روش جدید تولید هیدرازین هیدرات در سال 2024
در سال 2024، تیمی از محققان بینالمللی موفق به توسعه روشی جدید برای تولید هیدرازین هیدرات شدهاند که ضمن کاهش هزینههای تولید، اثرات زیستمحیطی را به حداقل میرساند. این روش جدید از کاتالیستهای پیشرفته و فرآیندهای الکتروشیمیایی بهره میگیرد که نیازی به استفاده از مواد سمی و خطرناک ندارد.
اختراع حاضر به فرآیندی برای تولید هیدرات هیدرازین مربوط می شود. که به یک فرآیند بهبود یافته برای ساخت هیدرازین هیدرات از متیل اتیل کتون آزین مربوط می شود.تولید صنعتی هیدرازین هیدرات بر اساس فرآیندهای Raschig، Bayer یا پراکسید هیدروژن انجام می شود.
تولید صنعتی هیدرازین هیدرات
- فرآیند Raschig، آمونیاک با یک هیپوکلریت اکسید می شود تا محلول هیدرازین هیدرات رقیق به دست آید، که متعاقباً باید با تقطیر تغلیظ شود. این فرآیند خیلی انتخابی نیست، بازدهی پایینی دارد و آلودگی بالایی دارد و عملاً دیگر استفاده نمی شود.
- فرآیند Bayer، شکل جایگزینی از فرآیند راشیگ است که شامل تغییر تعادل شیمیایی با به دام انداختن هیدرازین تشکیل شده به شکل آزین با استفاده از کتون است. متعاقباً آزین جدا شده و سپس به هیدرازین هیدرات هیدرولیز می شود. عملکرد بهبود یافته است اما هیچ بهبودی با توجه به تخلیه به محیط زیست وجود ندارد.
- فرآیند پراکسید هیدروژن شامل اکسید کردن مخلوطی از آمونیاک و کتون با پراکسید هیدروژن در حضور وسیله ای برای فعال کردن پراکسید هیدروژن به منظور تشکیل مستقیم آزین است که متعاقباً هیدرولیز به هیدرازین هیدرات کافی است. بازده زیاد است و این فرآیند آلاینده نیست. فرآیند پراکسید هیدروژن توسط شرکت متقاضی استفاده می شود و در اختراعات متعددی استفاده می شود.
چه آزین از فرآیند پراکسید هیدروژن منشاء گرفته باشد یا از روش دیگری برای تهیه، این آزین باید هیدرولیز شود تا هیدرازین هیدرات به دست آید. اختراع حاضر مربوط به هیدرولیز متیل اتیل کتون آزین (که در ادامه متن به عنوان مکازین نیز شناخته می شود)، منبع آن هر چه باشد، به منظور تبدیل آن به هیدرات هیدرازین است.
اختراع حاضر به فرآیندی برای تهیه هیدرازین هیدرات مربوط می شود که در آن متیل اتیل کتون آزین هیدرولیز می شود تا هیدرازین هیدرات و متیل اتیل کتون به دست آید، که مشخصه آن این است که هتروسیکل های خانواده پیرازولین به مقدار کافی برای جلوگیری از رنگ آمیزی خارج می شوند.
چه آزین توسط یک فرآیند پراکسید هیدروژن یا فرآیند دیگری تولید شود، متیل اتیل کتون سودمند است زیرا حلالیت کمی در محیط آبی دارد.
در فرآیند پراکسید هیدروژن، متیل اتیل کتون آزین به صورت صنعتی انتخاب شد، زیرا در مخلوط واکنش نسبتاً نامحلول است، که مخلوط واکنش لزوماً آبی است زیرا از محلولهای آبی پراکسید هیدروژن استفاده میشود که بین 30 تا 70 درصد وزنی اندازهگیری میشوند.
بنابراین بازیابی و جداسازی این آزین با ته نشینی ساده آسان است. بسیار پایدار است، به ویژه در محیط قلیایی، یعنی در مخلوط واکنش آمونیاکی. در تمام فرآیندهای مدرن، این آزین متعاقباً خالص شده و سپس در یک ستون تقطیر واکنشی هیدرولیز می شود تا متیل اتیل کتون در بالا آزاد شود، تا به واکنش تولید بازیافت شود، و به ویژه یک محلول هیدرات آبی هیدرازین. در قسمت پایین، که باید تا حد امکان حاوی محصولات کربنی کمتری به عنوان ناخالصی باشد و باید بی رنگ باشد.
اگرچه ستون های بسته بندی شده معمولی می توانند مناسب باشند، اما معمولاً از ستون های صفحه ای استفاده می شود. تعداد صفحات می تواند با توجه به زمان ماندن مجاز روی صفحات و فشار و در نتیجه دمایی که عملیات در آن انجام می شود بسیار متفاوت باشد. در عمل، زمانی که عملیات تحت فشار 8 تا 10 بار انجام می شود، تعداد صفحات مورد نیاز در حد 40 تا 50 است.این ستون به طور مداوم کار می کند و واکنش دهنده ها، یعنی مکازین و آب، به قسمت بالای ستون تزریق می شود.
هیدرولیز آزین ها شناخته شده است. هیدرولیز باید در یک ستون واکنشی انجام شود، به طوری که با جداسازی مداوم متیل اتیل کتون در بالای ستون تقطیر و هیدرات هیدرازین در پایین ستون، هیدرولیز کامل حاصل شود.
در تمام این اختراعات، واکنش در یک ستون تقطیر بسته بندی شده یا بهتر است یک ستون تقطیر صفحه ای که تحت فشار 2 تا 25 بار با دمای پایین 150 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد کار می کند انجام می شود.
در این ستون، آزین هیدرولیز شده و هیدرات هیدرازین از متیل اتیل کتون جدا می شود. این شرایط معلوم است. فرد ماهر به راحتی تعداد بشقاب ها یا ارتفاع بسته بندی و همچنین نقاط تغذیه با آذین و با آب را تعیین می کند. محلول هایی شامل 30 یا حتی تا 45 درصد وزنی هیدرازین هیدرات در پایین به دست می آیند.
این نسبت مولی آب به آزین در تغذیه این ستون حداقل بیشتر از استوکیومتری و به طور مطلوب بین 5 تا 7.75 است. پایین ستون بین 150 درجه سانتیگراد و 200 درجه سانتیگراد است، ترجیحاً 175 تا 190 درجه سانتیگراد. فشار به دمای جوش آزین، آب و متیل اتیل کتون بستگی دارد.
یک فرد ماهر در این هنر به راحتی می تواند با توجه به تعداد بشقاب ها یا ارتفاع بسته بندی، موقعیت خوراک آزین و موقعیت تغذیه آب، رفلاکس، ماهیت آزین و موارد مشابه را تعیین کند. بخشی از ستون حداکثر غلظت 3،4،5-تری متیل-5-اتیل-پیرازولین و 3،5-دی اتیل-5-متیل پیرازولین به دست می آید.
علاوه بر این، شرکت متقاضی به تازگی دریافته است که در حالی که امکان جلوگیری از تشکیل این محصولات جانبی وجود ندارد، حداقل می توان از یافتن این محصولات در پایین ستون با برداشتن یک جریان جانبی از یک ستون جلوگیری کرد.
چند بشقاب جریان های جانبی به طور سودمند از صفحات با حداکثر غلظت هتروسیکل های خانواده پیرازولین گرفته می شوند. جریان جانبی را می توان به طور مداوم گرفت، اما ترجیح داده می شود که به طور غیرمستمر عمل کند، تا از از دست دادن سایر محصولات در فرآیند واکنش جلوگیری شود.
مقادیر محیط موجود در ستون هیدرولیز به گونه ای برداشته می شود که میانگین غلظت این هتروسیکل ها در برآمدگی غلظت از 4% و ترجیحاً 2% (از نظر وزنی) تجاوز نکند. مقداری که باید برداشت شود به راحتی با تجزیه و تحلیل، توسط کروماتوگرافی گازی، غلظت این هتروسیکل ها تعیین می شود. این مقادیر برای جلوگیری از رنگی شدن هیدرات هیدرازین تولید شده در پایین کافی است.
در نتیجه اختراع حاضر به فرآیندی برای تهیه هیدرات هیدرازین مربوط می شود که در آن:
- (الف) آمونیاک، پراکسید هیدروژن و متیل اتیل کتون (MEK) در حضور یک محلول کار به منظور تشکیل یک آزین واکنش می دهند.
- (ب) محلول کار و آزین، که به صورت اختیاری شامل متیل اتیل کتون واکنش نداده است، جدا می شوند.
- (ج) محلول کار پس از یک تصفیه اختیاری به مرحله (الف) بازیافت می شود.
- (د) آزین برای به دست آوردن هیدرات هیدرازین و بازسازی متیل اتیل کتون هیدرولیز می شود.
- (ه) متیل اتیل کتون به مرحله (الف) بازیافت می شود، این فرآیند به این صورت مشخص می شود که در مرحله (d)، هتروسیکل های خانواده پیرازولین از بین می روند.
چشمانداز آینده تولید هیدرازین هیدرات
روش جدید تولید هیدرازین هیدرات در سال 2024، نه تنها یک گام بزرگ در جهت بهبود فناوریهای تولید این ماده است، بلکه میتواند به عنوان الگویی برای توسعه فرآیندهای شیمیایی سبز در دیگر حوزهها نیز به کار گرفته شود. انتظار میرود با تجاریسازی این روش و سرمایهگذاریهای بیشتر در این حوزه، صنعت تولید هیدرازین هیدرات وارد مرحلهای جدید از رشد و توسعه شود.
نتیجهگیری:
روش جدید تولید هیدرازین هیدرات در سال 2024 برای فروش هیدرازین هیدرات، تحولی قابل توجه در صنعت شیمیایی ایجاد کرده و با رفع چالشهای زیستمحیطی و اقتصادی، راه را برای استفاده گستردهتر از این ماده ارزشمند در آینده هموار کرده است. پیشرفتهای حاصل در این زمینه، نشاندهنده اهمیت پژوهشهای علمی و فناوری در دستیابی به اهداف توسعه پایدار است.
