DE3148971A1 - Verfahren zur herstellung von monomethylhydrazin - Google Patents
Verfahren zur herstellung von monomethylhydrazinInfo
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Description
·■"'·
3U8971
Japan Hydrazine Co., Inc. 1-1, 2-chome, Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
Verfahren zur Herstellung von Monomethy!hydrazin
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Monomethylhydrazin durch Umsetzung von
Hydrazinmonohydrochlorid mit Methanol unter Erhitzen in Gegenwart von Hydrazindihydrochlorid oder Methylchlorid.
Monomethylhydrazin stellt eine sehr wertvolle Verbindung dar, die in der pharmazeutischen Industrie
und in der Agrikulturchemie, der chemischen Industrie, in der Weltraum- und Raketentechnik sowie auf zahlreichen
anderen technischen Gebieten in großem Umfang eingesetzt wird.
Als Verfahren zur Herstellung von Monomethylhydrazin sind die sog. modifizierten Raschig-Verfahren bekannt,
zu denen beispielsweise ein Verfahren, bei dem Monomethylamin mit durch Umsetzung von Ammoniak mit
0153-5629JH-SF-Bk
-: - * -\·:· 3Η8971
_ 4
Natriumhypochlorit erhaltenem Chloramin umgesetzt wird, sowie ein Verfahren gehören, bei dem Monomethylharnstoff
und Natriumhypochlorit mit Natriumhydroxid umgesetzt werden.
Diese Verfahren sind allerdings aus technischer Sicht nicht zufriedenstellend, da die Ausbeute an
Monomethylhydrazin nur gering ist und die Konzentration des gebildeten Monomethylhydrazins im anfallenden
flüssigen Reaktionsgemisch nur niedrig ist, was den Reinigungsschritt kompliziert und die Herstellungskosten
erhöht.
Es ist ferner bekannt, daß Alkylhydrazine durch Umsetzung von Alky!halogeniden mit Hydrazin zugänglich
sind. Wenn allerdings Hydrazin mit einem Methylhalogenid umgesetzt wird, bilden sich neben dem angestrebten
Monomethylhydrazin Nebenprodukte wie etwa asymmetrisches Dimethylhydrazin, symmetrisches Dimethylhydrazin
und Trimethylhydraziniumhalogenide. Die Abtrennung des angestrebten Produkts ist deshalb
bei diesem Verfahren kompliziert und die Ausbeute gering. Diese Verfahrensweise wurde daher zur Herstellung
von Monomethylhydrazin in technischem Maßstab nicht angewandt.
Der Erfindung liegen Untersuchungen zur Auffindung eines technischen Verfahrens zur Herstellung
von Monomethylhydrazin aus Hydrazin zugrunde, bei denen festgestellt wurde, daß Monomethylhydrazin bei
hoher Selektivität zugänglich ist, wenn Methylchlorid
**' " ' 3Η897Ί
oder Hydrazindihydrochlorid als Katalysatoren zu einem flüssigen Gemisch von Hydrazinmonohydrochlorid und
Methanol zugegeben werden aie Reaktion unter Erhitzen durchgeführt wird. Die Erfindung beruht auf dieser
Feststellung.
Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von
Monomethylhydrazin aus Hydrazin anzugeben, das bei hoher Selektivität gute Ausbeuten an Monomethylhydrazin
liefert und großtechnisch durchführbar ist.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von
Monomethylhydrazin ist gekennzeichnet durch Umsetzung
von Hydrazinmonohydrochlorid mit Methanol in Gegenwart von Hydrazindihydrochlorid oder Methylchlorid und Gewinnung
des freien Monomethylhydrazins aus dem gebildeten Monomethylhydrazinhydrochlorid.
Der Reaktionsmechanismus der bei der erfindungsgemäßen
Verfahrensweise stattfindenden Umsetzungen ist
bisher nicht abschließend geklärt; es wird jedoch angenommen, daß die Reaktion wahrscheinlich wie folgt
abläuft:
2 H2N-NH2-HCl + H3CCl >
H3C-NII-NH2-HCl ν H2N-NH2 '2HCl
2HCl + H3COH
>H3N-NH2"HCl + H3CCl +
Aus dem obigen Reaktionsschema geht hervor, daß
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Monomethylhydrazin
sehr leicht und bei hoher Selektivität aus Hydrazinmonohydrochlorid
und Methanol zugänglich ist, die beide großtechnisch hergestellt werden. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist daher schon deshalb aus wirtschaftlicher Sicht besonders vorteilhaft.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann Hydrazinmonohydrochlorid
in fester Form odor in Form einer wäßrigen Lösung eingesetzt werden. Aus wirtschaftlicher. Sicht
ist die Verwendung einer wäßrigen Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid,
die durch Zugabe einer konzentrierten wäßrigen Salzsäurelösung zu Hydrazinhydrat erhalten
wird, bevorzugt.
Das als Katalysator verwendete Methylchlorid kann direkt oder in Form einer methanolischen Lösung
in das Reaktionssystem eingeführt werden.
Das Hydrazindihydrochlorid kann in fester Form oder in Form einer Lösung in Wasser oder Methanol
cintjosatzt werden.
Anstelle der unabhängigen Zugabe von Hydrazindihydrochlorid
als Katalysator zu dem Reaktionssystem kann auch so verfahren werden, daß Hydrazindihydro'-chlorid
in situ durch Zusatz von Salzsäure zu der als Ausgangsmaterial eingesetzten Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid
oder dem Reaktionsgemisch hergestellt wird. Das in der im folgenden beschriebenen Weise zu-
' 3 H3971
rückgewonnene Methylchlorid kann ferner rückgeführt und wiederverwendet werden.
Die Umsetzung wird erfindungsgemäß bei Temperaturen
von 90 bis 140 0C und vorzugsweise 110 bis 130 0C
durchgeführt.
Das Molverhältnis von Hydrazinmonohydrochlorid zu Methanol liegt vorzugsweise im Bereich von 1:1 bis
1:6 und besonders bevorzugt im Bereich von 1:2 bis 1:5.
Nach einer bevorzugten Verfahrensweise werden
ferner Methylchlorid oder Hydrazindihydrochlorid in einer Menge von 5 bis 20 mol-%, bezogen auf die Menge
an Ilydrazinmonohydrochlorid, eingesetzt.
Der Reaktionsdruck hängt von der Menge an Katalysator
und der Menge an Methanol sowie der Reaktionstemperatur ab, wobei der bei den obigen Reaktionstemperatu-
aus
ren von sich/entstehende Druck gewöhnlich ausreichend
ren von sich/entstehende Druck gewöhnlich ausreichend
ist. Die Durchführung der Reaktion unter einem Druck
2
von 7 bis 13 kg/cm ist üblicherweise bevorzugt.
von 7 bis 13 kg/cm ist üblicherweise bevorzugt.
Die Reaktionsdauer liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2 h. Wenn die Reaktionsdauer zu lang ist,
ist die Selektivität verringert.
Das erf indung.sgemäße Verfahren kann ferner konl i innerlich
oder diskontinuierlich durchgefUhrL werden.
Das nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
erhaltene flüssige Reaktionsgemisch wird destilliert, wodurch die Hauptmenge an Methanol und dem als Katalysator
dienenden Methylchlorid gewonnen werden kann. Da das so zurückgewonnene, Methylchlorid enthaltende Methanol
rückgeführt und wiederholt für die Reaktion eingesetzt werden kann, kann der Katalysatorverlust entsprechend
auf ein sehr geringes Maß verringert werden.
Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrenskonzepts liegt darin, daß die Löslichkeiten
von Monomethylhydrazinhydrochlorid und Hydrazinmonohydrochlorid
in Methanol auch bei Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur erheblich voneinander
verschieden sind, wobei, die Löslichkeit von Monome thy lhydraz inhydrochlor id in Methanol erheblich
höher ist als die Löslichkeit von Hydrazinmonohydrochlorid
in Methanol. Das kristalline Hydrazinmonohydrochlorid kann daher von der Monomethylhydrazinhydrochlorid
enthaltenden Methanollösung abgetrennt und rückgeführt und wiederholt für die Reaktion eingesetzt
werden.
Dem nach der Abtrennung des Hydrazinmonohydrochlorids
zurückbleibenden flüssigen Reaktionsgemisch wird eine wäßrige Alkalilösung zugesetzt, wodurch
Methylhydrazin freigesetzt wird. Reines Methylhydrazin
kann entsprechend durch anschließende Rektifikation gewonnen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 68,5 g (1 mol) kristallines Hydrazinmonohydrochlorid,
160 g (5 mol) Methanol und 7,58 g (0,15 mol) Methylchlorid
eingebracht, worauf die Reaktion bei 130 0C
unter <
wurde.
wurde.
2
unter einem Druck von 12 kg/cm 2 h durchgeführt
unter einem Druck von 12 kg/cm 2 h durchgeführt
Nach Vervollständigung der Umsetzung wurden etwa 4 mol Methanol durch Destillation zurückgewonnen;
das verbleibende flüssige Reaktionygcniisch wurde analysiert;
Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 29,7 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 99,9 %
Selektivität bezüglich 1 .1-Dimethylhydrazin: 0,1 -,
Selektivität bezüglich 1.1.2-Trimethylhydrazin: 0
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: 0 %
Rückgewinnungsverhältnis von Methylchlorid in Methanol: 99,3 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 68,5 g (1 mol) Hydrazinmonohydrochlorid, 160 g (5 mol)
Methanol und 15,75 g (0,15 mol) Hydrazindihydrochlorid eingebracht, worauf die Reaktion bei 125 0C unter einem
2
Druck von 12 kg/cm 2 h durchgeführt wurde;
Druck von 12 kg/cm 2 h durchgeführt wurde;
Ergebnisse:
Umsatz an Hydraζinmonohydrochlorid: 22,0 %
Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 99,0 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 1,0 %
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: 0 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 137 g einer 50-%igen wäßrigen Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid
(1 mol), 96 g (3 mol) Methanol und 5,05 g
(0,1 mol) Methylchlorid eingebracht, worauf die
Reaktion bei 130 0C unter einem Druck von 10 kg/cm
1 h durchgeführt wurde. Das erhaltene flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert; Ergebnisse:
Umsetz an Hydrazinmonohydrochlorid: 22,0 %
Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 99,8 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 0,2 %
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: 0 % Selektivität bezüglich 1.1.1-Trimethylhydrazin: 0 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 137 g einer 50-%igen wäßrigen Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid
(1 mol), 64 g (2 mol) Methanol und 10,1 g (0,2 mol) Methylchlorid eingebracht, worauf die Reak-
tion bei 90 0C unter einem Druck von 7,2 kg/cm 3 h
durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde anschließend abgezogen und analysiert; Ergebnisse:
- "·-" :· 3H8971
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 13,3 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 96,2 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 3,7 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 137 g einer 50-%igen wäßrigen Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid
(1 mol), 64 g (2 mol) Methanol und 10,1 g
(0,2 mol) Methylchlorid eingebracht, worauf die Reak-
tion bei 100 0C unter einem Druck von 8 kg/cm 30 min
durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde entnommen und analysiert; Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 8,0 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 98,0 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 0,125 %
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 68,5 g (1 mol) Hydrazinmonohydrochlorid, 64 g (2 mol)
Methanol und 15,75 g (0,15 mol) Hydrazindihydrochlorid eingebracht, worauf die Reaktion bei 120 0C unter
2
einem Druck von 9 kg/cm 40 min durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert; Ergebnisse:
einem Druck von 9 kg/cm 40 min durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert; Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 20,2 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 99,7 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 0,2 % Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: Spuren
Selektivität bezüglich 1.1.1-Trimethy!hydrazin: 0 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 68,5 g (1 mol) Hydrazinmonohydrochlorid, 64 g (2 mol)
Methanol und 15,75 g (0,15 mol) Hydrazindihydrochlorid
oimjebracht, worauf die RoiikLion bei 110 0C
unter einem Druck von 8 kg/cm 2 h durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert;
Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 15 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 99,9 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 0,1 %
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethy!hydrazin: 0 %
Selektivität bezüglich 1.1.1-Trimethylhydrazin: 0 %.
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden 68,5 g (1 mol) Hydrazinmonohydrochlorid, 96 g (3 mol)
Methanol und 5,25 g (0,05 mol) Hydrazindihydrochlorid
eingebracht, worauf die Reaktion bei 130 0C unter einem
Druck von 12 kg/cm 2 h durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert; Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 15 % Selektivität bezüglich Monomethylhydrazin: 100 %
Selektivität bezüglich der anderen Methy!hydrazine: 0 %,
In einen innen emaillierten Autoklaven wurden
.... . . Q 1 / O Π 7 1
J i '4 O J I I
- 13 -
137 g einer 50-%igen wäßrigen Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid (1 mol), 128 g (4 mol) Methanol und 21 g
(0,2 mol) Hydrazindihydrochlorid eingebracht, worauf
2 die Reaktion bei 125 0C unter einem Druck von 12 kg/cm
60 min durchgeführt wurde. Das flüssige Reaktionsgemisch
wurde analysiert; Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 23 % Selektivität bezüglich Monome thy lhydraz in: 99,9 'i
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 0,1 %
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: 0 %
Selektivität bezüglich 1.1.1-Trimethylhydrazin: 0 ί
Eine 50-%ige wäßrige Lösung von Hydrazinmonohydrochlorid und eine 5,5-gew.-%ige Lösung von
Methylchlorid in Methanol wurden getrennt voneinander mit Durchsätzen von 718,8 g/h bzw 814 g/h
durch Vorheizrohre zur Erwärmung beider Lösungen auf 100 0C mit Hochdruckpumpen in einen innen
emaillierten 40A-Doppelrohrreaktor eingeführt. Die Umsetzung erfolgte im Reaktor bei 130 0C unter
2
einem Druck von 12 bis 13 kg/cm während 24 h. Die übrigen Reaktionsbedingungen waren wie folgt:
einem Druck von 12 bis 13 kg/cm während 24 h. Die übrigen Reaktionsbedingungen waren wie folgt:
Verweilzeit: 1,37 h
Molverhältnis Methanol/Hydrazinmonohydrochlorid: 4,6
Molverhältnis Methylchlorid/Hydrazinmonohydrochlorid:
0,17.
Das erhaltene flüssige Reaktionsgemisch wurde analysiert; Ergebnisse:
Umsatz an Hydrazinmonohydrochlorid: 22,5 % Selektivität bezüglich Monomethy!hydrazin: 97,9 %
Selektivität bezüglich 1.1-Dimethylhydrazin: 2,1 %
Selektivität bezüglich 1.2-Dimethylhydrazin: 0 %
Selektivität bezüglich 1.1.1-Trimethylhydrazin: 0 '
Das flüssige Reaktionsgemisch wurde anschließend zur Abtrennung von Methanol und Wasser destilliert;
dem Rückstand wurde zur Auflösung des Monomethylhydrazinhydrochlorids darin Methanol zugesetzt. Das
Hydrazinmonohydrochlorid wurde in kristalliner Form abzentrifugiert. Die erhaltene methanolische Lösung
wurde durch Zusatz von Natriumhydroxid neutralisiert. Das Gemisch wurde zur Abtrennung von Monomethylhydrazin
rektifiziert, wobei Monomethylhydrazin in einem Abtrennungsverhältnis
von 96 %, bezogen auf das im flüssigen Reaktionsgemisch enthaltene Monomethylhydrazin
,erhalten wurde. 1.T-Dimethylhydrazin wurde
ferner in einem Abtrennungsverhältnis von 95 % erhalten.
Claims (5)
- Ansprüche1 ./ Verfahren zur Herstellung von Monomethy!hydrazin, gekennzei chnet durchUmsetzung von Hydrazinmonohydrochlorid mit Methanol in Gegenwart von Hydrazindihydrochlorid odor Mothy.lchloridundGewinnung des freien Monomethylhydraζins aus dem gebildeten Monomethylhydrazinhydrochlorid.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrazindihydrochlorid oder das Methylchlorid in einer Menge von 5 bis 20 mol-%, bezogen auf das Hydrazinmonohydrochlorid, eingesetzt'werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hydrazinmonohydrochlorid und Methanol in einem Molverhältnis von 1:1 bis 1:6 eingesetzt werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktion bei einer Temperatur von 90 bis 140 0C durchgeführt wird.0153-5629JH-SF-Bk
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner gekennzeichnet durchDestillation des erhaltenen Reaktionsgemischs zur Abtrennung von überschüssigem Methylchlorid, Methanol und Wasser,Einleitung des Monomethylhydrazinhydrochlorid enthaltenden Destillationsrückstands in Methanol,Abtrennung von abgeschiedenem, nichtumgesetztem Hydrazinmonohydrochlorid aus der Methanollösung in kristalliner Form,Neutralisation der vorbleibenden Methanollösung von Monomethylhydrazinhydrochlorid mit einem AlkaliGewinnung des Monomethylhydrazins durch fraktionierte Destillation.
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