JPS5918386B2 - 芳香族アミンのジアゾ化−カツプリングからの排ガス中の窒素酸化物反応の制御 - Google Patents

芳香族アミンのジアゾ化−カツプリングからの排ガス中の窒素酸化物反応の制御

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JPS5918386B2
JPS5918386B2 JP52039600A JP3960077A JPS5918386B2 JP S5918386 B2 JPS5918386 B2 JP S5918386B2 JP 52039600 A JP52039600 A JP 52039600A JP 3960077 A JP3960077 A JP 3960077A JP S5918386 B2 JPS5918386 B2 JP S5918386B2
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monoamine
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素環式芳香族第一モノアミン、たとえば、ア
ニリンのジアゾ化−カツプリングによる1・3−ジアリ
ールトリアゼン、例えば、1・3−ジフエニルトリアゼ
ンの生成においてジアゾ化一カツプリング反応から生ず
る排出ガス中の窒素酸化物反応の制御に関するものであ
る。
1・3−ジアリールトリアゼン(ジアゾアミノアリール
化合物ともよばれる)は、例えば、フリーデル・クラフ
ツ触媒の存在下で加熱によつて転位を起させ、芳香族ア
ミノアゾ化合物を生成することができる。
後者は、水素で還元して芳香族ジアミンを生成するのに
有用であり、このジアミンは、ポリマー、抗酸化剤等を
生成する際の中間体として有用である。米国特許第28
94942号には、0−50℃(好ましくは20−30
℃)の温度において過剰な第一アリールモノアミンと、
鉱酸およびフリーテル・クラフツ触媒との混合物に無機
亜硝酸塩を加え、約40−75℃(好ましくは45−5
5℃)まで加熱して、芳香族アミノアゾ化合物を生成す
る方法が開示されている。
アミンの一部がジアゾ化され、生じたジアゾニウム塩が
未反応のアミンとカツプリングしてジアゾアミノアリー
ル化合物を生じ、この化合物は触媒と加熱との共存効果
のもとで転位してアミノアゾ化合物になる。大規模操作
をすることを考えた場合、この方法の欠点の一つはジア
ゾ化反応の副生成物として生ずる塩、例えば、塩化ナト
リウムを分離し、処理する必要があるということである
。一世紀以上の期間にわたつて、ある種の窒素酸化物を
用いる第1芳香族アミンのジアゾ化について述べた刊行
物が時折発行されている。
例えば、Griessは1862年にアニリンの冷アル
コール溶液に、すべてのアニリンがなくなるまで、亜硝
酸の弱い流れと彼が呼んだものを通じてジアゾアミノベ
ンゼンを合成する方法を報告している(Arln.l2
l、黒3、257−280)。Griessは亜硝酸を
表わすのに式゛NO3゛を用いているが、具体的には彼
のジアゾ化剤の組成、あるいはその誘導法については述
べていない。米国特許第2622078号(Klaas
sensら)には、水一ケトン混合物中でアミノ芳香族
スルホン酸のジアゾ化を行いジアゾニウム化合物を生ず
ることが開示されている。亜硝酸ガス(N2O3あるい
は、ほぼN2O3の組成に等しい組成のNOとNO2の
混合物として記載されている)はKlaassensら
の方法において有用であると発表されているが、20℃
において、アセトンあるいはブタノンと水と硝酸との混
合物にこのガスを通じ、温度を35℃以下に保ちながら
、この混合物にアミノ化合物を加えている。このように
Klaassensらは亜硝酸を生成することになる条
件を用いた。更に、Klaassensらはアミンを完
全に消費してジアゾニウム化合物を生成し、ジアゾニウ
ム化合物がカツプリングしないようにした。LOvej
Oyらは、J.Chem.SOc.(A)1968、2
325−8に、有機溶媒中の第一芳香族アミンと解離し
ていない液状三酸化二窒素との−85℃での反応による
亜硝酸ジアゾニウムの生成、ならびに場合によつて少量
のジアゾアミノ化合物が単離されることを報告している
しかしながら、これはガス状の三酸化二窒素のアミンへ
の作用については説明していないし、主生成物としてジ
アゾアミノ化合物を生成するのに必要な条件についても
説明していない。水溶媒の不存在下に芳香族アミンをN
2O3ガスによつてジアゾ化し、ついでやはり水溶媒の
不存在下に生じたジアゾ化合物とフエノールあるいはナ
フトールとをカツプリングさせることが、特公昭36−
15631号公報(1961年、9月7日)に開示され
ている。
第一芳香族アミンはまた溶媒中で純粋な四酸化二窒素に
よつてジアゾ化される。
0.N.witt1Tagb1.Natf.−Vers
.Baden−Badenl879、194(Chem
.Zentr.l88Ol、226)には純粋な無水四
酸化二窒素と無水ベンゼン溶液状のアニリンとの反応に
よつて硝酸ベンゼンジアゾニウムが得られることが報告
されている。
またB.HOustOnらはJ.Am.Chem.SO
c.47、3011−3018(1925)に無水ベン
ゼン溶液状のo−、m−、およびp−ニトロアニリン−
の純粋な無水四酸化二窒素の作用によりジアゾアミノベ
ンゼン誘導体と同時に相当する硝酸ジアゾニウムが得ら
れることを報告している。本発明者による特願昭51−
140829号(特開昭52−65230号)には、ア
ンモニアを酸化して得られる窒素酸化物を含むガス混合
物による第一芳香族モノアミンのジアゾ化一カツプリン
グ法が開示されている。
この方法は順に、希釈された分子状の酸素好ましくは空
気からなるガスでアンモニアを触媒的に(接触)酸化し
て、二酸化窒素(NO2)および二酸化窒素と一酸化窒
素との混合物からなる群から選ばれる希薄な窒素酸化物
成分を含むガス混合物を生成させ、この窒素酸化物成分
は式NOxで表わされ、こ匁でXは(1+n)で、nは
窒素酸化物成分のNO2の割合で、Xは通常1.1〜2
,0の値である;そして接触中にモノアミンの温度が約
25℃〜9『C1好ましくは4『C〜60℃の範囲にな
るように好ましくは約25℃〜350℃の温度範囲の上
記ガス混合物を、好ましくは混ざりものがなく希釈され
てもいないの液相状の第一芳香族モノアミン、例えばア
ニリンと接触させ、その際未消費のモノアミンが少くと
も重量で5%、好ましくは40%残るようにすることか
らなる。
この反応系のどこにおいても、芳香族ジアゾニウム硝酸
塩が蓄積すると、爆発の危険の可能性が出てくるので望
ましくない。反応混合物中に過剰なモノアミンが存在す
ると、はじめ硝酢ジアゾニウムを生じ、これが直ちにモ
ノアミンとカツプリングしてトリアゼンを生ずるので反
応混合物中にカツプリングしなかつた硝酸ジアゾニウム
が蓄積するのを防ぐことができる。更に、アンモニアか
ら窒素酸化物を含むガス混合物を生成するのに用いた酸
素含有ガス中に存在する希釈剤、通常、窒素から主にな
り、また、多分気相中の水分、モノアミンおよび1・3
−ジアリールトリアゼンと同時に未反応のNOxと酸素
をも含む残留ガスは、トリアゼンを含む反応液体から分
離され、芳香族硝酸ジアゾニウムが導管の内壁に附着し
ないような条件下で、導管を通して廃ガス一処理装置に
導かれる。導管に硝酸ジアゾニウムが貯まるのを防ぐこ
とに関して、本発明は第一芳香族モノアミンをジアゾ化
することによつて未反応のモノアミンおよび一種類以上
の窒素酸化物を含む残留ガスができるいかなる処理法に
関しても有用な方法を提供する。その方法は次の(a)
〜(c)のいずれかによる芳香族硝酸ジアゾニウムが導
管の内壁に附着しないような条件下で、残留ガスを導管
を通して排ガス処理系へ導くことからなつている:(a
)内壁を加熱してその温度を例えば、約55℃〜125
゜Cの範囲の温度にする;(b)ジアゾニウム塩の生成
条件に達する前にガス中に起らなければならない反応の
速度、例えば、分子状の酸素が存在する場合は一酸化窒
素から二酸化窒素への酸化反応の速度に応じて、ガスが
導管中に滞留する時間を制限する:あるいは(c)ガス
中に二酸化窒素が存在しないこと。こkで用いだ残留ガ
スという言葉は反応液体の蒸発によつて生じる蒸気並び
にガス/液体反応系から出る排ガスを表わす。例えば、
本発明の排ガス中の窒素酸化物反応の制御方法は、無機
亜硝酸塩と鉱酸とでアミンをジアゾ化し、そのために未
反応のモノアミンと一種類以上の窒素酸化物を含む蒸気
が反応バツトの排気道に存在するような反応系に用いる
ことができる(Fillppuichev、S.F.、
ら、AnilinOkrasOchnayaPrOm.
3、351−5、ChemicalAbstracts
28、3720)。しかし後述するように、上記の特願
昭51−140829号(特開昭52−65230号)
のジアソイヒ/カツプリング法は従来の方法よりまさつ
ているし、また本発明の排ガス中の窒素酸化物反応の制
御法はこのジアゾ化/カツプリング法に特に都合よく用
いられるので、このジアゾ化/カツプリング法について
先に説明する。ジアゾ化/カツプリング法以前は、熱ア
ンモニア酸化ガスを無機液体に吸収させ、例えば、亜硝
酸アンモニウム(米国特許第2797144号および第
2805122号)と亜硝酸ナトリウム(英国特許第1
347909号)を生成させたけれども、第一芳香族モ
ノアミン、すなわち、強力還元剤とアンモニアの酸化に
よつて得られた熱ガスとをいつしよにすることは、その
ような物質問の反応の制御に関して不確実さがある為に
、当業者の普通の傾向に反している。
しかしながら、予想に反して熱アンモニア酸化ガスと芳
香族モノアミンとの反応は、スムーズにしかも制御可能
な状態で行われることがわかつた。窒素酸化物のほかに
、アンモニアの酸化によつて生成されるNOxを含むガ
ス混合物哄不活性な希釈剤、例えば、窒素および水蒸気
を含んでおり、NOx濃度は通常約10モルパーセント
〜12モルパーセントである。このガス混合物はそのま
まモノアミンと接触させることができ、このことは実施
上、好ましいことである。この方法の範囲内であるけれ
ども、混合物とモノアミンを接触させる前に混合物から
水蒸気を除く点には利点はない。1・3−ジアリールト
リアゼンの収量を最大にする見地?から、上記の方法は
好ましくは次の条件を用いて行う、(1) NOxf)
xはおよそ1.3〜1.7である、(2)少くともモノ
アミンの60%(重量)が、未反応のま匁残るような、
モノアミンと接触させるガス混合物の量および接触時間
;および(3)モノアミンと接触する直前のガス混合物
の温度110℃から275℃。
この方法において、アンモニアガスと稀釈された分子状
の酸素、好ましくは空気、からなるガスとをアンモニア
が酸化されて一酸化窒素(NO)になるように高温で触
媒上に通し;そして一酸化窒素、酸素、水蒸気および稀
釈剤、たとえば窒素との混合物からなる得られたガスを
一酸化窒素が完全にか、しかし好ましくは一部分のみが
酸化され、二酸化窒素(NO2)になるように冷却する
と、二酸化窒素(NO2)、好ましくはさらに一酸化窒
素、稀釈剤、水蒸気および用いた条件によつては、多分
いくらかの残留酸素をも含むガス混合物が得られる。
ガス混合物の窒素酸化物成分、すなわちNO2あるいは
NO2/NOは式NOxで表わされ、式中xは(1+n
)で通常およそ1.1から2の値である(nは窒素酸化
物成分のNO2の割合である)、普通の場合、得られた
ガス混合物のNOx濃度はおよそ10−12m01e%
であるが、下文に述べるようにおよそ1〜20m01e
%と、さらには約30m01e%までも範囲を広げるこ
とができ、そしてこのような濃度はジアゾ化/カツプリ
ング反応に用いることができる。それ故、上記の方法に
おいて、ジアゾ化/カツプリング反応に用いられる窒素
酸化物は希釈状態で存在する。
これにより、この方法のジアゾ化/カツプリングガスは
、ジアゾ化反応に関する文献に述べられている純粋なN
2O3およびN2O4から容易に区別できる。第一芳香
族モノアミンのジアゾ化/カツプリングはアンモニアの
酸化によつて生成させた希NOxガス混合物との接触に
よつて行うことができることがここに見出された。希ガ
ス混合物を用いることはジアゾ化ガスが容易に得られる
という利点があるのみならず、穏やかな、制御が簡単な
反応にすることができ、それ故、気−液界面における制
御不能な反応による収量の損失の可能性を減らすことが
できるという利点もある。又、従来の亜硝酸塩/酸ジア
ゾ化法とくらべて、この方法はめんどうな塩分離法を必
要とする塩副生物を生成しない。アンモニアおよびつい
で生じる一酸化窒素を高温において空気で酸化すると、
上で規定したNOxを含むガス混合物を生成することは
、文献に詳細に述べられている。
酸化窒素に酸化するためには、通常およそ800℃から
950℃の温度範囲で白金あるいは白金合金触媒を用い
る。圧力はおよそ大気圧から120psiga(9.1
6気圧)を用いる。酸素を多くした空気も用いることが
できる。アンモニア/空気混合物のアンモニア含有量は
通常、約11m01e%から13m01e%の範囲であ
り、酸素/アンモニアモル比はおよそ1,3/1から1
.7/1である。MellOrのCOmprehens
iveTreatiseOnInOrganicand
TheOreticalChemistry..VOl
.、Suppl..Sec.XX[X;あるいは、Ri
egelのHandbOOkOfIndustrial
Chemistl−YEd.7、VanNOstran
dll974、Pp94−98、を参照すると更にくわ
しいことがわかる。
アンモニアの酸化にくらべて一酸化窒素の酸化は比較的
低い温度、すなわちおよそ100℃〜500℃の範囲で
起り、酸化速度は比較的低い温度でしかも比較的高い圧
力において速くなる。
窒素酸化物成分の酸化状態の尺度であるNOx成分中の
xの値は、圧力、温度およびNO酸化装置中でのガスと
の接触時間を適当に選ぶことによつて変化させることが
でき、生成したNOxのNO2部分は接触時間と共に増
える。目的のNO2の割合 3を生成するのに必要な接
触時間は、さまざまな温度と圧力における既知の酸化速
度から決めることができる。NOx成分はNO2だけで
もよいが、好ましくはNO2とNOとの混合物である。
NOxがNO2だけ 1の場合、すなわち、xが2の場
合は、1・3−ジアリールトリアゼンの収量が次のこと
のために減少しがちである:(1)反応体がアニリンの
場合は例えば、p−ニトロアニリンとo−ニトロアニリ
ンを生成する競合二トロ化反応が起る;および(2)副
生成物として生じた硝酸の触媒作用によるトリアゼンの
アミノアゾ化合物への転位が起る。このニトロ化合物お
よびアミノアゾ化合物はジアミンに還元できる点でやは
り有用であるが、できるだけ多くのモノアミンをジアゾ
化/カツプリング段 ト階でトリアゼンに変えることが
望ましい、このようなわけで、NOxにおいてxは2未
満であることが好ましい。ジアゾ化/カツプリング中、
アミノアゾ化合物の生成を最少にすると、その後の処理
がめんどうな副生成物の生成の可能性が減る。NOx中
のxの値は少くともおよそ1.1、好ましくは少くとも
およそ1.3であろう。混合物のNO2部分が減少する
につれて、未使用の一酸化窒素が多くなり、従つてトリ
アゼンへの転化率が減少する。NO2部分が非常に少な
くなると、多量の未反応の酸化窒素を処理しなければな
らない。前述のように、めんどうな転位反応、ニトロ化
反応、酸化反応のすべて、あるいはいずれかが起る機会
が増えるのを避ける為に、Xの値は1.7より大きくな
い方が好ましい。副反応を最少にするのと同時に、酸化
窒素を十分利用するために、NOx中のxはおよそ1.
5(50/50N02/NO混合物)に近い値、例えば
、約1.4から1.6が好ましい。酸化窒素の空気酸化
によつて生成したガス混合物のNOx濃度は、通常およ
そ10−12m01e%で、酸素/アンモニアモル比と
収量とに依存し、比較的高い酸素/アンモニア比率と収
量は比較的高いNOx濃度に関連している。
理論的にはおよそ17%NOxまで達成できる。例えば
、1〜20モルパーセントの範囲のNOxは希釈あるい
は水蒸気の除去によつて得られ、このような濃度の混合
物はジアゾ化/カツプリング段階に用いられる。比較的
高いNOx濃度、たとえば、およそ30モルパーセント
までの混合物は1−20パーセント混合物と更に高い濃
度の混合物を混合することによつて得られ、もちろん、
ジアゾ化/カツプリング段階で用いることができる。し
かし、約12モルパーセント以上の濃度は、そのような
濃度にするために費用がかかるしまた、反応を制御する
のに有益な希釈効果がそこなわれるため好ましくない。
また、ジアゾ化/カツプリングにおいて、酸化窒素の酸
化によつて生成した混合物を希釈したり、あるいはこの
混合物から水蒸気を除いたりしても有益ではないように
思われる、よつてNOx濃度は10−12モルパーセン
トが好ましい。上記の方法においてモノアミンと接触す
る直前のNOxを含むガス混合物の温度はおよそ25℃
から350℃の範囲が好ましく、110℃から275℃
の方が更に好ましい。
通常の場合、混合物中に水蒸気が存在するが、ガスの温
度を少くとも110℃以上にすれば、ガスから水蒸気が
凝縮して、それに伴なつて1・3−ジアリールトリアゼ
ンのアミノアゾ化合物への転位に触媒作用を及ぼす硝酸
を生成することが妨げる。およそ350℃以上ではモノ
アミンの酸化分解が起り、更に、二酸化窒素が酸化窒素
と酸素とに分解する速度がノ 速くなるために、そのよ
うな温度において、NOxの比較的高い酸化状態を維持
することは一層むずかしくなる。275℃以上の温度は
酸素を除去すべき場合には好ましくなく、また後述する
ように必要な温度範囲にアミンを保つためには、急冷法
5が必要であるため好ましくない。
上記の方法ではジアゾ化のために、従来の方法で用いた
よりも相当熱いガスとモノアミンとをうまく接触させる
。ジアゾ化カツプリング温度、すなわちモノアミンがN
Oxを含むガス混合物と接触する際に保た9れる温度は
、およそ25゜Cから90℃の範囲で、好ましくは40
℃から60℃である。90℃以上の温度はトリアゼンが
不安定でその結果収量が減少するため用いない。
具体的な使用温度はいろいろな要因によつて決まる。ま
ず、アミンを熱いNOxガス混合物と接触させると、熱
ガスからアミンへ伝わる熱ならびに反応熱の結果として
アミンの温度は上昇する。従つてこれらの発熱条件およ
び伝熱条件から生じ、また穏かな冷却方法、たとえば、
水冷によつて容易に得られる温度附近の反応温度を用い
るのが好都合である。また用いる反応温度はトリアゼン
の溶解度およびアミン消費量によつてもきまる。
もし均一な生成物を望むならば、実施する消費率レベル
においてトリアゼンがアミンに溶解する温度を用いるの
が望ましい。例えば、アニリンの約20−40%が使わ
れた場合、1・3−ジフエニルートリアゼンは50−5
5℃でアニリンに十分溶解し、そのような温度で生成物
は均一である。約40%以上の消費レベルにおいては、
均一にするためには一層高い温度が必要である。それ故
、アニリンのジアゾ化/カツプリングは、約40%まで
の消費レベルにおいて約50−55゜Cの温度が特に好
ましく、高い消費レベルでは高い温度、すなわち約40
%以上の消費レベルにおいては約90℃までの温度が好
ましい。ジアゾ化カツプリング反応において約25℃の
ような低い温度も用いることができる、アニリンの場合
20%消費レベルにおいてはこの温度でも均一性が得ら
れる。
考えられるすべての要因、すなわち、収量、温度保持の
容易さ、生成物の均一性等に基いて約40℃から60℃
の範囲が好ましい。ジアゾ化カツプリング法は高い圧力
、通常硝酸酸化において用いられる、たとえば、約12
0psiga(8.16気圧)までの圧力を用いること
ができるが、大気圧でも十分行える。
上記の方法においては、はじめに生成したジアゾニウム
塩(亜硝酸塩あるいは硝酸塩)が直ちに未反応のモノア
ミンとカツプリングし、1・3− ,′ジアリールトリ
アゼンを生成するようにNOxを含むガス混合物は過剰
なモノアミンと接触させる。
゛過剰な゛モノアミンというのは未消費あるいは未反応
のモノアミンが反応混合物に常に、少くとも約5%、好
ましくは40%存在することを意味 4する。もし、少
くとも約5%のモノアミンが未消費のままであり、NO
xと反応混合物との接触が妨げられるならば、反応混合
物中にカツプリングしない硝酸ジアゾニウムが蓄積する
のを避けるこフとができる。
モノアミンは液相状態で反応させる。
モノアミンが反応条件下で液体ならば、溶媒あるいは希
釈剤は必要ない。また経済的な理由からもこれらは混ざ
りものがなく希釈されてもいないの状態で用いるのが好
ましい。反応条件下でモノアミンが固体ならば、溶媒、
たとえば、ベンゼンもしくはキシレンのような芳香族炭
化水素または四塩化炭素もしくは塩化メチレンのような
ハロゲン化脂肪族炭化水素を用いる。液体モノアミンと
溶媒あるいは希釈液体が共存しても反応に不利な影響を
及ぼさない。生成したトリアゼンとの攪拌可能なスラリ
もしくはスラツシユあるいは溶液を生成するために、反
応混合物中に十分な液体が必要である。
そうしないと、たとえ過剰なモノアミンが存在しても、
反応混合物中へのガスの拡散は遅いのでガスとトリアゼ
ンとが反応して固体トリアゼンの表面に、硝酸ジアゾニ
ウムがたまつてしまう。この理由で、未消費のモノアミ
ンの量が5%のように低い場合には、撹拌できるように
他の溶媒を用いる。未消費のモノアミンが多量に存在す
る場合は反応混合物の必要な流動性は、比較的高い反応
温度を使用することにより、混ざりものがなく希釈され
てもいないのモノアミンでも得られる。好ましくは、反
応生成物は均一液体であり、そしてこのために混ざりも
のがなく希釈されてもいないのアミンを用いる場合、消
費されないアミンの量はトリアゼンに対する溶媒として
作用するのに十分な量であるのが好ましい。混ざりもの
がなく希釈されてもいない、溶解或いは希釈のいずれの
状態のモノアミンを使用するにせよ、少くともモノアミ
ンの約40%、更に最も好ましくは少くとも約60%が
消費されないままである間にNOxガスと反応混合物と
の接触を破るのが好ましい。
未消費のモノアミンがおよそ40%以下になると、転位
のためにトリアゼンの収量が急に減少する、また未消費
のモノアミンがおよそ60%以下の場合でも収量の減少
は相当である。低濃度のトリアゼンを含む非常に多量の
物質を処理することをさけるために、好ましくは未使用
のモノアミンはおよそ85%以上にはしない方がよい。
準回分式操作でNOxガスをモノアミンに加え、反応混
合物の分析によつて測定したようなモノアミンの消費率
が所定の値に達したら、加えるのをやめる。連続的操作
においても、生成物の流れの分析によつて測定できるよ
うなモノアミンの消費率が所定値に達したとき生成物の
流れをガス流から分離する。反応混合物の攪拌は、反応
それ自体の過程には特別効果をあられさないが、ガスが
モノアミン中に分散するのを助け、またガスと液相との
接触を十分にする。
上記の方法は、NOxに不活性な置換基、たとえば、ア
ルキル、ハロゲン、ハロアルキル、アルコキシ、および
ニトロ置換基を有する第一芳香族モノアミン並びに置換
基を有しない第一芳香族モノアミン、たとえば、アニリ
ン、α−ナフチルアミンおよびβ−ナフチルアミンのジ
アソイヒーカツプリングに適している。
好適なアルキル置換基、ハロアルキル置換基、およびア
ルコキシ置換基は炭素原子を1〜4個有する。適当な置
換基を有するモノアミンの中には、例えば、o−トルイ
ジンおよびm−トルイジン;2・3−ジメチルアニリン
、2・5−ジメチルアニリン、2・6−ジメチルアニリ
ン、および3・5−ジメチルアニリン、トリフルオロメ
チルアニリン;およびo−クロロアニリン、m−クロロ
アニリン、o−ブロムアニリン、m−ブロムアニリン、
o−フルオロアニリン、m−フルオロアニリンおよびニ
トロアニリンが含まれる。排出ガス中の窒素酸化物反応
の制御 前述の反応から生じたトリアゼンを含む反応液体から分
離した残留ガスは、主にアンモニアから窒素酸化物を含
むガス混合物を生成するために用いた分子状の酸素を含
むガス中に存在する希釈剤からなつている。
酸素を含むガスは、通常空気であるから、ジアゾ化/カ
ツプリング反応によつて生じるガスは、通常主に窒素で
、更に少量の水分、モノアミン、1・3−ジアリールト
リアゼン、未反応のNOx、および多分酸素も含んでい
る。残留ガス中の水分、モノアミン、およびトリアゼン
の量は反応容器中の温度と圧力とによつてきまる。モノ
アミンと接触したNOxが酸化窒素と二酸化窒素の混合
物である場合は、残留ガス中のNOxは通常NOのみで
ある。出発のNOxがNO2で、反応容器中でのガス/
液体の接触の程度がNO2を完全に反応させるのに十分
でない場合には、NO2が残留ガス中に出てくることが
ある。残留ガス中の酸化窒素濃度ははじめのガス混合物
中の酸化状態すなわち、モノアミンと接触したNOx中
のXの値によつてきまる。残留ガス中のNO濃度が高い
ほどXの値は小さくなる。最初のNOxのXの値が1.
3から2.0の範囲の場合、残留ガス中のNO濃度は体
積で0.07から3.2%まで変化し、最初のNOx中
のXの値が1.65の時は、NO濃度は体積で0.44
%であることがわかつた。先の論文(例えば、Drag
O.R.S・・他・J・Am.Chem.SOc.83
、1819−1822(1961)に反して第一芳香族
モノアミンは酸化窒素と反応せず、しかも残留ガス中に
二酸化窒素が存在しないとジアゾニウム塩は生成されな
いことがわかつた。上述のように、反応液体から二酸化
窒素を分離するので残留ガス中には通常二酸化窒素はな
いが、分子状の酸素と一酸化窒素とがあれば、二酸化窒
素が生成され得る。それ故本方法の一つの具体例におい
ては、実質的に酸素を含まないNOx一含有のガス混合
物、すなわち、酸素を500p.p.m.未満しか含ま
ないガス混合物をジアゾ化/カツプリング反応に用いる
ことによつて、残留ガス中に分子状の酸素が存在しない
ようにする。このようにして、酸素の濃度が低いために
残留ガスの酸化窒素が酸化されて二酸化窒素になる速度
は最小になる。ジアゾ化/カツプリング反応に用いるガ
ス混合物中の酸素をほとんどなくすためには本方法のア
ンモニア酸化段階におけるアンモニア/酸素を含むガス
混合物のアンモニア濃度を、好ましくは、完全な操作範
囲内でできるだけ高く例えば、約11〜13モルパーセ
ントにする。また、一酸化窒素酸化においては接触時間
が十分で酸素が完全になくなる。また生成されたガス混
合物の温度は大気圧のもとでは約275℃以上にはなら
ず、そのために逆反応、すなわち、二酸化窒素が一酸化
窒素と酸素とに分解すること、が起る可能性は最小にな
る。本方法の他の具体例においては、残留ガス中に分子
状の酸素があり、次のいずれかによつてガスを処理装置
へ導く導管の内壁に硝酸ジアゾニウムが附着するのを防
いでいる:(a)硝酸ジアゾニウムが生じる前に、ガス
が処理装置(例えば、そこでアミンをガスから分離した
りあるいはガスを高い減退(Abatement)温度
にさらしたりする)に入るように、ガスが導管内にとど
まる時間を制限すること。
あるいは(b)硝酸ジアゾニウムの分解速度が少くとも
硝酸ジアゾニウムの生成速度と同じになるくらいの高い
温度、たとえば、硝酸ベンゼンジアゾニウムの場合には
約50℃以上の温度、に導管の壁を保つこと。硝酸ジア
ゾニウムが生成されるまでの時間はガスの成分と濃度お
よび硝酸ジアゾニウム生成の条件に達するまでにガス中
に起る反応速度によつてきまる。
反応液体からガスが分離されるときに残留ガス中に二酸
化窒素が存在するというまれな情況において、硝酸ジア
ゾニウムが最も速く生成されるであろう。これは、単独
であるいは、通常存在する一酸化窒素と一緒に存在する
二酸化窒素はすみやかにモノアミンと反応して、モノア
ミンが過剰にあるときは、1・3−ジアリールトリアゼ
ンを生成し、また窒素酸化物が過剰にあるときは硝酸ジ
アゾニウムを生成するからである。モノアミンはすぐな
くなり、窒素酸化物が過剰になるから、モノアミン一窒
素酸化物反応の生成物は硝酸ジアゾニウムになる。この
ような状態において硝酸ジアゾニウムが直ちに導管壁に
付着するかもしれずそのためにその蓄積を防ぐために、
生成される塩を分解する方法が必要になる。それ故、反
応液体から分離された残留ガスが二酸化窒素を含んでい
る場合は、導管内壁を硝酸ジアゾニウムの分解温度(硝
酸ベンゼンジアゾニウムの場合は約50℃以上)例えば
、約55℃〜125℃の範囲の温度以上に保つ。もし反
応液体から分離される残留ガスが、分子状の酸素を含み
、しかし二酸化窒素を含まず、従つて導管内のガス中の
二酸化窒素の存在がガス中の酸化窒素と酸素との反応に
由来するものならば、ガスが導管内にある時間を制御す
れば硝酸ジアゾニウムの蓄積を防ぐことができる。
アミンがジアゾニウム塩あるいはトリアゼンを生成する
反応にくらべて、一酸化窒素と酸素との反応は遅く数秒
間は硝酸ジアゾニウムの附着は起らないであろう、正確
な時間は導管内の状態によつてきまる。例えば、温度5
0℃、圧力1気圧で、1%(体積)硝酸、3%酸素およ
び0.5%アニリンを含む残留ガスを内壁の温度が25
℃〜35℃の排ガスラインに通す場合、およそ5秒間で
硝酸ベンゼンジアゾニウムが内壁に附着する。それ故、
このような場合、本方法では導管内にガスがとどまる時
間をおよそ4秒以下に制限することによつて実施するこ
とができる。ガスの圧力が高ければ高い程、あるいは一
酸化窒素あるいは酸素の濃度が高ければ高い程、硝酸ジ
アゾニウムの附着を防ぐためには滞留時間を短くする。
例えば、今述べた条件において、一酸化窒素の濃度は1
.5%まで高くなるので、最大滞留時間は2秒に下げる
べきである。それ故、本方法において、残留ガス中に酸
素がありそして導管内にガスが滞留する時間が硝酸ジア
ゾニウムが生ずる程長い場合には、導管の内壁を硝酸塩
の分解温度以上にする。
用いる最低内壁温度は確実にジアゾニウム塩が生成され
ると同時に分解する温度、すなわち、硝酸ベンゼンジア
ゾニウムの場合は約55℃であろう。最高温度は主に排
ガス中にある他の物質、例えば、トリアゼンの熱挙動と
経済的考慮によつてきまる。これらの要因に基いで、内
壁温度は通常約55℃〜125℃の範囲であろう。硝酸
ベンゼンジアゾニウムがある場合には約55℃から75
℃の範囲が好ましい。本方法の好ましい具体例において
、残留ガス中に酸素がある場合は、前述のように導管の
内壁を加熱したり、導管内にガスがとどまる時間を制限
したりする。
このことは、導管内に硝酸ジアゾニウムがたまること、
すなわち、前述のように潜在的に危険な状態を避けるた
めに用いる手段において充分な余裕を与えることになる
。もちろん、残留ガスが500p.p.m.以下の酸素
を含んでいる、特に比較的高い圧力において、残留ガス
中のNO濃度および酸素濃度が500p.p.m.点に
近い場合でさえ、これらの方法の一つあるいは両方を用
いることができる。約200p.p.m.の酸素濃度を
用いれば、NO濃度が2%で圧力が5paiga(0.
3気圧)の場合には、硝酸ジアゾニウムが附着するまで
には17秒以上かかるかもしれない0そのような場合に
は、通常滞留時間を制限する必要はない。しかし、ガス
濃度と圧力の他の組合せの場合には、滞留時間と内壁温
度あるいはそのいづれかを制御する。以下の実施例で本
発明を説明する。
実施例 1 12.1モルパーセントのアンモニア、18.1モルパ
ーセントの酸素および1.7モルパーセントの水蒸気(
周囲の空気から)を含むアンモニア/空気混合物を圧力
120psi(9.16気圧)で900℃に加熱した白
金一ロジウム合金(10%ロジウム)金網触媒上に通す
と、4.5%NO、6,8%NO2、68.8%窒素お
よび19.9%水蒸気(11.3%NOx濃度;x−1
.6)の組成(モル)をもつガス混合物が得られる。
このガス混合物を200℃まで冷却しほぼ同じ圧力に保
つ。この後者の条件下でおよそ3秒間で酸素がすべてな
くなる。攪拌器、外部凝縮スリーブ管、加熱された側板
ガス導入用毛細管(反応器の底附近)、熱電対および長
さ150mmの水冷凝縮器に連結した長さ150mmの
上部排出管のついた150−mlガラス反応器に、室温
でアニリン(132.47)を入れる。
平均温度200℃(175−225℃)で圧力1気圧の
上記のガス混合物を1分間に342m1の速度で加熱ガ
ス導入管から室温のアニリンに加える。
ガスを加える間、1分間に約2000回転でアニリンを
攪拌する。アニリンの大体の温度は45−50℃に上昇
する。そして空冷によつてその温度に保つ。排ガス(0
.5−0.7体積%のNOを含み、NO2および酸素は
含まない)を1分間に274m1の速さで排出管と凝縮
器を通して反応器から除き、空気中に出す。25℃の排
出管と凝縮器内にある時間は約11秒である。
排ガス管に硝酸ベンゼンジアゾニウムの附着は認められ
ない。180分後にガスを流すのをやめ、そこで反応混
合物を30℃まで冷却し、有機相を水相から分離する。
中和後有機相(133.2グラム)の組成は、重量で、
次のとおりである:19.8%の1・3−ジフエニルト
リアゼン、1,63%P−アミノアゾベンゼン、0.1
21%o−アミノアゾベンゼン、0.177%o−、m
−、およびp−アミノジフエニール、0.086%HN
O3、1.9%H2Oおよび73.1%アニリン。確認
できる総有機生成物に基づく%で、アニリンの21.7
%は180分後に生成物に変る。このことに基づいて、
1・3ジフエニールトリアゼンの収率は91.1%(ア
ニリンから誘導された確認できる総固体の重量で割つた
トリアゼンの重量)。上述の方法においてアニリンの代
りにo−トルイジンあるいはm−トルイジンを用いると
、それぞれ、1・3−0−トリールトリアゼンあるいは
1・3−m−トリールトリアゼンが同じ結果で得られる
実施例 2 水冷してアニリンの温度を25℃に保つことを除いては
、実施例1に述べた方法の通りに行う。
有機相の重量は139.8グラムである。20.3%の
アニリンが変化して、1・3−ジフエニールトリアゼン
の収率は96.1%で、p−アミノアゾベンゼンは3.
8%、o−アミノアゾベンゼンは0.26%である。
25℃の排ガスは0.5−7%のNO、窒素、アニリン
、および水分を含んでいる(NO2あるいは酸素は含ま
ない)。
25℃において11秒の滞留時間では排出管や凝縮器の
内壁に硝酸ベンゼンジアゾニウムの附着は認められない
実施例 3300m1の反応容器を用い、また用いたガ
ス混合物の組成(モル)は、10%NO2と90%窒素
とであることを除いては実施例1で述べた方法の繰返し
である。
この混合物はアンモニアのモル濃度が10.7%で酸素
のモル濃度が18,1%の場合に得られ、その後水蒸気
を生成ガスから除く。この場合、25℃において、ガス
混合物を1分間に375m1の速さでアニリン(199
,57)中に送ると、アニリンの温度は35゜Cに上昇
する。204秒後にガスを流すのをやめる。
有機相の重量は206.77である。42.2%のアニ
リンが変化して、1・3−ジフエニールトリアゼンの収
率は42.4%で、p−アミノアゾベンゼン31.6%
、p−ニトロアニリン16.3%およびo−ニトロアニ
リン9.9%である。
排ガス(窒素、700p.p.m.N02、アニリン、
水蒸気、酸素は含まず)を凝縮器中で10℃まで冷却し
てアニリン蒸気とトリアゼン蒸気とを凝縮して排出する
。約Jl5℃の排ガス装置内にある時間は、8.5秒で
ある。硝酸ジアゾニウム塩の附着は認められない。実施
例 4外部凝縮スリーブ管、二個の加熱された側枝毛細
管状のガス導入管(反応容器の底附近)、熱電9対およ
び長さ150mmの水冷凝縮器のついた150m1のガ
ラス反応容器に室温のアニリン(69.9y)を入れる
平均温度200℃(175 力1気圧で、5.4%NO2、2.9%NO、17%水
蒸気および74.7%窒素の組成をもつガス混合物を1
分間に150m1の速度で加熱ガス導入管から室温のア
ニリンに加える。
平均温度200℃、圧力1気圧で3%酸素と97%の窒
素の組成をもつ第2のガス混合物を1分間に125m1
の速度で第2の加熱ガス導入管からアニリンに加え、最
終成分を2.9%NO2、1.6%NO、9.1%水蒸
気、1.4%02および85%窒素にする。この混合物
はアンモニアの酸化によつて生成され、ついで本方法に
従つて窒素で希釈して、4.5%のNOx濃度になるガ
スににている。ガスを加える間、1分間に約1000回
転でアニリンを撹拌する。大体の温度は450−50℃
まで上昇し、空冷してその温度に保つ。211分後にガ
スを流すのをやめる。
アニリンの24,8%が変化して、1・3−ジフエニー
ルトリアゼンの収率は76.6%で、p−アミノアゾベ
ンゼン19.3%、o−アミノアゾベンゼン1.6%、
p−ニトロアニリン1.5%、およびo−ニトロアニリ
ン1.0%である。排ガスは0.5体積パーセントのN
Oと1.4体積パーセントの酸素を含んでいる。
大体9秒間排ガス管中にガスがあつても25℃の内壁に
は硝酸ベンゼンジアゾニウムは附着しない。実施例 5 本発明の方法は以下のような連続法で行つた。
(a)窒素酸化物を含むガス混合物一酸化窒素と空気を
79psig(6.4気圧)で、それぞれ1分間当り0
.117および0.145標準立方フイート(3.31
および4.101)の速度で導管を通して反応容器へ入
れる、加えた酸素の95−97%が反応してNOx(式
中x=1.5)を生成するように滞留時間を十分にする
1分間当り0.82標準立方フイート(231)の速度
で加熱した窒素を生成ガスに加え、74℃において、N
OxlO.8モルパーセントおよび残留酸素0.14モ
ルバーセント以下を含む最終ガス流を得る。
このガス混合物は、水分を除けば、30℃において相対
湿度80%の空気中で12.3%のアンモニアを燃焼さ
せて生成するガスに似ている。(b)アニリン/NOx
反応 アニリンと水分(水分は(a)項で述べたアンモニアの
酸化法のガス中に存在するのと同じ量)ZUをそれぞれ
110ミリリツトル/分および4.6ミリリツトル/分
の速度で水冷凝縮器を通して、連続的に引くように設計
した蒸気一液体分離器に導く。
反応生成物の溶液(アニリンに溶解した1・3−ジフエ
ニールトリアゼン)および管状反応容器で生成されたガ
スも分離器へ通し、一定のレベルを保つ為に液体を分離
器から連続的に吸引する。吸引した液体の一部は回収し
そしてその一部は40−50℃の温度を保つために冷却
器を再循環させ、それから一分間当り約2300ミリリ
ツトルの速度で管状反応容器に導く。(a)項で述べた
ように生成された窒素を含むNOx流を再循環アニリン
溶液流といつしよに反応容器に通じ、生成物(液体とガ
ス)を前述のように分離器に通す。
凝縮器(アニリンと1・3−ジフエニールトリアゼン蒸
気)内でガスを16℃まで冷却し、排出する。排出ガス
の分析からNOは1.34%でNO2はないことがわか
る(90%NO2が使われた)6時間の操作中、7分間
隔で周期的にサンプリングし、分析すると(体積で)1
9.0%の1・3−ジフエニルトリアゼン、1.2%p
−アミノアゾベンゼン、および0.05%アミノジフエ
ニルがあることがわかる。
未反応のアニリンは76%である。これに基いて、1・
3−ジフエニールトリアゼンの収量は93%である。実
施例 6 硝酸の生成に関係する市販のアンモニア酸化(AOP)
装置からの窒素を含むガス流の一部を連続的に引き15
5分間アニリンと反応させる。
AOP装置内で、分析によつて11.4−11,6モル
パーセントのアンモニアを必ず含むアンモニア一空気混
合物を約900℃、125psig(9.5気圧)にお
いて、白金金網触媒上で接触反応的に燃焼させ、一酸化
窒素、水蒸気、いくつかの未反応の酸素(体積で3%)
および残余窒素を含む亜酸化窒素ガス(NitrOus
gas)を生成する。ガスを約540℃迄冷却したAO
P装置中のある点において、1分間当り25ガロン(9
5リツトル)の流速で再循環アニリン溶液と接触させる
反応管へ入れる前に、約1.5秒間で190℃まで冷や
す熱交換体を通してガスの1部を1時間当り140ポン
ド(63.6キログラム)の速度で導管によつて出す。
反応管の出口は連続的に引くように設計されたガス/液
体分離器内にある。連続的に分離器から液体を引きなが
ら反応生成物の溶液(アニリンに溶けた1・3−ジフエ
ニールトリアゼン)と反応容器内に生じたガスを分離器
内へ入れる。1時間当り480ポンド(216キログラ
ム)の速度で、分離器から出る液体流に新しいアニリン
を連続的に加え、反応器および分離器の中に一定量を保
つために、生成物の溶液を連続的に吸引する。
吸引した液体の一部は回収し、またその一部は冷却器(
反応熱を除き、反応容器と分離器内の温度を50−55
℃に保つために)を通して再循環させ反応器へ入れる。
反応管の入口の温度は4750℃である;反応容器の入
口の圧力は35psig(3.4気圧)でその出口(ガ
ス/液体分離器)の圧力は4psig(0.3気圧)で
ある。反応管の体積は0.186立方フイート(5.2
リツトル)である。総体積が約12ガロン(45リツト
ル)の分離器内に、常に溶液を約3ガロン(11リツト
ル)入れておく。生成物の溶液のサンプルを分析すると
、次表のような結果が得られた。
アニリンに基いて、1・3−ジフエニルトリアゼンの収
率は89パーセント(17%のアニリンが転位)。分離
器から除いた排ガス(50−55℃)は、窒素、0.4
体積パーセントのNO、3体積%の酸素、水分およびア
ニリン蒸気(NO2を含まず)からなつている。
アニリンを除くために水を入れる前に4psiga(1
.3気圧)、内在時間は0.050.1秒でこのガスを
内壁温度60℃の排ガスラインに通す。対照実験 前述の排ガスが1%NOを含み、内壁温度が25℃、圧
力が1気圧ならば、5秒間で硝酸ベンゼンジアゾニウム
が附着する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液相状の炭素環式芳香族第一モノアミンのジアゾ化
    とカップリングにより1・3−ジアリールトリアゼンを
    製造する方法であつて、それにより生じたトリアゼン含
    有反応液体から、1種または2種以上の窒素酸化物と未
    反応の炭素環式芳香族第一モノアミンとを含有する残留
    ガスを分離して、該残留ガスを導管を通して廃ガス処理
    装置に導く方法において:(1)残留ガスが通過してい
    る導管の器壁を加熱する;(2)導管の器壁に炭素環式
    芳香族ジアゾニウム硝酸塩が析出するより前に残留ガス
    を導管から送り出してしまう;および(3)モノアミン
    を、二酸化窒素と一酸化窒素からなり実質的に酸素を含
    まないガス混合物とジアゾ化/カップリングさせる、と
    いう工程のうちの少なくとも1つを実施することを特徴
    とする方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、反応液
    体から分離されて導管内に入るときの残留ガスが二酸化
    窒素を含有しており、導管の器壁を約55〜125℃の
    範囲の温度に維持する方法。 3 特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、反応液
    体から分離されて導管内に入るときの残留ガスが一酸化
    窒素を含有するが、二酸化窒素は実質的に含有せず、か
    つ分子状酸素も本質的に存在しない方法。 4 特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、反応液
    体から分離されて導管内に入るときの残留ガスが一酸化
    窒素と分子状酸素を含有するが、二酸化窒素は実質的に
    含有せず、導管の器壁を約55〜125℃の範囲の温度
    に維持する方法。 5 特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、反応液
    体から分離されて導管内に入るときの残留ガスが一酸化
    窒素と分子状酸素を含有するが、二酸化窒素は実質的に
    含有せず、残留ガスは約4秒以内に導管から送り出され
    る方法。 6 特許請求の範囲第4項記載の方法であつて、炭素環
    式芳香族第一モノアミンがアニリンであり、該温度が約
    55〜75℃の範囲内である方法。 7 特許請求の範囲第3項記載の方法であつて、前記の
    反応液体が、前記第一モノアミンと、希釈された分子状
    酸素を含有するガスによりアンモニアを接触酸化して得
    た、二酸化窒素と一酸化窒素の希薄混合物を含有するが
    、実質的に酸素を含有しないガス混合物との接触により
    生じたものである方法。 8 特許請求の範囲第1項記載の方法であつて、二酸化
    窒素または二酸化窒素と一酸化窒素との混合物からなる
    希薄窒素酸化物成分を含有するガス混合物と液相状の過
    剰の炭素環式芳香族第一モノアミンとを接触させて1・
    3−ジアリールトリアゼンを製造し、トリアゼンを含有
    する反応液体から1種または2種以上の窒素酸化物と未
    反応の炭素環式芳香族第一モノアミンとを含有する残留
    ガスを分離し、該残留ガスを器壁が55〜125℃の範
    囲に維持された導管を通して廃ガス処理装置に導くこと
    を特徴とする方法。 9 特許請求の範囲第8項記載の方法であつて、該残留
    ガスが約4秒以内に導管から送り出される方法。 10 特許請求の範囲第8項記載の方法であつて、反応
    液体から分離されて導管内に入るときの残留ガスが一酸
    化窒素と分子状酸素を含有するが、二酸化窒素を実質的
    に含有しない方法。
JP52039600A 1975-11-25 1977-04-08 芳香族アミンのジアゾ化−カツプリングからの排ガス中の窒素酸化物反応の制御 Expired JPS5918386B2 (ja)

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