base forte en solutions aqueuses. On peut aussi utiliser ne and the strong base in aqueous solutions. We can also use
ces produits à l'état pur, notamment la monométhylamine. Ces pro- these products in their pure state, in particular monomethylamine. These pro-
duits purs ou solutions sont de préférence conservés sous atmosphè- pure products or solutions are preferably stored in an atmosphere
re exempte d'oxygène, sous azote par exemple. De façon particulière- re free of oxygen, under nitrogen for example. In particular-
ment préférée, une surpression permet l'alimentation de ces solu- Preferably, an overpressure allows the feeding of these solutions.
tions ou produits purs liquides vers le réacteur dans lequel ils réagiront. Cette réaction ainsi que l'étape supplémentaire de finition tions or pure liquid products to the reactor in which they will react. This reaction and the additional finishing step
ont lieu sous atmosphère exempte d'oxygène. Lors d'une mise en oeu- take place in an oxygen-free atmosphere. During an implementation
vre en discontinu, on y parvient par exemple par barbotage d'un gaz vre discontinuously, this is achieved for example by bubbling a gas
inerte, azote ou argon, dans le réacteur. inert, nitrogen or argon, in the reactor.
Lors d'une mise en oeuvre en continu, les sous-produits vola- During continuous processing, the volatile by-products
tils formés et les réactifs en excès, permettent d'établir une tel- tils formed and excess reagents, allow to establish such a
le atmosphère dans le réacteur.the atmosphere in the reactor.
Selon l'invention, il est nécessaire de maintenir le pH du mi- According to the invention, it is necessary to maintain the pH of the mid
lieu réactionnel supérieur à 13,5 durant l'étape supplémentaire de finition. On y parvient par exemple en ajoutant une base forte au reaction site greater than 13.5 during the additional finishing step. This is achieved for example by adding a strong base to the
cours de cette étape. Toutefois, de façon particulièrement préfé- during this stage. However, particularly preferably
rée, la quantité de base forte présente lors de la réaction entre la monochloramine et la monométhylamine est telle qu'elle permette de maintenir le pH du milieu réactionnel supérieur à 13,5 durant The amount of strong base present during the reaction between monochloramine and monomethylamine is such that it allows the pH of the reaction medium to be kept above 13.5 during
l'étape supplémentaire de finition, sans qu'il soit nécessaire d'a- the additional finishing step, without the need to a-
jouter une base lors de cette étape. Cette façon d'opérer simpli- add a base during this step. This simplified way of operating
fie la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. relies on the implementation of the method according to the invention.
On peut facilement contrôler le pH du milieu réactionnel à The pH of the reaction medium can easily be controlled at
l'aide de sondes connues de mesure de pH. using known pH measurement probes.
Pour réaliser l'étape finale de purification et concentra- To carry out the final purification step and concentrate
tion du milieu réactionnel, on réalise de préférence, dans un pre- tion of the reaction medium, it is preferably carried out, in a pre-
mier temps, un stripping sous pression permettant d'éliminer les im- first, a pressure stripping to remove the im-
puretés légères notamment l'excès des réactifs que l'on peut éven- light purities, in particular the excess of reagents which may be
tuellement recycler, et dans un deuxième temps, une distillation de you recycle, and secondly, a distillation of
la solution aqueuse diluée de monométhylhydrazine, 1% environ en gé- the dilute aqueous solution of monomethylhydrazine, approximately 1% in general
néral, résultant du stripping, de façon à recueillir en tête de mineral, resulting from stripping, so as to collect at the top of
colonne de distillation une solution aqueuse azéotropique concen- distillation column a concentrated azeotropic aqueous solution
trée, 30% environ, de monométhylhydrazine. very low, about 30%, of monomethylhydrazine.
Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, la According to a preferred variant of the method according to the invention, the
monochloramine est obtenue en milieu aqueux basique ayant un pH com- monochloramine is obtained in basic aqueous medium having a pH
pris entre 10 et 14, sous atmosphère exempte d'oxygène, par réac- taken between 10 and 14, in an oxygen-free atmosphere, by reaction
tion, à une température comprise entre -10 C et +10 C, de l'ammo- tion, at a temperature between -10 C and +10 C, of ammonium
niac avec un hypochlorite alcalin, de préférence l'hypochlorite de sodium. On utilise de préférence, selon cette variante, l'ammoniac et niac with an alkaline hypochlorite, preferably sodium hypochlorite. Preferably, according to this variant, ammonia and
l'hypochlorite alcalin en solutions aqueuses. alkaline hypochlorite in aqueous solutions.
De façon particulièrement préférée, toujours selon cette va- In a particularly preferred manner, always according to this va-
riante, le milieu aqueux basique est un tampon ammoniacal NH3-NH4Cl laughing, the basic aqueous medium is an ammonia buffer NH3-NH4Cl
jouant le double rôle de tampon et de source en ammoniac. Les solu- playing the double role of buffer and source of ammonia. The solutions
tions sont de préférence conservées sous atmosphère exempte d'oxygè- These are preferably stored in an oxygen-free atmosphere.
ne, sous azote par exemple. De façon particulièrement préférée, une ne, under nitrogen for example. Particularly preferably, a
surpression permet l'alimentation de ces solutions vers le réac- overpressure allows these solutions to be fed to the reac-
teur dans lequel elles réagiront.in which they will react.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de cet- According to a particularly preferred embodiment of this-
te variante, la monochloramine est obtenue dans un premier réac- variant, monochloramine is obtained in a first reaction
teur comportant une entrée pour l'introduction du milieu aqueux ba- tor comprising an entry for the introduction of the aqueous medium
sique, de l'hypochlorite alcalin et de l'ammoniac et une sortie par alkaline hypochlorite and ammonia and an outlet by
laquelle, après formation de la monochloramine, on évacue le mi- which, after formation of the monochloramine, removes the mid-
lieu réactionnel à l'aide de moyens connus appropriés, canalisa- reaction site using appropriate known means, channeled
tions en acier inoxydable par exemple, vers l'entrée d'un second stainless steel for example, towards the entrance of a second
réacteur que l'on alimente également en base forte et en monométhy- reactor which is also supplied with a strong base and with monomethyl
lamine et dans lequel on forme ainsi la monométhylhydrazine et les sousproduits volatils, ce second réacteur comportant une sortie laminate and in which monomethylhydrazine and volatile by-products are thus formed, this second reactor having an outlet
par laquelle, après formation de la monométhylhydrazine et des sous- whereby, after formation of the monomethylhydrazine and the
produits volatils, on évacue le milieu réactionnel à l'aide de moyens connus appropriés, canalisations en acier inoxydable par volatile products, the reaction medium is removed using suitable known means, stainless steel pipes by
exemple, vers l'entrée d'un troisième réacteur dans lequel on réali- example, towards the entrance of a third reactor in which we
se l'étape supplémentaire de finition, ce troisième réacteur, de the additional finishing step, this third reactor,
préférence un réacteur piston muni d'une double enveloppe permet- preferably a piston reactor fitted with a double jacket allows
tant la circulation d'un fluide, comportant une sortie par laquel- both the circulation of a fluid, comprising an outlet through which
le, à l'issue de cette étape supplémentaire de finition, on évacue the, at the end of this additional finishing step, we evacuate
le milieu réactionnel à l'aide de moyens connus appropriés, canali- the reaction medium using suitable known means, canali-
sations en acier inoxydable par exemple, vers des moyens connus de purification et de concentration de ce milieu, de préférence de stainless steel stations for example, towards known means for purifying and concentrating this medium, preferably
stripping puis de distillation.stripping and then distillation.
Selon une variante, après formation de la monochloramine dans le premier réacteur, on évacue le milieu réactionnel à l'aide de moyens connus appropriés, canalisations en acier inoxydable par exemple, vers l'entrée d'un mélangeur que l'on alimente également en monométhylamine, le mélange ainsi obtenu étant évacué à l'aide de moyens connus appropriés, canalisation en acier inoxydable par According to a variant, after formation of the monochloramine in the first reactor, the reaction medium is removed using suitable known means, pipes made of stainless steel for example, towards the inlet of a mixer which is also supplied with monomethylamine, the mixture thus obtained being discharged using suitable known means, stainless steel pipeline by
exemple, vers l'entrée du second réacteur que l'on alimente égale- example, towards the entrance of the second reactor which is also supplied
ment en base forte.strong base.
Selon une autre variante, on remplace dans la variante précé- According to another variant, the preceding variant is replaced
dente la monométhylamine par la base forte et la base forte par la split the monomethylamine by the strong base and the strong base by the
monométhylamine.monomethylamine.
Selon une autre variante, le rapport molaire entre la base According to another variant, the molar ratio between the base
forte et l'hypochlorite alcalin est supérieur ou égal à 2. Ce rap- strong and the alkaline hypochlorite is greater than or equal to 2. This ratio
port peut aussi toutefois être inférieur à 2. port can also be less than 2.
De façon générale lorsque l'on met en oeuvre le procédé se- Generally when the process is carried out
lon l'invention de façon continue, on préfère, après l'étape supplé- lon the invention continuously, it is preferred, after the additional step
mentaire de finition et avant purification et concentration du mi- finishing and before purification and concentration of the medium
lieu réactionnel, réguler la pression du milieu réactionnel de fa- reaction site, regulate the pressure of the reaction medium in such a way
çon à ce qu'elle soit de l'ordre de quelques l05 Pa (quelques bar). We want it to be of the order of a few l05 Pa (a few bars).
Les exemples 1 à 8 non limitatifs suivants réalisés de façon The following nonlimiting examples 1 to 8 carried out so
continue illustrent la mise en oeuvre de l'invention. continue to illustrate the implementation of the invention.
L'exemple 1 a été mis en oeuvre dans l'appareillage Example 1 was implemented in the apparatus
schématisé figure 1.shown schematically in Figure 1.
Cette appareillage comprend: - un premier réacteur 1, de type SULZER, de volume 1 cm3, This apparatus includes: - a first reactor 1, of the SULZER type, with a volume of 1 cm 3,
- un second réacteur 2, de type SULZER, de volume 1 cm3, si- - a second reactor 2, of the SULZER type, with a volume of 1 cm 3, if
tué en aval du réacteur 1,killed downstream of reactor 1,
- un troisième réacteur 3, situé en aval du réacteur 2, cons- - a third reactor 3, located downstream of reactor 2, constitutes
titué d'un serpentin de longueur 10 m et de volume 200 cm3 dont la température est fixée par celle du bain thermostaté 4 dans lequel il est immergé, - des dispositifs d'alimentation en continu 5, 6, 7 et 8 de solutions aqueuses: with a coil 10 m long and 200 cm3 in volume, the temperature of which is fixed by that of the thermostatically controlled bath 4 in which it is immersed, - continuous supply devices 5, 6, 7 and 8 of aqueous solutions:
* le dispositif 5 permet l'alimentation d'un tampon ammonia- * device 5 allows the supply of an ammonia buffer
D cal NH3-NH4Cl dont la température est fixée à -7 C à l'ai- D cal NH3-NH4Cl whose temperature is set at -7 C a-
de d'un cryostat, tampon pour lequel la concentration to- of a cryostat, a buffer for which the concentration to-
tale en NH3 + NH4Cl est 6,2 mol/kg et le rapport molaire NH4Cl/NH3 est égal à 0,5 * le dispositif 6 permet l'alimentation d'une solution aqueuse d'hypochlorite de sodium (eau de Javel) dont la concentration est 1,65 mol/kg et la température est -11 C * le dispositif 7 permet l'alimentation d'une solution aqueuse de monométhylamine dont la concentration est 13,0 mol/kg et la température de l'ordre de 20 C * le dispositif 8 permet l'alimentation d'une solution aqueuse de soude dont la concentration est 7,7 mol/kg et la température est de l'ordre de 20 C * les dispositifs 5 et 6 alimentent le premier réacteur 1 et les dispositifs 7 et 8 alimentent le second réacteur 2, le dispositif 7 étant situé en amont du dispositif 8 tale of NH3 + NH4Cl is 6.2 mol / kg and the NH4Cl / NH3 molar ratio is equal to 0.5 * device 6 allows the supply of an aqueous solution of sodium hypochlorite (bleach), the concentration is 1.65 mol / kg and the temperature is -11 C * the device 7 allows the supply of an aqueous solution of monomethylamine whose concentration is 13.0 mol / kg and the temperature of the order of 20 C * the device 8 allows the supply of an aqueous sodium hydroxide solution whose concentration is 7.7 mol / kg and the temperature is of the order of 20 C * the devices 5 and 6 feed the first reactor 1 and the devices 7 and 8 feed the second reactor 2, the device 7 being located upstream of the device 8
* des pompes doseuses non représentées sur le schéma figu- * dosing pumps not shown in the diagram fig-
re 1 permettent de régler les débits aux valeurs souhai- re 1 set the flow rates to the desired values
tées,tees,
- un mélangeur 9 de volume 1 cm3 situé entre les alimenta- - a mixer 9 with a volume of 1 cm3 located between the feeds
tions 7 et 8, - un stripper 10 situé en aval du réacteur 3, - un appareil de distillation 11 situé en aval du stripper 10, - un dispositif, non représenté sur le schéma figure 1, de tions 7 and 8, - a stripper 10 located downstream of the reactor 3, - a distillation apparatus 11 located downstream of the stripper 10, - a device, not shown in the diagram in figure 1, of
pressurisation et d'inertage des diverses solutions aqueuses à ali- pressurization and inerting of various aqueous feed solutions
menter,lie,
- un ensemble, non représenté sur le schéma figure 1, de cap- - a set, not shown in the diagram in Figure 1, of cap-
teurs de température, de pression et de sondes de mesure de pH, - des dispositifs, non représentés sur le schéma figure 1, de prélèvement du milieu réactionnel (phases liquide et/ou gazeuse) temperature, pressure and pH measurement probes, - devices, not shown in the diagram in FIG. 1, for sampling the reaction medium (liquid and / or gas phases)
permettant son analyse.allowing its analysis.
- des canalisations 12, 13 de diamètre intérieur environ 1 mm, en acier inoxydable, permettant l'introduction des réactifs et la - pipes 12, 13 with an internal diameter of about 1 mm, made of stainless steel, allowing the introduction of reagents and the
circulation du milieu réactionnel dans le sens indiqué par les flè- circulation of the reaction medium in the direction indicated by the arrows
ches sur le schéma figure 1 - un dispositif 14 permettant de réguler à environ 4 105 Pa (4 bar) la pression du milieu réactionnel en amont du troisième ches on the diagram figure 1 - a device 14 making it possible to regulate at approximately 4 105 Pa (4 bar) the pressure of the reaction medium upstream of the third
réacteur 3.reactor 3.
On alimente tout d'abord le réacteur 1 d'une part en tampon ammoniacal avec un débit de 8,2 g/min à l'aide du dispositif 5 et d'autre part en solution d'hypochlorite de sodium avec un débit de g/min à l'aide du dispositif 6, ce qui permet de former, dans ce The reactor 1 is firstly supplied with ammonia buffer with a flow rate of 8.2 g / min using the device 5 and secondly with sodium hypochlorite solution with a flow rate of g / min using the device 6, which makes it possible to form, in this
réacteur 1, de la monochloramine. La température du milieu réaction- reactor 1, monochloramine. The temperature of the reaction medium
nel dans ce réacteur 1 est de 0 C. Le milieu réactionnel s'évacue alors vers le mélangeur 9 que l'on alimente également en solution aqueuse de monométhylamine avec un débit de 13 g/min à l'aide du dispositif 7. Après mélange, le milieu réactionnel s'évacue vers le nel in this reactor 1 is 0 C. The reaction medium is then evacuated towards the mixer 9 which is also supplied with an aqueous solution of monomethylamine with a flow rate of 13 g / min using the device 7. After mixing , the reaction medium is evacuated towards the
réacteur 2 que l'on alimente également en solution aqueuse de sou- reactor 2 which is also supplied with an aqueous solution of
de avec un débit de 4,7 g/min à l'aide du dispositif 8. On forme of with a flow rate of 4.7 g / min using the device 8. We form
ainsi dans ce réacteur 2 de la monométhylhydrazine et des sous-pro- thus in this reactor 2, monomethylhydrazine and subpro-
duits volatils. Le milieu réactionnel s'évacue ensuite vers le réac- volatile products. The reaction medium is then evacuated to the reaction
teur 3 dont la température est fixée à 40'C. Le milieu réactionnel s'évacue ensuite vers le stripper 10 o sont notamment éliminés, en tête de colonne 15, l'ammoniac et la monométhylamine en excès, puis vers l'appareil de distillation 11 o l'on recueille en tête tor 3 whose temperature is fixed at 40 ° C. The reaction medium is then evacuated towards the stripper 10 o are eliminated in particular, at the top of the column 15, the ammonia and the monomethylamine in excess, then towards the distillation apparatus 11 o is collected at the head
de colonne 16 une solution aqueuse pure et concentrée (30 % envi- from column 16 a pure and concentrated aqueous solution (about 30%
ron) en monoméhtylhydrazine. Les conditions de stripping et de dis- ron) to monoméhtylhydrazine. The stripping and dis-
tillation sont celles habituellement mises en oeuvre et bien con- tillation are those usually implemented and well con-
nues de l'homme de métier.naked of the skilled person.
Pour mettre en oeuvre l'exemple 2, les alimentations 7 et 8 ont été inversées et pour les exemples 3 à 8, le mélangeur 9 a été To implement Example 2, the supplies 7 and 8 were reversed and for Examples 3 to 8, the mixer 9 was
supprimé, le milieu réactionnel s'évacuant donc directement du réac- removed, the reaction medium therefore being evacuated directly from the reaction
teur 1 vers le réacteur 2 alimenté simultanément en monométhylami- 1 to reactor 2 fed simultaneously with monomethylami-
ne et en soude par les dispositifs 7 et 8. ne and soda by devices 7 and 8.
De plus, pour les exemples 3 à 5, on fixe le débit de l'ali- In addition, for examples 3 to 5, the flow rate of the feed is fixed.
mentation en solution aqueuse de soude à respectivement 3,3 g/min, mentation in aqueous sodium hydroxide solution at 3.3 g / min respectively,
4,3 g/min et 5,3 g/min, au lieu de 4,7 g/min pour les autres exem- 4.3 g / min and 5.3 g / min, instead of 4.7 g / min for the other examples
ples. De ce fait, le rapport molaire entre la soude et l'hypochli- ples. As a result, the molar ratio between soda and hypochli-
te de sodium est pour les exemples 3 à 5 respectivement 1,54, 2,0 te of sodium is for examples 3 to 5 respectively 1.54, 2.0
et 2,46 au lieu de 2,2 pour les autres exemples. and 2.46 instead of 2.2 for the other examples.
Par ailleurs, pour les exemples 7 et 8, on fixe la températu- re du réacteur 3 à respectivement 60 C et 76 C, au lieu de 40 C Furthermore, for examples 7 and 8, the temperature of reactor 3 is fixed at 60 ° C. and 76 ° C. respectively, instead of 40 ° C.
pour les autres exemples.for the other examples.
Pour tous les exemples, le rapport entre la durée D2 de sé- For all the examples, the relationship between the duration D2 of se-
jour du milieu réactionnel dans le réacteur 3, c'est-à-dire la du- day of the reaction medium in reactor 3, that is to say the
rée de l'étape supplémentaire de finition, et la durée Di de sé- of the additional finishing step, and the duration Di of se-
jour du milieu réactionnel dans le réacteur 2, c'est-à-dire la du- day of the reaction medium in reactor 2, that is to say the
rée pendant laquelle on fait réagir la monochloramine formée dans le réacteur 1 avec un excès molaire de monométhylamine en présence reaction during which the monochloramine formed in reactor 1 is reacted with a molar excess of monomethylamine in the presence
d'une base forte, est voisin de 250. of a strong base, is close to 250.
Le pH du milieu réactionnel dans le réacteur 3 lors de l'éta- The pH of the reaction medium in reactor 3 during the
pe supplémentaire de finition est 14,3 pour les exemples 3 et 4, 14,4 pour l'exemple 5, 14,5 pour les exemples 7 et 8 et 14,6 pour additional finishing pe is 14.3 for examples 3 and 4, 14.4 for example 5, 14.5 for examples 7 and 8 and 14.6 for
les exemples 1, 2 et 6.examples 1, 2 and 6.
On a réalisé divers prélèvements du milieu réactionnel, pour Various samples of the reaction medium were carried out, to
analyses. La teneur en MMH a été déterminée par polagraphie. Le mé- analyzes. The MMH content was determined by logging. To me-
thyldiazène, mis en évidence qualitativement dans tous les exem- thyldiazene, demonstrated qualitatively in all examples
ples par couplage chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse sur des prélèvements du milieu réactionnel réalisés entre les réacteurs 2 et 3, n'a pas été directement dosé. Compte-tenu du fait ples by coupling gas chromatography / mass spectrometry on samples of the reaction medium carried out between reactors 2 and 3, was not directly assayed. Given that
que le méthyldiazène se décompose dans le réacteur 3 en azote de mé- that the methyldiazene decomposes in the reactor 3 into nitrogen of
thane, on a dosé le méthane et l'azote par chromatographie en pha- thane, we measured methane and nitrogen by pha-
se gazeuse dans la phase gazeuse du milieu réactionnel à la sortie du réacteur 3.La quantité de méthane formé peut être assimilée à la quantité de méthyldiazène détruite puisqu'à la connaissance de la is gaseous in the gas phase of the reaction medium at the outlet of the reactor 3. The amount of methane formed can be compared to the amount of methyldiazene destroyed since, to the knowledge of the
Demanderesse le méthane ne peut provenir que de cette seule décompo- Applicant methane can only come from this decomposition alone
sition, l'azote pouvant au contraire provenir également par exem- On the contrary, nitrogen can also come, for example,
ple de la décompositon d'autres sous-produits. full of decomposition of other by-products.
Les résultats de dosage de la MMH sont exprimés d'une part en concentration (% en poids) dans le milieu réactionnel et d'autre part en moles par mole d'hypochlorite de sodium introduite, cette The MMH assay results are expressed on the one hand in concentration (% by weight) in the reaction medium and on the other hand in moles per mole of sodium hypochlorite introduced, this
dernière valeur étant donc égale au centième du rendement en MMH. the latter value therefore being equal to one hundredth of the yield in MMH.
Les résultats du dosage de l'azote et du méthane sont expri- The results of the determination of nitrogen and methane are expressed
més en moles par mole d'hypochlorite de sodium introduite. moles per mole of sodium hypochlorite introduced.
DD
Le tableau 1 suivant présente, pour chaque exemple, le résul- Table 1 below presents, for each example, the result
tat de ces dosages.status of these dosages.
I I [I I [
Ex N2 CH4 MMH | MMH N (mol) (mol) (mol) | () | J I iI Ex N2 CH4 MMH | MMH N (mol) (mol) (mol) | () | J I iI
I 1 0,23 0,09 0,53 1 1,12I 1 0.23 0.09 0.53 1 1.12
I I III I II
2 0,24 0,04 0,59 1,272 0.24 0.04 0.59 1.27
! I!! I!
I 3 0,47 0,07 0,45 1,01I 3 0.47 0.07 0.45 1.01
t l t t Jt l t t J
4 0,20 0,11 0,47 0,974 0.20 0.11 0.47 0.97
I i lI i l
I5 I0,20 0,12,471 0,96I5 I0.20 0.12.471 0.96
JI I 1JI I 1
I 6 0,15 0,03 0,55 1,12 1I 6 0.15 0.03 0.55 1.12 1
J I I t t J 7 | 0,08 o,OD 0,54 1,11J I I t t J 7 | 0.08 o, OD 0.54 1.11
! I I! I I
I 8 0,03 0,06 0,61 J 1,23I 8 0.03 0.06 0.61 J 1.23
*ItI I I Tableau 1* ItI I I Table 1
La comparaison des exemples 6 à 8 montre que, de façon inat- A comparison of Examples 6 to 8 shows that, unexpectedly
tendue, on obtient une meilleure élimination du méthyldiazène, donc une meilleure efficacité de l'étape supplémentaire de finition, et tense, better elimination of the methyldiazene is obtained, therefore better efficiency of the additional finishing step, and
un meilleur rendement en MMH, lorsque, toutes choses égales par ail- a better yield in MMH, when, all other things being equal
leurs, on augmente la température de mise en oeuvre de cette étape. their, the temperature of implementation of this step is increased.
Par ailleurs la comparaison des exemples 1, 2 et 6, montre que, tou- Furthermore, the comparison of Examples 1, 2 and 6 shows that, all
tes choses égales par ailleurs, on détruit, de façon inattendue, beaucoup plus de méthyldiazène lorsqu'on opère selon les modalités your things equal, we destroy, unexpectedly, a lot more methyldiazene when we operate according to the modalities
de l'exemple 1.from example 1.
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