JPS6077112A - ヒドラジン及び/又はアンモニアの直接合成法 - Google Patents

ヒドラジン及び/又はアンモニアの直接合成法

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JPS6077112A
JPS6077112A JP58184031A JP18403183A JPS6077112A JP S6077112 A JPS6077112 A JP S6077112A JP 58184031 A JP58184031 A JP 58184031A JP 18403183 A JP18403183 A JP 18403183A JP S6077112 A JPS6077112 A JP S6077112A
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JP
Japan
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catalyst
hydrazine
silent discharge
molecules
reaction
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JP58184031A
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English (en)
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Koshiro Miyahara
宮原 孝四郎
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Otsuka Chemical Co Ltd
Otsuka Kagaku Yakuhin KK
Original Assignee
Otsuka Chemical Co Ltd
Otsuka Kagaku Yakuhin KK
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はN2ガスとN2ガスよシ直接ヒドラジン及び/
又はアンモニアを製造する方法に関する。さらに詳しく
は、無声放電のもとて触媒表面でガス分子を活性化せし
めてN2分子又はN2分子と142分子からヒドラジン
及びアンモニアを直接得る製造方法に関する。
従来のヒドラジンの代表的な合成技術としてアンモニア
の液相酸化法が挙げられるが、高価なアンモニア原料を
使用することや、製造工程が複雑でエネルギーコストが
高い等の問題点が多い。これらの問題点を解決するため
に現在多くの研究がなされている。そして現在はN2ガ
スとN2ガスから、直接ヒドラジンもしくはアンモニア
を如何に造シ出すかが研究主体になっている。
分子状N2の水素化はN2分子配位金属錯化合物の分解
法(CI+sm 、 Lett 、旦B 、 987 
)、N2ガス中での水和チタニア触媒による光化学反応
法(J。
A、 C,S、工 7189 (+977 ) ) 、
液相均一系接触法1: Nature 、 23+ 4
80 (1971) )等が最近発表されているが、N
2ガス分子とN2ガス分子よシ直接ヒドラジンを合成す
る技術は今なお完成されていない。
本発明の目的はN2ガス分子又はN2ガス分子とN2ガ
ス分子よりヒドラジン及び/又はアンモニアを高収率で
直接合成する方法を提供することにある。
本発明者はヒドラジンの合成に関し、N2ガス分子、N
2ガス分子等の活性化並びにプロトネーションの理論的
検討を続けた結果、オレフィンのメタシシス用触媒や金
属酸化物触媒等が無声放電中で良好な効果を与えること
を見出した。
本発明におけるヒドラジンの合成理論の基本的な考え方
は、N2分子の活性化及びN2針の活性化を行うエネル
ギーとして無声放電領域の低い放電エネルギーを用いて
、電極となっている触媒表面層に発生する無声放電部で
活性N2に、N2→2H+ 2e−+ で発生したHがプロトネーションしN1−12・NN2
もしくはNl−13が得られるのである。。ここでN2
の活性化は無声放電中の触媒金属原子へのN2分子の配
位による活性化であり、N2のHへの活性化は無声放電
中の触媒金属原子との結合もしくは触媒中の酸素原子と
の結合によシ水素化もしくはヒドロキシ化が行われる。
無声放電によりこれら触媒中の水素化物もしくはヒドロ
キシ化物のHは再度プロトン化し触媒金属原子へ配位し
た活性N2と水素化反応が起こる。そしてヒドラジンも
しくはアンモニアが触媒表面で生成するのである。触媒
上の不足したHは無声放電下のN2分子よシ解離したH
+にて補給していくことにな’) s N2/N2モル
比が多くなるとNl(3の生成量が多くなり、ヒドラジ
ンの生成量は減少する。
すなわち一般的な反応式にて表わすと、ヒドラジン合成
反応は 1−I2Q 、H+ +2e− +11−1 +Cata Mn−→Cata(M・H)
mH+ Cata MOrrl−→Cata(M−01
−1)m(1) N2 + Cata(M 4−1 )
H−→Cata(M −H)nψN2−→Cata (
Ml−nn−2) ・N2H2→Cata (Mn、H
n−4) ・N2H4−ウCata(MH−HH−4)
+N2H4C,Ita (M、−Hn4 )+ 4I−
I魁−→Cata (M−H)n(11) N2 + 
Cata−(M−OH)m−m−→Cata(MQB−
Hr+1−2)十N2H2−−→Cata (薩晶・H
m−4)+N2H4CatN2H4Cata(、)+4
H→Cata(M−αJ)mで表わされ(1)は触媒と
して金属を使用した場合又(I[)は金属酸化物を使用
した場合のヒドラジン合成反応式である。
又アンモニアの合成反応式も同様に考えられ、N2/N
2のモル比が大きい程すなわちH+の発生量が多い程N
H3の生成が多くなる。すなわち本発明のヒドラジンと
NH3の選択性はN2/N2導入原料ガスの組成比によ
シ、又ヒドラジンの合成速度は無声放電の強度によシ基
本的に決定される。
さて本発明をさらに具体的に説明する。
反応系は第2図に示すように循環ラインのシステム中に
反応器、生成ヒドラジン凝集トラップ部を設け、反応部
には触媒固相部に対電極を設け、触媒表面層よシ無声放
電が発生するようにし、又未反応N2/N2ガスの再利
用も含めて系内均一化のための循環ポンプを設置してい
る。又系内の圧力調整部には真空ゲージ、他バルブを設
け、末部に真空ポンプを連結している。又反応器以降の
生成物凝集トラップは、液体窒素もしくはドライアイス
程度で冷却する。さらに生成物の確認を行うためにライ
ンの一端より質量分析計によシ連動分析するのも好まし
い。
本発明の系内圧力はH2/N2の圧力で01〜100T
orrで十分行えるが、好ましくは1〜50 Torr
が良い。O,ITorr以下の場合生成ヒドラジンの収
率が低く、又100Torr以上の場合は生成効率が低
くなる。反応温度は室温条件で十分であるが、室温から
液体窒素温度までの範囲で反応させることも可能である
。液体窒素温度以下では、反応N2ガスの凝縮が発生し
、反応系のバランスが変化しヒドラジン合成が出来なく
なる。又、室温以上の反応温度でも良いが高い温度で行
うと反応ガス圧力及び生成ヒドラジン蒸気圧等よシ圧力
バランスが変化し反応効率が悪くなる。このため反応温
度は室温から液体窒素温度までの範囲が好ましい。
本発明に使用される触媒は金属、半金属、金属の表面積
の大小及び粒径に大きな影響はない。しかし触媒中に含
有されている炭素の影響が出るため触媒中の残存炭素を
除去するのが好ましい。すなわち触媒中に炭素が残存し
ている場合、N2ガス中の無声放電によF)C+〜C6
までの炭化水素化合物が合成される。又N2ガスもしく
はH2/N2ガス中の無声放電によりHCN合成、特に
 ヒドラジメチレン(CH4N2 )が合成される。よ
ってヒドラジンを主に合成するためには触媒中の炭素を
完全に除去するのが好ましい。その方法として約120
0’Cまで焼成し、脱炭素を行うのが良い。
本発明で使用され得る触媒の金属・半金属等の元素とし
ては周期律表に挙げられた元素はすべて使用可能である
が、代表的な元素としてTi%Pvlo sMg、 S
i 、 A、d、 Cr、 Co、V等が挙げられる。
更にこれら元素の酸化物すなわち代表的には5i02゜
Al2O3、MgO等も使用できる。またこれら酸化物
上に1(、V %Cr 、 Co 、Ti 、Mo等の
元素をドープさせることによジヒドラジンの生成選択性
が向上する。又、金属水素化物もしくは水素吸蔵金属等
を触媒として使用することによ多安定な定常反応を行う
ことが可能となシ、ヒドラジンの効率的生産が可能とな
る。その他触媒として金属水酸化物、金属カルボン酸等
を使用することもできる。触媒の結晶構造による反応性
の差はなく、単結晶、多結晶、配向性多結晶及び非晶質
等のどの構造でも効率的に反応は進むが、連続生産プラ
ント等においては水素の吸蔵及び放出の耐久性がある非
晶質構造の触媒が良い。たとえばPd−Zr%Pd −
Ti 。
pa −Si 、 Pd −Hfなどの水素吸蔵アモル
ファス合金等が挙げられる。
上記水素吸蔵アモルファス合金を使用した連続製造法の
概略を第1図に示す。図において(+)は水素吸蔵アモ
ルファス合金、(2)は電極、(3)は無声放電を示す
本発明ではN2分子とN2分子よジヒドラジンもしくは
アンモニアを合成する上でその生成物の選択性が重要で
ある。これらの生成物選択性は触媒の効果以外にH2/
N2の混合比が影響する。すなわち、N2100%で行
った場合、生成物はヒドラジンが87〜100%生成す
るが、触媒表面上へH+が供給されないため、定常的に
は進行しなくなる。
このN2100!16の場合のHの供給源は触媒表面の
吸着水あるいは金属酸化物に含まれているヒドロキシル
基等を例示することができる。
又、H2/N2=3/1付近ではHlの供給量が過剰な
ためNH3の生成量が非常に多くなる。H2/N2−3
/1以上になるとH2の過剰な状態が保持されるだけで
NH8の生成量に変化はない。すなわちI(2/N2の
モル比が0/1〜3/1の範囲においてとドラジン10
0%〜NH3100% の合成が可能となる。
このように本発明はN2ガス分子及びH2ガス分子が触
媒表面上で発生する無声放電により活性化され、■+と
じて触媒中へ供給されたHが、活性化しているN2と反
応し水素化が起シ、N2 /N2の混合比及び触媒種に
よりヒドラジン及びアンモニアが選択的に合成できる。
本発明で更にもう1つ大切な要因として無声放電の電力
量がある。この電力量は合成速度に大きく影響を与える
。本発明においては無声放電の発生する最低電力量以上
あれば十分円滑に反応を進行でき、このために通常無声
放電の電力量は約数WH以上が好ましい。電力量を増加
することによシ、また放電面積を広くすることによシ、
反応速度が犬きく向上する。
以下に本発明を実施例にて更に具体的に説明する。たた
し本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
尚、実施例においては第2図に示すN2 / N2無声
放電反応システムにてヒドラジンの合成を行なった。反
応管として6酊φ内径の石英管を使用し、コック類のシ
ールはグリースタイプのコックでは生成ヒドラジンのグ
リースへの吸収が発生するためノングリースタイプのコ
ックを使用した。又、テスラーコイルから発生する無声
放電電力は反応圧力を一定(20Torr ) として
1(jWHで行った。反応時間は10〜15分間無声放
電を行い、その後、液体窒素(LN2)l−ラップに生
成物を凝縮させた。凝縮物を再蒸発させ質量分析計にて
分析を行った。ここで分析を容易にするため、′N2原
料として15N重窒素を使用した。
本発明に使用した質量分析計(NAG−515)〔日型
アネルバー社製〕にて本発明の方法で得られたヒドラジ
ン、アンモニア、ヒドラジメチレンの生成物のマススペ
クトルを第1表に示す。
第1表 実施例1−13及び比較例1 第2表に記載の各種の触媒を使用した場合の生成物の選
択性を同様第2表に示す。尚、比較例1として無触媒の
結果も併記した。
実施例14〜26 第3表に石英粉(5i02 )及びMgO結晶の10〜
16メツシユ粉を1200℃にて焼成して脱戻素を行っ
たもの、及びこれらのそれぞれに各種の金属をドーピン
グさせたものを触媒として使用した場合の生成物の選択
性を示す。各種金属のドーピング量は約5 X 10 
f/c/l である。
第2表 第3表
【図面の簡単な説明】
第1図は水素吸蔵アモルファス合金を使用した連続製造
法の概略を示し、第2図は実施例で使用したH2/N2
無声放電システムを示す。(1)水素吸蔵アモルファス
合金、(2)電極、(3)無声放電、(4)反応管、(
5)テスラーコイル、(6)液体窒素トラップ、(7)
質量分析計、(8)真空ポンプ、(9) H2ガスボン
ベ、0ON2ガスボンベ、0υ圧力制御器、(イ)循環
ポンプ、α椴ピラニゲージ。 (以上) 特許出願人 大塚化学薬品株式会社 代理人 弁理士口材 巌

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)固体触媒を対電極側とした無声放電によシ、触媒
    表面でN2分子又はN2分子とN2分子を活性化せしめ
    、該活性化分子の結合によりヒドラジン及び/又はアン
    モニアを直接合成することを特徴とするヒドラジン及び
    /又はアンモニアの製造法。 ルボン酸及びそれらの複合触媒である特許請求の範囲@
    1項記載の製造法。 (3)触媒の構造が結晶もしくは非晶質である特許請求
    の範囲第2項記載の製造法。 (4)触媒中に他元素をドープした特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の製造法。 (5)触媒中にドープされる元素がアルカリ金属又は遷
    移金属である特許請求の範囲第4項記載の製造法。 (6)導入ガスのN2とN2のモル比が0/1〜3/1
    である特許請求の範囲第1項記載の製造法。 (7)無声放電中の反応ガス圧力が1〜5 Q Tor
    rである特許請求の範囲第1項記載の製造法。 (8)無声放電中の反応温度が液体窒素温度以上の温度
    である特許請求の範囲第1項記載の製造法。 (9)未反応N2及びN2ガスをクローズド系の内で再
    循環せしめる特許請求の範囲第1項記載の製造法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62164886A (ja) * 1986-01-13 1987-07-21 Shinryo Air Conditioning Co Ltd アセチレンの製造方法
JP2013072639A (ja) * 2011-09-29 2013-04-22 Toshiba Corp 冷凍装置、窒素の水素化装置及びリークガス除去方法

Cited By (3)

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