CN1104629A - 制备芳香胺的连续工艺 - Google Patents

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Abstract

通过在高温下，芳香二硝基和多硝基化合物的催 化加氢的连续工艺来生产相应的芳香二胺和多胺。 反应混合物中放出的热可用来生产≥2巴的过压蒸 汽。

Description

本发明涉及通过二-和多硝基化合物的催化加氢制备相应的芳香二-和多胺的连续工艺。
通过硝基化合物的催化加氢制备芳香胺的众多工艺是已知的。例如可参见：美国专利3，546，296;美国专利3，781，373;美国专利3，761，521;美国专利3，895，065;美国专利4，288，640;德国专利2，135，154;美国专利3，882，048;英国专利1，490，313;英国专利1，017，646;美国专利3，356，728;美国专利3，356，729;美国专利3，431，085;美国专利3，194，839和英国专利768，111。
当芳香多硝基化合物与氢进行反应时会释放出大量的热量。已经进行了利用在由多硝基化合物的加氢来制备相应的芳香多胺时释放出的加氢反应热的许多尝试。例如，加热的冷却水可以用于房间供暖或加热产生蒸汽或甚至用于蒸发低沸点溶剂。
芳香多硝基化合物的大规模加氢反应一般尽可能在最低的温度下进行以便减少多硝基化合物在高温下加氢时产生的不能控制的副反应的危险。副反应可能导致产生不希望得到的副产物，从而降低产率。环上加氢、加氢分解或生成大分子焦状产物都是所不希望的副反应的例子。也会发生***性副反应。硝基化合物强烈的放热反应及其在高温下的高速反应是产生这些副反应的原因。
为了尽可能避免这些不希望发生的副反应，芳香多硝基化合物的大规模加氢反应一般在不会产生超过2巴的过压蒸汽的温度下进行。
加拿大专利1，211，751叙述了一种通过二硝基化合物的催化加氢制备相应的芳香二胺的工艺，该工艺同时产生≥1巴的过压蒸汽。装有管子的泡罩塔用作为反应器。反应器由在管子中的水转化成蒸汽来冷却。由芳香二硝基化合物、相应的二胺、加氢催化剂、作为溶剂的含有1～6个碳原子的脂族饱和醇和水组成的反应悬浮液与氢气一起加入到反应器中。通过选择进料到泡罩塔的反应悬浮液的数量、压力、温度及冷却水的数量来使泡罩塔的反应温度在140～250℃。
加拿大专利1，211，757所叙述的工艺的缺点是使用了溶剂。尽管溶剂缓和了已知的多硝基化合物在高温下加氢的问题，但是它在加氢条件下并不是完全惰性的。该溶剂发生反应以致形成了不希望得到的副产物而降低了胺的产率。当反应完成后，必须把溶剂从芳香二胺中分离出来并任选地进行综合加工。这些处理增加了工艺的费用。
已经进行了使加拿大专利1，211，751所叙述的工艺的主要特点转变成芳香硝基化合物的无溶剂催化加氢的许多尝试。欧洲专利263，935公开了一种工艺，其中使用搅拌反应器来进行放热反应。这些反应器用水进行冷却，水在管子中转变成大于1巴的过压蒸汽。蒸沸管的冷却表面与反应空间的体积之比是40-400米2/米3。已经证实这种高比例对移出反应热是特别有效的。然而，欧洲专利263，935公开的工艺仅能用于有限的芳香多硝基化合物的催化加氢，因为并不能保证完全的相混合。由于非均相性，会发生强烈的及不能控制的副反应。这些副反应导致产率降低，而且树脂状化合物覆盖了冷却表面和/或部分催化剂。
本发明的一个目的是提供一种通过芳香硝基化合物的加氢来生产芳香胺的无溶剂工艺。
本发明的另一个目的是提供一种通过芳香硝基化合物的加氢来生产芳香胺的工艺，该工艺可以在高温下进行而不会促进副反应。
本发明的再一个目的是提供一种可同时生产芳香胺和≥2巴过压蒸汽的工艺。
这些和其它对于精通本技术的人来说是显而易见的目的可通过下列步骤来完成：（1）将芳香二硝基或多硝基化合物加入到含有胺、催化剂、水和氢气的快速流动的混合物的反应器中以便使硝基化合物能分散在这种快速流动的混合物中，（2）使硝基化合物与氢气进行反应生成胺，和（3）从反应器中连续地排出含胺的反应混合物。在步骤（1）中控制混合比以便使加入的硝基化合物与胺、催化剂、水和氢气的混合物的体积比在特定的范围内。反应器维持在约5～约100巴的压力和在约120～约220℃的温度。反应热可任选地用于生产蒸汽。
附图说明了用于实施本发明的一套装置。
本发明旨在通过芳香二-和多硝基化合物的催化加氢来制备相应的芳香二-和多胺的连续工艺。该工艺可以在带有具有混合室的喷射泵的文氏环管反应器中进行。
在本发明的工艺中，芳香二-或多硝基化合物在没有溶剂的情况下加入到一种快速流动的混合物中，该混合物由芳香二胺（多种二胺）或多胺（多种多胺）、微细粉碎的悬浮的固体加氢催化剂、水和氢气所组成。硝基化合物以一种能很好地分散在混合物中的方式加入到反应器中。存在于反应器中的快速流动的混合物与加入到反应器中的二-或多硝基化合物的体积比保持在约50～500范围内。喷射泵以在喷射泵的混合室中，加入每吨二-或多硝基化合物时消耗4～40千瓦的能量的方式对快速流动的混合物进行操作。导进的氢气体积流量与快速流动、任意循环的混合物体积之比维持在0.1～7。所需的氢气吸人反应器的气体室腔，而在反应中所消耗的氢气可由***的任何部位供给。反应混合物从***中连续地排出。反应器中的压力维持在约5～约100巴，操作温度维持在约120-220℃。反应热可任选地用于生产蒸汽。
反应器较好地维持在约10～约50巴的压力和约150-约200℃的操作温度。
产物芳香二胺或多胺可从***中的任何部位排出。较好地在循环泵的压力侧排出。在本发明的一个具体优选方案中，产物二胺通过在循环泵的压力侧的过滤器排出。
产物二胺或多胺也可从反应器自身排出。从反应器自身排出的产物较好地通过一个沉淀区而进行回收。存在于产物中的催化剂可从产物中分离出来（例如，通过在沉淀区的沉淀），然后返回***。
较好地使产物移出而使催化剂保留在***中。
在本发明的工艺中，所用的芳香二-或多硝基化合物可以是纯态的，也可以是与相应的二-或多胺混合或与相应的二-或多胺及水混合的混合物形式。
芳香二-或多硝基化合物以一种使硝基化合物很好地分散的方式进料到存在于反应器中的流动混合物中。也可通过多孔喷嘴或通过一些其它合适的设备来完成。
硝基化合物较好是进料到喷射泵（例如在图中以数字7标出的设备）中，更好是进料到喷射泵的混合室中。
按照本发明，可用来生产胺的优选芳香硝基化合物的例子包括：1，3-二硝基苯，2，4-二硝基甲苯，2，6-二硝基甲苯和二硝基甲苯的工业混合物，该混合物主要由二硝基甲苯的2，4-和2，6-异构体组成。
按照本发明，2，4-二硝基甲苯及二硝基甲苯的工业混合物（其中以总混合物为基准，2，6-二硝基甲苯含量可高达35%重量）更好地用作芳香硝基化合物而进行加氢。这些工业混合物也可含有少量（即以总混合物为基准，最大量达到6%重量）的2，3-、2，5-或3，4-二硝基甲苯。
任何已知的用于使芳香硝基化合物加氢的加氢催化剂都可用于本发明的工艺中，合适的催化剂例子包括元素周期表中的第Ⅷ副族金属。诸如镁、铝和/或硅的氧化物可用作载体材料。较好地使用阮内铁、钴和/或镍，特别是阮内镍。
所用的催化剂为细分散状态。催化剂细分散并悬浮在反应悬浮液中。在实施本发明工艺时，悬浮液的维持靠通过诸如喷射泵的喷嘴的循环来保证。
在实施本发明时，必须特别注意：
（1）反应混合物以一种混合物（含有胺、催化剂、水和氢）与加入的硝基化合物的体积比为50～500，更好为200～300的方式进行循环;
（2）消耗在喷射泵的喷嘴的能量是加入每吨硝基化合物为4～40千瓦;
（3）喷射泵喷嘴自动地抽射，即由循环混合物的能量使聚集在反应器上部的氢气自动地再混合到反应混合物中;
（4）通过加入来自反应器外部的新鲜氢气来维持***的操作压力，和
（5）加入的氢气流与循环的混合物的体积比为0.1～7。
通过加入芳香硝基化合物组分（更好地在喷射泵的混合室中）与其余工艺参数相结合来完成低基质浓度下所有组分的强烈混合及避免仅在基质物与催化剂之间接触的时间。这意味着可以在高温下进行二-和多硝基化合物的无溶剂的催化加氢，同时由加氢反应释放出的热生产大于2巴的过压蒸汽。而不发生副反应或发生反应很小程度的副反应。
本发明的工艺较好地在诸如化学工程科学（Chem.Eng.Sc.），第47卷，第13/14期，第3557～3564页（1992）或在VT“Verfahrenstechnik”15（1981）No.10，第738～749页所描述的装置中进行。也可采用任何具有这些装置主要特点的其它装置。
用于实施本发明工艺的装置的例子之一如附图所示。图中的数字意义如下：
（1）反应器
（2）用于使反应混合物循环的管道
（3）用于使反应混合物循环的泵
（4）冷却循环反应混合物的热交换器
（5）排出芳香胺和滞留催化剂的过滤设备
（6）芳香硝基化合物的进料设备
（7）将氢气加入到反应混合物中的喷射泵
（8）调节器
（9）压力控制（压力的维持）
（10）调节器（控制芳香硝基化合物进料到进料管线的数量）
（11）芳香硝基化合物的进料管线
（12）氢气的进料管线
（13）氢气输送管线
本发明的工艺也可在图中所说明的装置中实施。在图示装置中实施的具体工艺的实例在下面更具体地叙述。
在本发明的工艺中，例如，二硝基甲苯（DNT）的加氢反应可在一个带有喷射泵的环管反应器中进行。较好地在25巴的压力及185℃的温度下进行的反应是强烈的放热反应。在反应中释放出的热大大加热了反应混合物。因为随着温度的上升，选择性变差，所以将反应混合物的温度上升限制在10℃或更低是有利的。这可以通过调节循环混合物的质量流量，使释放出的热量和温升可以容许这一简单方式来实现。
例如，在2000千克/小时二硝基甲苯加氢时，释放出2，756，000千卡/小时的热量。如果循环反应混合物的质量流量至少为372吨/小时，那么允许的最高温度将不会超过185℃+10℃＝195℃。如果加入的二硝基甲苯的数量是1500升/小时，那么混合物的数量与二硝基甲苯数量的比是372000∶1500＝248∶1。当采用催化剂具有较低的温度敏感性时，可以容许较高的温升，而混合物就可以以较低的流速进行泵抽。
如果转化二硝基甲苯所需的氢气的循环体积流量是处于溶解状态，则反应能够容易地进行。遗憾的是在所给定的条件下（25巴，185℃），反应混合物仅能溶解的氢气的最大量是0.132克/升。372米3/小时体积流量的混合物仅能含有最大的氢气量为49.1千克。由于完全转化2000千克/小时二硝基甲苯需要的氢气量是132千克/小时，溶解的氢气仅占所需的氢气总量的37.2%。因此必须在反应区供给不足的82.9千克/小时的氢气。所以，喷射泵7的运转方式必须能提供为加入不足数量的氢气所需的物料转移条件。当反应在25巴及180℃～195℃进行时，喷射泵7必须至少加入100米3/小时的氢气，其中62.8%氢气必须溶解在混合管道中，剩余部分在其后的容器中。因此加入的气体体积流量与反应混合物的循环体积流量的比例至少为100∶372＝0.269。由于要分散的气体数量相对较少，所以总量为132千克/小时的氢气总量可以容易地单独溶解在喷射混合管道中。为确保不降低溶解在循环反应混合物中的氢气数量，加入大于所要求的100米3/小时的最小数量的氢气是有利的。
即使***以372米3/小时的流量的循环速率及3倍的氢气数量（即加入300米3/小时）进行操作，可选择喷射混合管道的条件以使132千克/小时氢气完全溶解在反应路径的这一部分。完全溶解可以诸如通过调节喷射泵的能量比容引入来获得。混合的强度可通过喷嘴几何形状的选择和为满足特别要求而加入到喷射泵中的能量的调节而在较宽的范围内变化。例如，如果采用70毫米直径的喷嘴将37.3千瓦的能量加入到372米3/小时的循环物流中，根据混合室的尺寸，能量的比容引入为约2.9～约6.8千瓦/升。对于每小时加氢2吨二硝基甲苯的情况，则18.65千瓦/吨加入的二硝基甲苯就是为使加入到反应器中的氢气达到所要求的分散性而必须引入到喷射泵中的能量的比容数。
尽管在上文为了解释的目的已详细地叙述了本发明，但是必须理解，这种详细叙述仅是为了解释的目的，而对于熟悉本技术的人来说可以对本发明做出各种改变，而不离开其精神实质和范围，但是要受到本申请权利要求的限制。

Claims (9)

1、一种用于生产芳香二胺和/或多胺的连续工艺，包括：
(1)在无溶剂的情况下，将芳香二硝基或多硝基化合物(a)加入到维持在约5～约100巴压力及约120～约220℃温度的反应器中，其中由：
(Ⅰ)芳香二胺和/或多胺，
(Ⅱ)微细粉碎的、悬浮的及分散的加氢催化剂，
(Ⅲ)水，和
(Ⅳ)氢气
组成的快速流动的混合物(b)以下列方式存在：
(A)芳香二硝基和/或多硝基化合物很好地分散在该混合物中，
(B)混合物(b)与加入的硝基化合物(a)的体积比是50～500，
(C)在喷射泵的混合室中，加入每吨硝基化合物(a)消耗4～40千瓦的能量，
(2)使硝基化合物(a)与氢气进行反应以生成二胺和/或多胺，
(3)从反应器中连续地排出含胺的混合物，
(4)从反应器的气室中移出氢气并在***中所要求的任何部位加入氢气以补充在(2)中所消耗的氢气的数量，从而使氢气的体积流量与混合物循环体积的比为0.1～7，
(5)利用在(2)中反应器产生的热来生产蒸汽。
2、权利要求1的工艺，其中反应器维持在约10～约50巴的压力。
3、权利要求2的工艺，其中反应器维持在约150～约200℃的温度。
4、权利要求1的工艺，其中反应器维持在约150～约200℃的温度。
5、权利要求1的工艺，其中产品被移出，而催化剂保留在***中。
6、权利要求1的工艺，其中硝基化合物（a）选自纯态的硝基化合物、硝基化合物及相应的二胺或多胺的混合物或硝基化合物与相应的二胺或多胺及水的混合物。
7、权利要求1的工艺，其中硝基化合物（a）选自2，4-二硝基甲苯和2，4-二硝基甲苯与2，6-二硝基甲苯的混合物。
8、权利要求1的工艺，其中工艺在带有具有混合室的喷射泵的文氏环管反应器中进行。
9、权利要求8的工艺，其中喷射泵在喷射泵的混合室中以加入每吨硝基化合物消耗4～40千瓦的方式进行操作。
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