CZ284681B6 - Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine - Google Patents

Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine Download PDF

Info

Publication number
CZ284681B6
CZ284681B6 CZ951189A CZ118995A CZ284681B6 CZ 284681 B6 CZ284681 B6 CZ 284681B6 CZ 951189 A CZ951189 A CZ 951189A CZ 118995 A CZ118995 A CZ 118995A CZ 284681 B6 CZ284681 B6 CZ 284681B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nmmo
nmm
solution
amine
hydrazine
Prior art date
Application number
CZ951189A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ118995A3 (en
Inventor
Josef Prof. Ing. Drsc. Pašek
Jiří Ing. Csc. Volf
Petr Ing. Csc. Hudec
Original Assignee
Vysoká Škola Chemicko-Technologická
Spolana A. S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká Škola Chemicko-Technologická, Spolana A. S. filed Critical Vysoká Škola Chemicko-Technologická
Priority to CZ951189A priority Critical patent/CZ284681B6/en
Publication of CZ118995A3 publication Critical patent/CZ118995A3/en
Publication of CZ284681B6 publication Critical patent/CZ284681B6/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

A method of preparing N-methylmorpholinoxide by oxidising N-methylmorpholine in an aqueous hydrogen peroxide solution at a temperature of 55 to 75 degrees C with a molar ratio of H2O2/amine=0.4 to 0.9, preferably 0.5 to 0.70 possibly in the presence of chelating reagents, possibly in the presence of CO2, with distilling off of unprecipitated N-methylmorpholine under reduced pressure. After adding hydrogen peroxide to the reaction mix and after a decrease in its concentration to 0.05 to 0.15 % of mass, 0.01 to 0.05 % of mass of hydrazine is added, calculated to the reaction mix, and the mixture is kept at reaction temperature for a further half to three hours.

Description

Způsob výroby N-methylmorfolinoxiduProcess for preparing N-methylmorpholine oxide

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu přípravy málo zbarvených roztoků N-methylmorfolinoxidu (NMMO) s nízkým obsahem nitrosomorfolinu (NOMOR), který se používá k přípravě celulózových vláken. K tomuto účelu se používá roztok, obsahující 50 až 60 % hmotn. N-methylmorfolinoxidu s obsahem do 300 ppb nitrosomorfolinu.The present invention relates to a process for the preparation of low-color, low-nitrosomorpholine (NOMOR) low-N-methylmorpholine oxide (NMMO) solutions used to prepare cellulosic fibers. For this purpose, a solution containing 50 to 60 wt. N-methylmorpholine oxide containing up to 300 ppb of nitrosomorpholine.

Fyzikální rozpouštění celulózy spolu s jednoduchou a kvantitativní regenerací rozpouštědla je ve srovnání s viskózovou technologií výroby vlákna radikální inovací, zejména z hlediska ochrany pracovního a životního prostředí.The physical dissolution of cellulose together with the simple and quantitative solvent recovery is a radical innovation compared to the viscose fiber production technology, especially in terms of protection of the working and environment.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

NMMO se vyrábí reakcí N-methylmorfolinu (NMM) s peroxidem vodíku podle rovnice 1.NMMO is produced by reacting N-methylmorpholine (NMM) with hydrogen peroxide according to Equation 1.

/CH3 *“ O N+f + H2o w V/ CH3 * “ON + f + H 2 ow V

Reakce probíhá vzhledem k oběma reaktantům s téměř kvantitativním výtěžkem. Patentová literatura se proto zaměřuje na kvalitu vyráběného NMMO.The reaction proceeds with respect to both reactants in an almost quantitative yield. The patent literature therefore focuses on the quality of NMMO produced.

V patentu firmy Eastman Kodak Co. (US 3 447 939, DE 1694048 2.9.1966), zaměřeného na použití oxidů cyklických aminů jako rozpouštědla makromolekulámích látek, se popisuje příprava oxidů cyklických terciárních aminů, mezi nimi na prvním místě NMMO. Při oxidaci aminu se pracuje s poměrem H2O2/amin = 0,98. V příkladu přípravy NMMO je chybný údaj o navážce peroxidu, podle kterého by byl molámí poměr H2O2 /amin = 0,83, přičemž výtěžek oxidu na peroxid je vysoko přes 100 %. Všechny další údaje v patentu svědčí o aplikaci téměř ekvimolekulámího poměru reagujících látek.In the Eastman Kodak Co. patent (US 3,447,939, DE 1694048 02.09.1966), which focuses on the use of cyclic amine oxides as a solvent for macromolecular substances, describes the preparation of cyclic tertiary amine oxides, among them NMMO first. The oxidation of the amine is carried out with an H2O2 / amine ratio of 0.98. In the example of the preparation of NMMO, the peroxide weighing data, according to which the molar ratio H 2 O 2 / amine = 0.83, with a yield of oxide per peroxide high above 100%, is erroneous. All other data in the patent suggest the application of an almost equimolecular ratio of reactants.

Do NMM, obsahujícího 8 % hmotn. vody, se v průběhu 4 až 5 hodin vnese 35% roztok H2O2 při teplotě 67 až 72 °C. Pak byla směs udržována při reakční teplotě ještě 2 hodiny a po vychladnutí byl přebytek peroxidu rozložen enzymem katalázou. Žlutý olej byl odvodněn azeotropickou rektifíkací s benzenem a bezvodý NMMO byl pak nalit do acetonu, přičemž se vyloučily krystaly NMMO ve výtěžku 89,6 %, počítáno na NMM. Zbytek NMMO a nečistoty pravděpodobně zůstávají v matečném roztoku.To NMM containing 8 wt. of water, a 35% solution of H 2 O 2 is added over a period of 4 to 5 hours at a temperature of 67 to 72 ° C. The mixture was then kept at the reaction temperature for a further 2 hours and after cooling the excess peroxide was decomposed by the catalase enzyme. The yellow oil was dewatered by azeotropic rectification with benzene and anhydrous NMMO was then poured into acetone, precipitating NMMO crystals in a yield of 89.6%, calculated on NMM. The rest of the NMMO and impurities are likely to remain in the mother liquor.

Podobný postup popisuje CS AO 218 714, kde se též pracuje s poměrem H^/amin = 0,98 a teplotě 67 až 72 °C. Rozdíl od patentu Eastman Kodak Co, je jen v tom, že se reakční směs nejprve extrahuje acetonem, čímž se zbaví nezreagováného NMM, a pak se teprve odvodňuje rektifíkací s benzenem. Tím se však ztrácí efekt čištění NMMO krystalizaci.A similar procedure is described in CS AO 218 714, which also operates at an H 2 / amine ratio of 0.98 and a temperature of 67-72 ° C. The only difference from Eastman Kodak Co is that the reaction mixture is first extracted with acetone to get rid of unreacted NMM and then only dewatered by rectification with benzene. This, however, loses the effect of purifying the NMMO by crystallization.

Pro výrobu vláken se používají vodné roztoky NMMO a je proto účelné se při přípravě NMMO vyhnout odvodňování a krystalizaci. Je však třeba i bez krystalizace připravit dostatečně čistý roztok NMMO.For the production of fibers, aqueous NMMO solutions are used and it is therefore advisable to avoid dewatering and crystallization in the preparation of NMMO. However, a sufficiently pure NMMO solution should be prepared without crystallization.

Jedním z požadavků na kvalitu NMMO je zbarvení roztoku. Při postupu podle US 3 447 939 se získá oranžový roztok NMMO. V patentovém spisu DD 254 199 se zdůrazňuje, že při výroběOne of the requirements for NMMO quality is the coloring of the solution. The procedure of US 3,447,939 gives an orange NMMO solution. In DD 254 199, it is emphasized that in production

- 1 CZ 284681 B6 roztoku NMMO se světlým zbarvením se musí reakční teplota udržovat v rozmezí +1 K a roztok H2O2 se musí do reakční směsi jemně dispergovat, např. pomocí trysky. Pracuje se s ekvimolekulámím poměrem reaktantů při teplotě 69 až 72 °C.The light color NMMO solution must be maintained at +1 K and the H 2 O 2 solution must be gently dispersed into the reaction mixture, for example by means of a nozzle. An equimolecular reactant ratio is used at a temperature of 69-72 ° C.

Podle dalšího patentu stejné skupiny autorů (DD 259 863) se do 90 % hmotn. NMM zavádí po dobu 3,5 hodin 48% roztok H2O2 při 75 °C a pak se směs míchá dalších 5 hodin. Pracuje se se stechiometrickým poměrem reaktantů. Reakční směs se pak propouští čtyřmi kolonami plněnými katexem, přičemž se před vstupem do 4. kolony přidává k reakční směsi kyselina fosforečná. Na katexu se zřejmě zachycuje nezreagovaný NMM.According to another patent of the same group of authors (DD 259 863) up to 90 wt. The NMM is introduced over a period of 3.5 hours with a 48% H 2 O 2 solution at 75 ° C and then stirred for an additional 5 hours. The stoichiometric ratio of the reactants is used. The reaction mixture is then passed through four cation exchange columns, and phosphoric acid is added to the reaction mixture before entering the 4th column. Unreacted NMM appears to be trapped on the cation exchanger.

V patentovém spisu firmy Hiils AG (EP 0 254 803) se uvádí, že se čistota NMMO zvýší, jestliže se výchozí NMM nejprve rektifikuje s vodou na 74% azeotrop, který se pak oxiduje.The patent of Hiils AG (EP 0 254 803) states that the purity of NMMO is increased when the initial NMM is first rectified with water to a 74% azeotrope which is then oxidized.

Vliv rektifikace NMM před oxidací na čistotu NMM je pochopitelný, protože NMM stejně jako jiné terciární aminy při skladování žloutne působením vzdušného kyslíku. Je ovšem otázkou, zda je vyčištění výchozí látky před chemickou reakcí vůbec patentovatelné. V příkladu se NMM rektifikuje se stejným množstvím vody na koloně. Do získané azeotropické směsi se během dvou hodin vneslo 35 % hmotn. Η2Ο2 v poměru FECE/amin = 0,82. Pak se při 68 °C směs míchala ještě 6 hodin. Nakonec se za vakua oddestiloval nezreagovaný NMM a část vody tak, aby roztok obsahoval 60 % hmotn. NMMO. Získaný roztok NMMO obsahuje 2 ppm Η2Ο2, 0,1 % hmotn. NMM a číslo kyselosti je 0,1 mg KOH/g. Roztok je nažloutlý. Citovaný patentový spis chrání molámí poměr H2O2/NMM = 0,75 až 0,90, což zajišťuje úplné proreagování peroxidu. Odstranění nezreagovaného NMM vakuovou destilací je snadné.The effect of rectification of NMM prior to oxidation on NMM purity is understandable because NMM, like other tertiary amines, yellows upon storage under atmospheric oxygen. The question is, however, whether the purification of the starting material before the chemical reaction is even patentable. In the example, the NMM is rectified with the same amount of water on the column. 35% by weight of the resulting azeotropic mixture were introduced within two hours. Η 2 Ο 2 in FECE / amine ratio = 0,82. The mixture was then stirred at 68 ° C for 6 hours. Finally, unreacted NMM and some of the water were distilled off under vacuum so that the solution contained 60 wt. NMMO. The obtained NMMO solution contains 2 ppm Η 2 Ο 2 , 0.1 wt. NMM and the acid number is 0.1 mg KOH / g. The solution is yellowish. The cited patent protects a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.75 to 0.90, ensuring complete peroxide reaction. Removal of unreacted NMM by vacuum distillation is easy.

Již vr. 1967 byl patentován (US 3 333 000) postup na výrobu trialkylaminoxidů, zejména triethylaminoxidu, při kterém se oxidace aminu peroxidem vodíku katalyzuje alkalickým hydrogenuhličitanem a alkalickým polyfosfátem. Polyfosfáty a jiné chelatační látky brání rozkladu peroxidu na vodu a kyslík. Při oxidaci triethylaminu bez uvedeného katalytického systému byl výtěžek oxidu na H2O2 jen 30,8 %, za přítomnosti katalyzátorů byl výtěžek teoretický.Already incl. In 1967, a process for the production of trialkylamine oxides, in particular triethylamine oxide, in which the oxidation of the amine with hydrogen peroxide is catalyzed by an alkali bicarbonate and an alkaline polyphosphate, was patented (US 3,333,000). Polyphosphates and other chelating agents prevent the breakdown of peroxide into water and oxygen. When triethylamine was oxidized without the catalyst system, the yield of H 2 O 2 was only 30.8%, in the presence of catalysts the yield was theoretical.

Největší význam mají oxidy terciárních aminů s jedním dlouhým uhlíkatým řetězcem (zejména dimethyllaurylaminu), používané jako tenzidy. Bylo zjištěno, že při oxidaci těchto aminů peroxidem vodíku má oxid uhličitý větší katalytický efekt než hydrogenuhličitan (US 4 247 480, 1981). Obsah CO2 má být 0,01 až 2 % hmotn., počítáno na terciární amin. Zároveň se přidávají stabilizátory peroxidu, jako jsou polyfosfáty, ethylendiamintetraoctová kyselina (EDTA), cíničitany aj. Pracuje se s poměrem H2O2/amin = 1,05 až 1,1, protože mastný amin se nedá od roztoku oxidu oddělit a musí úplně zreagovat.Of particular importance are the single long carbon chain tertiary amine oxides (especially dimethyl laurylamine) used as surfactants. In oxidizing these amines with hydrogen peroxide, carbon dioxide has been found to have a greater catalytic effect than bicarbonate (US 4,247,480, 1981). The CO 2 content should be 0.01 to 2% by weight, based on the tertiary amine. At the same time peroxide stabilizers such as polyphosphates, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tin stannates etc. are added. The H 2 O 2 / amine ratio is 1.05 to 1.1, because the fatty amine cannot be separated from the oxide solution and has to react .

Francouzský patent 2 632 638 (1988) chrání použití CO2 jako katalyzátoru při oxidaci terciárních aminů peroxidem vodíku, přičemž první bod předmětu vynálezu je shodný s US 4 247 480, který není v přehledu dosavadních poznatků uveden. Příklady jsou zaměřeny na triethylaminoxid.French Patent 2,632,638 (1988) protects the use of CO 2 as a catalyst in the oxidation of tertiary amines with hydrogen peroxide, the first aspect of the invention being identical to US 4,247,480, which is not disclosed in the prior art. Examples are directed to triethylamine oxide.

V poslední době se kvalita oxidů hodnotí podle obsahu nitrosaminů, který kolísá v rozmezí 50 až 10 000 ppb. Při oxidaci dimethyllauiylaminu vzniká karcinogenní dimethylnitrosamin a dále Nnitroso-N-methyllaurylamin. Při přípravě NMMO vzniká hlavně N-nitrosomorfolin (NOMOR).More recently, the quality of oxides has been evaluated according to the nitrosamine content, which varies between 50 and 10,000 ppb. Oxidation of dimethyl lauryl amine produces carcinogenic dimethylnitrosamine and Nnitroso-N-methyllaurylamine. In the preparation of NMMO mainly N-nitrosomorpholine (NOMOR) is produced.

První postup na přípravu aminoxidů s nízkým obsahem nitrosaminů popisuje EP 307184 (8.9.1987) firmy Ethyl Corporation. Podle patentu se terciární aminy oxidují peroxidem vodíku za přítomnosti CO2 při teplotě nižší než 45 °C. Zatímco za přítomnosti CO2 při teplotě 65 °C a 10% přebytku H2O2 byl získán produkt s obsahem 96 ppb dimethylnitrosaminu, při teplotě pod 40 °C byl obsah nitrosaminů pod mezí detekce. Doporučuje se 3 až 7 % hmotn. CO2 na hmotnost aminu. Je možno namítnout, že již v patentu US 4 247 480 je popsána příprava oxidů za přítomnosti CO2 při 40 až 80 °C.A first procedure for the preparation of low nitrosamine amine oxides is described in EP 307184 (8.9.1987) of Ethyl Corporation. According to the patent, tertiary amines are oxidized with hydrogen peroxide in the presence of CO 2 at a temperature below 45 ° C. While a product containing 96 ppb dimethylnitrosamine was obtained in the presence of CO 2 at 65 ° C and a 10% excess of H 2 O 2 , at a temperature below 40 ° C the nitrosamine content was below the detection limit. 3 to 7 wt. CO 2 by weight of amine. It can be argued that already U.S. Pat. No. 4,247,480 describes the preparation of oxides in the presence of CO 2 at 40 to 80 ° C.

-2 CZ 284681 B6-2 CZ 284681 B6

Další patent firmy Ethyl Corporation (EP 320 694, 22.11. 1988) chrání přípravu oxidů terciárních aminů za přítomnosti CO2 a askorbové kyseliny, přičemž obě příměsi mají synergický efekt na snížení obsahu nitrosaminů. Doporučuje se poměr H2O2 /amin = 1,0 až 1,5, preferuje se 1,1 až 1,2. Reakční teplota je 0 až 100 °C, preferována je teplota 45 až 75 °C, koncentrace CO2 0,05 až 5 %, počítáno na hmotnost aminu, a stejný je i obsah askorbové kyseliny. Jsou uvedeny 3 srovnávací pokusy.Another patent of Ethyl Corporation (EP 320,694, Nov. 22, 1988) protects the preparation of tertiary amine oxides in the presence of CO 2 and ascorbic acid, both having a synergistic effect on the reduction of nitrosamines. A H 2 O 2 / amine ratio of 1.0 to 1.5 is recommended, 1.1 to 1.2 is preferred. The reaction temperature is 0 to 100 ° C, preferably 45 to 75 ° C, a CO 2 concentration of 0.05 to 5%, based on the weight of the amine, and the content of ascorbic acid is the same. Three comparative experiments are presented.

pouze CO2 pouze AK oba d imethy lnitrosam in methyldodecylnitrosamin ppb 37 ppb nedetek. 216 ppb nedetek. nedetek.only CO 2 only AK both dimethylenitrosam and methyldodecylnitrosamine ppb 37 ppb 216 ppb nedetek. nedetek.

Další patent firmy Ethyl Corporation (EP 356 918, 29.8.1988) chrání přípravu aminoxidů prostých nitrosaminů oxidací terciárních aminů peroxidem vodíku za přítomnosti kovového titanu. Bez titanu i bez CO2 se získá z dimethyllaurylaminu 30% roztok oxidu, obsahující asi 700 ppb obou nitrosaminů, za přítomnosti titanového plechu obsahuje roztok oxidu 310 ppb nitrosaminů, za přítomnosti CO2 96 ppb a při účinku obou byl obsah nitrosaminů pod mezí detekce 10 ppb.Another patent by Ethyl Corporation (EP 356,918, Aug 29, 1988) protects the preparation of nitrosamine-free amine oxides by oxidation of tertiary amines with hydrogen peroxide in the presence of titanium metal. Both titanium-free and CO 2 -free, a 30% oxide solution is obtained from dimethyllaurylamine containing about 700 ppb of both nitrosamines, containing 310 ppb of nitrosamines in the presence of a titanium plate, 96 ppb in the presence of CO 2, and nitrosamines below 10 ppb.

Poslední z řady patentů firmy Ethyl Corporation (EP 426 084, 30.10. 1989) popisuje přípravu aminoxidů za přítomnosti CO2 zředěného nejméně stejným objemem inertního plynu. Při obsahu 60 % hmotn. CO2 a více v plynu nad reakční směsí se získá oranžový produkt, při použití plynu s obsahem 20 až 40 % hmotn. CO2 je roztok oxidu pouze nažloutlý.The last of a number of patents of Ethyl Corporation (EP 426 084, October 30, 1989) describes the preparation of amine oxides in the presence of CO 2 diluted with at least an equal volume of inert gas. At a content of 60 wt. CO 2 or more in the gas above the reaction mixture gave an orange product using a gas containing 20 to 40 wt. CO 2 is a yellowish oxide solution only.

Firma Albright and Wilson Limited chrání (GB 2 252 320, 2.2.1991) stabilizaci roztoků aminoxidů vůči tvorbě nitrosaminů při výrobě i skladování přídavkem 2,5 až 20 % hmotn. hydrogenuhličitanu nebo uhličitanu, počítáno na hmotnost aminu. Oxid uhličitý prý nechrání před tvorbou nitrosaminů dokonale, zejména při skladování roztoků. Při oxidaci se doporučuje přidávat chelatotvomé látky k zabránění rozkladu peroxidu vodíku. V příkladech je udáván obsah NO skupin. Při oxidaci terciárního aminu obchodní značky Empigen AB při poměru H2O2/amin = 0,9 při 40 °C, za přídavku 0,4 % hmotn. sodné soli EDTA byla získána následující závislost:Albright and Wilson Limited protects (GB 2,252,320, February 2, 1991) the stabilization of amine oxide solutions against nitrosamine formation during production and storage by the addition of 2.5 to 20 wt. bicarbonate or carbonate, calculated on the weight of the amine. It is said that carbon dioxide does not protect nitrosamines perfectly, especially when storing solutions. During oxidation it is recommended to add chelating agents to prevent decomposition of hydrogen peroxide. In the examples, the content of NO groups is given. When oxidizing a tertiary amine of the trade mark Empigen AB at a H 2 O 2 / amine ratio of 0.9 at 40 ° C, with the addition of 0.4 wt. sodium EDTA was obtained the following dependence:

% hmotn. NaHCO3 na amin 0 0,71 1,8 3,6 7,15 10 ppb NO 314 611 406 237 64 66% wt. NaHCO 3 per amine 0 0,71 1,8 3,6 7,15 10 ppb NO 314 611 406 237 64 66

Další patent stejné firmy (EP 553 800, 31.1.1992) popisuje synergický efekt hydrogenuhličitanu nebo uhličitanu a organického fosfonátu. Patent chrání koncentraci hydrogenuhličitanu 0,05 až 20 % hmotn. a fosfonátu 0,005 až 5 % hmotn. na hmotnost terciárního aminu. Jako účinné fosfonáty se uvádějí aminotrimethylenfosfonát, ethylendiaminotetrakismethylenfosfonát aj. Při oxidaci je účelné přidávat chelatační činidla, která stabilizují peroxid vodíku a urychlují oxidaci, avšak nemají vliv na tvorbu nitrosaminů. Při kombinaci 0,1 % hmotn. fosfonátu a 1 % hmotn. NaHCO3 na amin a při stechiometrickém poměru H2O2/amin byl získán roztok dimethyllaurylaminoxidu s obsahem nitrososkupin 34 ppb.Another patent of the same company (EP 553 800, January 31, 1992) describes the synergistic effect of bicarbonate or carbonate and organic phosphonate. The patent protects the bicarbonate concentration from 0.05 to 20 wt. % and phosphonate 0.005 to 5 wt. by weight of the tertiary amine. Effective phosphonates include aminotrimethylene phosphonate, ethylenediaminotetrakismethylene phosphonate and the like. In oxidation, it is useful to add chelating agents that stabilize hydrogen peroxide and accelerate oxidation, but do not affect the formation of nitrosamines. With a combination of 0.1 wt. % phosphonate and 1 wt. NaHCO 3 per amine and a stoichiometric H 2 O 2 / amine ratio yielded a solution of dimethyl lauryl amine having a nitroso group content of 34 ppb.

Firma BASF ve svém patentu (EP 545 208, 6.12. 1991) uvádí, že obsah nitrosaminů v roztoku oxidu závisí na obsahu primárních a sekundárních aminů ve výchozím terciárním aminu. Patent chrání postup, při kterém se vychází z terciárních aminů, které obsahují méně než 0,05 % hmotn.In its patent (EP 545,208, December 6, 1991), BASF states that the nitrosamine content of the oxide solution depends on the content of primary and secondary amines in the starting tertiary amine. The patent protects a process starting from tertiary amines containing less than 0.05 wt.

primárních a sekundárních aminů. S výhodou se nežádoucí aminy odstraňují přídavkem reagentů, jako jsou acylhalogenidy, anhydridy kyselin, sulfonylhalogenidy aj. Uvedený patentprimary and secondary amines. Preferably, unwanted amines are removed by the addition of reagents such as acyl halides, acid anhydrides, sulfonyl halides and the like.

BASF jako jediný popisuje přípravu NMMO s nízkým obsahem nitrosaminů. Ve srovnávacím pokusu byl oxidován methylmorfolin s obsahem 0,3 % hmotn. primárních a sekundárních aminů.BASF alone describes the preparation of NMMO with a low nitrosamine content. In a comparative experiment, methyl morpholine containing 0.3 wt. primary and secondary amines.

-3 CZ 284681 B6-3 CZ 284681 B6

Během dvou hodin byl při 70 °C vnesen 30 % hmotn. roztok H2O2 s molámím poměrem H2O2/NMM = 0,9. Pak byla směs míchána ještě 7 hodin při 70 °C. Nezreagovaný NMM byl oddestilován za tlaku 10 kPa a získal se tak 57% hmotn. roztok NMMO, který obsahoval 3100 ppb nitrosaminů. Jestliže byl NMMO připraven z NMM, přečištěného destilací na obsah 0,02 % hmotn. primárních a sekundárních aminů, pak obsahoval pod 50 ppb nitrosaminů.30% w / w was introduced at 70 ° C over two hours. H 2 O 2 solution with a molar ratio H 2 O 2 / NMM = 0.9. The mixture was then stirred at 70 ° C for 7 hours. The unreacted NMM was distilled off at 10 kPa to give 57 wt. NMMO solution containing 3100 ppb of nitrosamines. When NMMO was prepared from NMM, purified by distillation to a content of 0.02 wt. primary and secondary amines, then contained below 50 ppb of nitrosamines.

Stejný efekt byl docílen, jestliže se před oxidací přidal k výchozímu N-methylmorfolinu acetanhydrid v množství 0,0045 mol na 1 mol NMM a směs se nechala 1 hodinu reagovat.The same effect was achieved if, prior to oxidation, acetic anhydride was added to the starting N-methylmorpholine in an amount of 0.0045 mol per 1 mol of NMM and the mixture was allowed to react for 1 hour.

Jak při přípravě NMMO, tak i v případě oxidů mastných aminů (tenzidů) má značný význam zbarvení produktu. Získané roztoky oxidů mají obvykle žluté až oranžové zbarvení. V literatuře je popsáno, že při katalýze oxidace terciárních aminů oxidem uhličitým se získají žluté až oranžové produkty. Několik patentových spisů zde již citovaných se zaměřuje právě na zbarvení roztoků oxidů.In the preparation of NMMO and in the case of fatty amine oxides (surfactants) the color of the product is of great importance. The oxide solutions obtained are usually yellow to orange in color. It is described in the literature that catalysis of the tertiary amine oxidation with carbon dioxide gives yellow to orange products. Several of the patents cited herein focus on the coloring of oxide solutions.

Ve všech postupech, které sledují přípravu co nej světlejších roztoků NMMO, se pracuje s přibližně ekvimolekulámím poměrem H2O2/NMM. Podle našich zkušeností malý přebytek peroxidu skutečně udržuje světlé zbarvení reakční směsi. Citované patentové spisy však neuvádějí obsah zbytkového H2O2 v roztoku NMMO. Přitom výrobci vláken požadují obsah H2O2 pod 50 ppm. Při práci s ekvimolekulámím poměrem reaktantů vzniká též nepřípustné množství karcinogenního nitrosomorfolinu, až o řád více, než kolik připouštějí výrobci vláken (300 ppb).In all procedures that pursue preparation of as light as possible NMMO solutions, an approximately equimolecular H 2 O 2 / NMM ratio is employed. In our experience, a small excess of peroxide indeed maintains the bright color of the reaction mixture. However, the cited patents do not disclose the content of residual H 2 O 2 in the NMMO solution. At the same time, fiber producers demand a H 2 O 2 content below 50 ppm. Working with the equimolecular ratio of reactants also generates an inadmissible amount of carcinogenic nitrosomorpholine, up to an order of magnitude higher than that permitted by fiber manufacturers (300 ppb).

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Způsob přípravy bezbarvého nebo jen nepatrně nažloutlého roztoku NMMO oxidací NMM peroxidem vodíku při 55 až 75 °C s molámím poměrem H2O2/NMM = 0,4 až 0,9 podle vynálezu spočívá v tom, že se po vnesení roztoku peroxidu a jeho proreagování na úroveň 0,1 + 0,05 % hmotn. H2O2 v reakční směsi přidá 0,01 až 0,05% hmotn. hydrazinu, počítáno na hmotnost reakční směsi, a reakční směs se nechá při reakční teplotě doreagovat ještě 1 až 3 hodiny. Nezreagovaný NMM se oddělí známým postupem, tj. vakuovou rektifikací.The process for preparing a colorless or only slightly yellow NMMO solution by oxidizing NMM with hydrogen peroxide at 55 to 75 ° C with a molar ratio of H 2 O 2 / NMM = 0.4 to 0.9 according to the invention consists in that after the peroxide solution and its reacting to a level of 0.1 + 0.05 wt. H 2 O 2 in the reaction mixture adds 0.01 to 0.05 wt. hydrazine, calculated on the weight of the reaction mixture, and allowed to react at the reaction temperature for a further 1 to 3 hours. Unreacted NMM is separated by a known method, i.e. by vacuum rectification.

Reakční směs žloutne, až když koncentrace H2O2 klesne pod 0,1 % hmotn. Jestliže i před tím žluté látky vznikají, jsou peroxidem vyběleny. Přídavek hydrazinu podle vynálezu částečně rozkládá H2O2, avšak současně brání vzniku žlutých látek. Byla zkoušena i jiná redukční činidla, která reagují sH2O2, žádné žních však nedávalo bezbarvý roztok NMMO, některá, jako například askorbová kyselina, způsobují zhnědnutí roztoku.The reaction mixture turns yellow only when the H 2 O 2 concentration falls below 0.1 wt. If yellow substances are formed before, they are bleached with peroxide. The addition of hydrazine according to the invention partially decomposes H 2 O 2 , but at the same time prevents the formation of yellow substances. Was tested, other reducing agents that react sH 2 O 2, no harvest, did not give a colorless solution of NMMO, some, such as ascorbic acid, cause browning of the solution.

Podle našich měření průběhu koncentrace H2O2 s časem reaguje peroxid jen z části s hydrazinem, větší část reaguje s NMM. Proto přídavek hydrazinu nemusí ani odpovídat stechiometrii rovniceAccording to our measurements of the course of the H 2 O 2 concentration, peroxide reacts only partially with hydrazine, while most reacts with NMM. Therefore, the addition of hydrazine may not even correspond to the stoichiometry of the equation

NH2NH2 + 2 H2O2 -> N2 + 4 H2ONH 2 NH 2 + 2 H 2 O 2 -> N 2 + 4 H 2 O

Po oddestilování nezreagovaného NMM zbývá ve finálním roztoku NMMO pod 0,01 % hmotn. hydrazinu. Malý obsah hydrazinu může mít pozitivní efekt na inhibici tvorby peroxidů v roztoku NMMO při výrobě celulózového vlákna. Hydrazin je toxický pro aktivovaný kal a do biologického čištění může přicházet odpadní voda s obsahem max. 1 ppm hydrazinu. Vzhledem k vlastnostem hydrazinu a ke způsobu výroby vlákna nemůže vznikat odpadní voda s vyšší koncentrací hydrazinu než 1 ppm.After unreacted NMM was distilled off, the final NMMO solution remained below 0.01% by weight. hydrazine. Low hydrazine content can have a positive effect on inhibition of peroxide formation in NMMO solution in the production of cellulose fiber. Hydrazine is toxic to activated sludge and wastewater containing up to 1 ppm of hydrazine may be fed to biological treatment. Due to the properties of hydrazine and the fiber production process, wastewater with a hydrazine concentration higher than 1 ppm cannot be produced.

-4CZ 284681 B6-4GB 284681 B6

S ohledem na zbarvení roztoku NMMO je možné hydrazin využít při oxidaci s dosti vysokým molámím poměrem Η2Ο2/ΝΜΜ až 0,9. S ohledem na obsah NOMOR je však účelné pracovat s poměrem H2O2/NMM = 0,4 až 0,7. Větší přebytek NMM je výhodný i z hlediska rychlosti proreagování H2O2. Ze stejných důvodů je optimální teplota 60 až 65 °C.Due to the coloring of the NMMO solution, hydrazine can be used in oxidation with a relatively high molar ratio of Η 2 Ο 2 / ΝΜΜ to 0.9. However, with respect to the NOMOR content, it is expedient to work with an H 2 O 2 / NMM ratio of 0.4 to 0.7. Greater excess NMM is also advantageous in terms of H 2 O 2 reaction rate. For the same reasons, the optimum temperature is 60 to 65 ° C.

Výhodná je zejména kombinace přídavku hydrazinu s chelatačními látkami, jako jsou pyrofosforečnan sodný, ethylendiamintetraoctan sodný nebo cíničitan sodný. V takovém případě se získá naprosto bezbarvý roztok NMMO, který obsahuje pod 50 ppb nitrosomorfolinu.Particular preference is given to combining the addition of hydrazine with chelating agents such as sodium pyrophosphate, sodium ethylenediaminetetraacetate or sodium stannate. In this case, an absolutely colorless NMMO solution is obtained which contains below 50 ppb of nitrosomorpholine.

Vhodná je i aplikace hydrazinu podle vynálezu v kombinaci s katalytickým působením CO2. Oxid uhličitý však katalyzuje oxidaci terciárních aminů tak silně, že po vnesení peroxidu je jeho koncentrace pod hranicí 0,05 % hmotn. a přídavek hydrazinu sice sníží intenzitu zbarvení, ne však do té míry, jako v případě, že se hydrazin přidá v souladu s vynálezem v době, kdy je koncentrace peroxidu kolem 0,1 % hmotn. Je proto účelné aplikovat při oxidaci NMM koncentraci CO2 do 1 % hmotn. na hmotnost aminu a ještě snížit reakční teplotu např. na 60 °C. Běžně se NMM oxiduje při teplotě kolem 65 °C. Nastavením vhodné kombinace rychlosti dávkování roztoku H2O2, koncentrace CO2 a reakční teploty lze docílit, aby po skončení dávkování H2O2 byla jeho koncentrace 0,1 až 0,2 % hmotn. a pak lze hydrazin úspěšně aplikovat.The use of the hydrazine according to the invention in combination with the catalytic action of CO 2 is also suitable. However, carbon dioxide catalyses the oxidation of tertiary amines so strongly that after the introduction of peroxide its concentration is below 0.05% by weight. and the addition of hydrazine decreases the color intensity, but not to the extent that hydrazine is added in accordance with the invention at a time when the peroxide concentration is about 0.1% by weight. It is therefore expedient to apply a CO 2 concentration of up to 1 wt. to the weight of the amine and further reduce the reaction temperature to e.g. 60 ° C. Normally, the NMM is oxidized at a temperature of about 65 ° C. By setting a suitable combination of the H 2 O 2 feed rate, the CO 2 concentration and the reaction temperature, the concentration of H 2 O 2 may be 0.1 to 0.2 wt. and then hydrazine can be successfully applied.

Příklady provedeníExamples

Příklad 1Example 1

Do sulfonační baňky o objemu 2 litry, opatřené míchadlem, bylo předloženo 1200 g azeotropu NMM-voda s obsahem 73 % hmotn. NMM. Po vyhřátí termostatu, ve kterém byla baňka umístěna, a po propláchnutí aparatury dusíkem se začal nastřikovat 35% roztok H2O2. Roztok H2O2 byl dávkován rovnoměrnou rychlostí po dobu tří hodin, přičemž molámí poměr H2O2 /NMM byl 0,6. Během dávkování peroxidu a při doreagování byla udržována teplota 60 °C. Reakční směs byla stále intenzivně míchána. Po vnesení všeho peroxidu byla baňka propláchnuta dusíkem.A 2 liter sulfonation flask equipped with a stirrer was charged with 1200 g of the NMM-water azeotrope containing 73 wt. NMM. After heating the thermostat in which the flask was placed and flushing the apparatus with nitrogen, a 35% H 2 O 2 solution was injected. The H 2 O 2 solution was dosed at a steady rate for three hours with a molar H 2 O 2 / NMM ratio of 0.6. A temperature of 60 ° C was maintained during peroxide dosing and post-reaction. The reaction mixture was stirred vigorously. After all peroxide was introduced, the flask was purged with nitrogen.

Po vnesení roztoku H2O2 byla směs udržována na reakční teplotě ještě 1,5 hodiny, kdy koncentrace H2O2 klesla na 0,1 % hmotn. V této době bylo k reakční směsi přidáno 0,4 g hydrazinhydrátu a pak byla směs míchána při reakční teplotě 60 °C ještě 1,5 hodiny. Obsah peroxidu poklesl na 0,007 % hmotn.After the introduction of the H 2 O 2 solution, the mixture was kept at the reaction temperature for 1.5 hours, when the H 2 O 2 concentration dropped to 0.1 wt. At this time, 0.4 g of hydrazine hydrate was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred at 60 ° C for 1.5 hours. The peroxide content decreased to 0.007 wt.

Bezbarvá reakční směs byla přenesena do rektifikační aparatury a za tlaku 20 až 13 kPa byl oddestilován N-methylmorfolin a část vody. V baňce zůstal bezbarvý 60% roztok NMMO. Výtěžek NMMO na zreagovaný NMM byl 100 %, na H2O2 pak 97 %.The colorless reaction mixture was transferred to the rectification apparatus and N-methylmorpholine and a portion of water were distilled off at 20 to 13 kPa. A colorless 60% NMMO solution remained in the flask. The yield of NMMO on the converted NMM was 100%, on H 2 O 2 97%.

Při srovnávacím pokusu bez přídavku hydrazinu byl získán žlutý roztok NMMO.In a comparative experiment without addition of hydrazine, a yellow NMMO solution was obtained.

Příklad 2Example 2

NMM byl oxidován za podmínek příkladu 1 s tím rozdílem, že k předloženému aminu bylo přidáno 0,3 g Na4P2O7 10 H2O a reakční teplota byla 67 °C. Za 1 hodinu po vnesení roztokuThe NMM was oxidized under the conditions of Example 1 except that 0.3 g Na 4 P 2 O 7 10 H 2 O was added to the amine and the reaction temperature was 67 ° C. 1 hour after the solution was introduced

H2O2 obsahovala reakční směs 0,09 % hmotn. H2O2 a tehdy byl přidán 30% roztok hydrazinhydrátu v množství 1,5 g. Po další hodině klesla koncentrace H2O2 pod 0,01 % hmotn. a reakční směs byla zpracována stejně jako v příkladu 1. Byl získán roztok s 60 % hmotn. NMMO, který byl naprosto bezbarvý a obsahoval 20 ppb nitrosomorfolinu.H 2 O 2 contained 0.09 wt. H 2 O 2 was added, at which time a 30% solution of hydrazine hydrate was added in an amount of 1.5 g. After another hour, the H 2 O 2 concentration dropped below 0.01% by weight. and the reaction mixture was worked up as in Example 1. A solution with 60 wt. NMMO, which was completely colorless and contained 20 ppb of nitrosomorpholine.

-5 CZ 284681 B6-5 CZ 284681 B6

Příklad 3Example 3

NMMO byl oxidován jako v příkladu 1, avšak za přídavku 1 % hmotn. CO2, počítáno na amin, amolámí poměr H2O2/NMM byl 0,7. Po vnesení roztoku peroxidu obsahovala reakční směs 0,28 % H2O2 a po dalších 20 minutách bylo přidáno 1,5 g 30% roztoku hydrazinhydrátu. Po půl hodině poklesla koncentrace H2O2 pod 0,01 % hmotn. a směs byla zpracována rektifikací stejně jako v příkladu 1. Byl získán jen slabě nažloutlý roztok s 60 % hmotn. NMMO s obsahem 25 ppb nitrosomorfolinu.The NMMO was oxidized as in Example 1, but with the addition of 1 wt. The CO 2 , calculated on the amine, was the H 2 O 2 / NMM ratio of 0.7. After the peroxide solution was introduced, the reaction mixture contained 0.28% H 2 O 2 and after a further 20 minutes 1.5 g of a 30% hydrazine hydrate solution was added. After half an hour, the H 2 O 2 concentration dropped below 0.01 wt%. and the mixture was rectified as in Example 1. Only a slightly yellowish solution with 60 wt. NMMO containing 25 ppb nitrosomorpholine.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je využitelný pro výrobu N-methylmorfolinoxidu s nízkým obsahem nitrosomorfolinu, který se používá pro přípravu celulózových vláken.The invention is applicable to the production of low nitrosomorpholine-containing N-methylmorpholine oxide which is used to prepare cellulosic fibers.

Claims (1)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob výroby N-methylmorfolinoxidu oxidací N-methylmorfolinu vodným roztokem peroxidu vodíku při teplotě 55 až 75 °C s molámím poměrem H2O2/amin = 0,4 až 0,9, s výhodou 0,5 až 0,70, případně za přítomnosti chelatačních činidel, případně za přítomnosti CO2, soddestilováním nezreagovaného N-methylmorfolinu za sníženého tlaku, vyznačený tím, že se po vnesení peroxidu vodíku do reakční směsi a po poklesu jeho koncentrace na 0,05 až 0,15 % hmotn. přidá 0,01 až 0,05 % hmotn. hydrazinu, počítáno na reakční směs, a směs se ponechá při reakční teplotě ještě půl až tři hodiny.A process for the preparation of N-methylmorpholine oxide by oxidizing N-methylmorpholine with an aqueous hydrogen peroxide solution at a temperature of 55 to 75 ° C with a molar ratio of H 2 O 2 / amine = 0.4 to 0.9, preferably 0.5 to 0.70, optionally in the presence of chelating agents, optionally in the presence of CO 2 , by distilling off unreacted N-methylmorpholine under reduced pressure, characterized in that after the introduction of hydrogen peroxide into the reaction mixture and after its concentration has decreased to 0.05 to 0.15 wt. 0.01 to 0.05 wt. hydrazine, calculated on the reaction mixture, and the mixture is left at the reaction temperature for a further half to three hours.
CZ951189A 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine CZ284681B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ951189A CZ284681B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ951189A CZ284681B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ118995A3 CZ118995A3 (en) 1996-11-13
CZ284681B6 true CZ284681B6 (en) 1999-02-17

Family

ID=5462892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ951189A CZ284681B6 (en) 1995-05-09 1995-05-09 Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ284681B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CZ118995A3 (en) 1996-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0612686B1 (en) A process for continuously producing chlorine dioxide
RU2220092C2 (en) Chemical compound and a method to produce chlorine dioxide
EP0473559B1 (en) Process for the production of chlorine dioxide
EP0636106B1 (en) Process for the production of chlorine dioxide
US6436345B1 (en) Method for generating chlorine dioxide
KR100916974B1 (en) A process for the production of chlorine dioxide
JP3234436B2 (en) Method for producing chlorine dioxide
EP0644853B1 (en) Method of producing chlorine dioxide
CZ284681B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
US5424079A (en) Solid, dry, chlorine-free antimicrobial compositions, and method of use
CZ284760B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
CZ284545B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
JPH0366658A (en) Decoloration of alkane sulfonic acid and arene sulfonic acid
CZ284680B6 (en) Process for preparing solutions of n-methylmorpholinoxide with a low content of nitrosomorpholine
RU2352522C1 (en) Method of stabilisation of hydrogen peroxide alkali solution
US2386484A (en) Anhydrous hydrogen peroxide and method of making same
JP2000086623A (en) Production of aqueous solution of peracetic acid
RU2200155C2 (en) Method of preparing peracids' solution for delignification and bleaching
CA1181225A (en) High efficiency chlorine dioxide process
CS240380B1 (en) Method of 3-methyl-4-nitrophenol production

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20030509