TW546277B - An adiabatic process for producing dinitrotoluene - Google Patents

Description

546277 A7 Β7 部 中 ik 五、發明説明 本發明涉及製備二硝基甲苯(DNT)的一種絕熱方法，該方 法通過在絕熱條件下用硝酸硝化甲苯來完成。 已知甲苯能通過絕熱方法經硝化生成二硝基甲苯。甲苯與 硝化酸（硫酸和硝酸的混合物，該混合物含HN〇31_2〇wt%)反 應，同時充分混合。熱反應產物經相分離，蒸發掉水，濃縮的 被消耗的酸再循環到硝化過程中。當被消耗的酸進行濃縮時， 在硝化過程中生成的水和其它可能存在的任何水一起被除去。 反應熱用於除去水。 這種方法遇到的問題之一是有部分DNT仍溶解在存在於分 離的水相中的酸裏。隨蒸汽遺留下來的DNT在冷凝條件下變成 固體且覆蓋在冷凝熱交換器的冷表面。DNT異構體的一般混合 物的固化點是大約。由於麵沉澱的生成，熱轉換顯著被 減弱，蒸汽不再能被充分冷凝，且冷凝器不得不重複地中斷操 作進行清潔。 在製備DNT的常規”等溫”二步方法中，上述問題可以通過 向蒸發器（DE-A-3，409，719)的蒸汽空間注入單硝基曱苯(·τ) 來解決，該ΜΝΤ在第一步硝化步驟中生成且被分離。以這種方 法注入的ΜΝΤ能降低DNT的熔點，因此能確保在水冷凝的條件 下条；Κ仍保持液悲。蒸Ά冷凝液中被分離的有機相再循環到二 硝化步驟的反應器中。 但疋，该溶液不能被用於一步法的甲苯絕熱二硝化方法 (EP-A-597，361)中’因為在這種方法中不存在可分離的騰蒸 汽。MNT在絕熱一步法中作為中間體生成，但是立即被進一步 石肖化成DNT。 _ 3 - ____ 87387a(9BAYER) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再^^本頁}

546277 A7 B7 ............... .........................—_________ 五、發明説明（2 ) EP-696，569描述了製備DNT的一步絕熱方法，該方法解 決了上述問題。在這種公開的方法中，硝化完成後仍有少量的 單硝基甲苯存在於反應混合物中。反應中消耗的酸在有機成分 分離前被冷凝。離開反應器的仍含有MNT的反應產物直接進入 濃縮步驟，其中MNT優先在水和DNT餾分前揮發。仍留在反應 後的產物混合物中的MNT的量不得不進行選擇，以使得在濃縮 步驟中不出現冷凝熱交換器被有機產物覆蓋的現象。 EP-696，569描述的方法的缺點是在濃縮步驟中MNT不能 與水完全蒸發，少量的MNT殘留物總是留在硝化後之反應產物 中。這少量的MNT使產量降低，因為它不能從DNT中分離及再 循環到硝化步驟中。分離一般不受影響，直至DNT被氫化生成 TDA(甲苯二胺）。然後，從MNT生成的氨基甲苯經蒸餾分離。這 導致了氫化過程的附加的蒸餾損耗，以及附加的氫氣、催化劑 和能量的損耗。 由=上述這些原因，仍需要作出努力以使反應產物中的 MNT含里盡可能地低，且僅用最少量的必要的進行操作以 保持冷凝H的料。但是，在實際操作巾，為健上述這種類 型的限制條件經常會有問題-如果不是不可能的話。 此外，必要的最少量的殘留限制了可以達到的腹 物的純度。 一這種類型的方法控制（即，蒸汽與盡可能不含的丽 =起冷，沒有任何問題）對蒸發設備要求非常高。實際上，幾 構&和操作能滿足這些苛刻條件的蒸發設備。硝化產 物中含一定量殘留的以及由此帶來的產量損失在多數情況 裝— (謂先閱讀背面之注意事項再本頁 "τ、1Τ __ -4- 546277 A7 〜〜---------…― _ B7 五、發叨説明（3 ) ~ " - 下疋不可避免的。此外，確保在反應器出口處的墜殘留量足 夠低以使得疾仍冷凝步驟能有效進行且不因為形成固體而受到 影響是極其困難的。 本發明的目的之-是提供製備二確基甲苯的一種連續、絕 熱的方法。 本發明的另一目的是提供製備二硝基甲苯的絕熱方法，該 方去旎可罪地預防在蒸汽冷凝步驟中生成固體沉澱。 本發明還有一個目的是提供製備二硝基甲苯的絕熱方法， 該方法能經濟地進行且操作技術簡單。 對於本領域技術人員很顯然的這些目的以及其它目的可通 過下述方法來完成:使甲苯與硝酸在絕熱、溫度約60-約200°C 的條件下反應，其中甲苯與硝酸的摩爾比為約1:1. 5一約1:3。 然後將由此得到的反應混合物濃縮至水含量不超過3〇wt%。如 果反應不完全，存在於反應混合物中的二硝基甲苯(DNT)在濃縮 前或后至少有部分通過常規方法去除。將一種溶劑加入到含 DNT的蒸汽中，該DNT是在反應混合物的濃縮過程中產生的。 然後’得到的溶劑和蒸汽的混合物可以混合物的形式被再循環 到反應容器中。溶劑/蒸汽混合物也可以用再循環的溶劑進行 分離且該DNT可與產物DNT合并也可再循環到反應容器中。 本發明涉及製備二确基甲苯的方法，該方法通過在約6〇一 約200°C的溫度下，在甲苯與硝酸的摩爾比為約ι:ι·5—約 1:3.0的條件下，用硝酸對甲苯進行絕熱硝化來完成。得到的 反應混合物被濃縮至水含量不超過約30wt·%(以含Η2〇，ΗΝ〇3和 IfcSO4的濃縮混合物的總重量為基）。在反應混合物中存在的二 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -裝-- (讀先閱讀背面之注意事項本頁)

"τ '1T -III. 546277 A7 B7 Μ 部 中 k Ο 消 f 合 Μ t 五、發明説明（ 琐基甲苯通過公知的任何技術在該混合物濃騎或後，從墙化 反應此合物中被全部或部分去除。存在於蒸汽中的任何Dnt(該 蒸汽在反應混合物的濃縮過程中產生）通過添加一種溶劑保持 液態。加入到含DNT蒸汽中的溶劑與DNT 一起從水(含水的相） 中为離，5亥水在反應混合物的濃縮過程中被去除。隨後處理該 溶劑/DNT混合物，使得DNT從溶劑中分離，並將該溶劑再循環 到在反應混合物濃縮過程中產生的蒸汽中。然後，從溶劑/DNT 混合物中分離的DNT可以與從反應混合物回收的產物dnt合 并，也可以再循環到硝化反應容器中。也可以將DNT/溶劑混合 物直接再循環到石肖化反應容器中。 本發明的硝化方法優選在約90-約180°C，更優選約95-約 17(TC最優選約100-160°C下進行。 在本發明硝化方法中甲苯與硝酸的摩爾比優選為約丨：丨.7_ 約1:2.5，最優選約1:1.8-約1:2.2。 任何可用於确化芳族化合物的公知的确化酸都可以在本發 明方法中用作硝化酸。石肖化酸一般是硫酸和确酸的混合物，其 中所述的硝酸通常含有約〇·5-約15wt.%(以硝化酸的總重量為 基）’優選約1. 5-約8wt. %的石肖酸。 原則上，任何能溶解DNT且能防止在熱交換器上生成沉澱 的有機物質都是適合加入到蒸汽中的溶劑，該蒸汽是指在濃縮 硝化反應混合物過程中產生的。特別適合的溶劑是在正常壓力 下沸點為約80-約250°C，優選約100-約200°C的那些有機化合 物。 這樣的溶劑包括可以被取代的Cl-Cl5碳氫化合物，例如， 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X 297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再本頁 |丁 * Ί 546277 A7 B7 五、發明説明（

A 被硝基或i素取代。其錢合作_的材料包括可讀岐取 代的芳族化合物和_，還包括石油輔油。有用的溶劑的具 體實例包括：甲苯、二曱苯、氣苯、二氯苯、三氣苯、異十二 ，、十二紗„基甲苯。f苯和/或在本方法巾產生的任何 單硝基甲苯優選用作溶劑。溶劑當然可以單獨使用或與其它溶 劑混合使用。 將溶劑以下述量加入到蒸汽中或加入到蒸汽冷凝液中：所 用的總溶劑與存在於蒸汽或蒸汽冷凝液中的MT的重量比為約 50:1-約 1:1〇，優選約 20:1-約 1:5。 本發明方法能成功進行的重要方面是，溶劑應分別加入到 蒸汽中且溶劑與在蒸汽中的DNT的重量比落在上述範圍内。 經曱苯和硝酸反應產生的反應混合物被濃縮至水含量不超 過30wt·%(以含Μ)、HN〇3和Μ〇4的被濃縮的硝化混合物的重量 為基）。該反應混合物優選濃縮至水含量不超過27wt. %。 在濃縮反應混合物過程中得到的蒸汽或蒸汽冷凝液中的 DNT的含量通常落在2-50wt·%的範圍内（以蒸汽的總量為基）。 反應混合物的濃縮可以通過任何公知的技術如標準蒸顧或 快速蒸餾來完成。在DNT分離后進行濃縮的反應混合物基本上 是由濃硫酸的含水相組成的，還可以包括殘餘的有機成分如二 硝基甲苯、單硝基甲苯、硝基甲苯酚、硝基苯甲酸或硝基石荒 酸。該濃縮的混合物再循環到反應容器中，該容器中加入了甲 苯和硝化酸。 本發明方法製備的DNT的產率在粗DNT的常規純化步驟后 為296%。得到的DNT的純度為>98%。 尺度诚用中國國家標缚（（、NS ) Λ4規枱（210X 297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁

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本發明用下述實施例進一步說明，但並非受這些實施例的 限制，在這些實施例中，除非特別說明，否則所有的份和百分 比都按重量計算。 實施例I ··江入浴劑進行蒸汽冷凝 反應器是由較低部分（約1米長，直徑28毫米）和較高部 分（約8米長，直换80 *米）構成的管狀反應器。使反應物彼此 之間接觸並通過喷嘴充分混合。通過内裝的30篩盤沿反應器 的縱軸方向保持所產生的分散作用。 將下列輸入的物流以下列換算加入到連續操作的絕熱反應 器中： 甲苯 =55.1 kg/小時 (A) 68°/〇HN03 =114. 6 kg/小時 (B) 80. 5%H2S04 =2002.1 kg/小時 (C) 甲苯(A)和硝酸(B)經稱量後在環境溫度約2(rc下加入到反 應器中。循環的硫酸(C)在約11〇。〇下加入到反應器中。在反應 器底部浮現的反應混合物溫度為149°c，由78wt·%的循環硫 酉文、89· 3 kg/小時一石肖基甲苯和ι〇· 2kg/小時的單石肖基甲苯組 成。將該反應混合物在30毫巴下經快速蒸發濃縮。然后將濃 縮的反應混合物通過去除蒸發熱使之冷卻至11〇〇C。通過提供 附加的熱量使快速蒸發器中的溫度保持在11(rc。約9 9kg/小 時的DNT和5· 7kg/小時的被蒸汽帶走。額外添加39· 9kg/ 小時的MNT到蒸汽冷凝器的頂部。在優選條件下，在蒸汽冷凝 器的壁上沒有看到DNT沉殿，該冷凝器在冷凝溫度跳下操 作。在相分離器和快速蒸餾中，還可看到MNT進一步硝化至 | -8- 4、紙張尺度试川中國國家標潭（X 297公f )— ~~~~- 546277 A7 Β7 五、發明説明 部

A 消 fr A fi ή5 丽。相分離後，這種進一步的墙化產生含〇· 〇8%ΜΝΤ的分離的 DNT〇 I 實施例2 :注入溶劑曱苯進行蒸汽冷凝 尖嘴管狀反應器在此用作反應器。原料流是純甲苯流和由 含水硝酸與含水硫酸的混合物（混合酸）組成的物料流。將原料 流的溫度保持在115°c且連續稱量加入反應器。使尖嘴管狀反 應器絕緣從而防止在絕熱操作過程中溫度降低。混合酸的組合 物經重量分析測定為31〇53g Η$〇4，1 553g HN〇3和9. 358g mo。混合酸以4升/小時的體積流動速率流動且將HN〇3與曱苯 的化學計量比調節到2· 14。為補償任何熱損失，可通過油恆溫 器對反應器的底部提供輔熱。反應混合物在160。〇離開反應 器，該反應混合物在7〇毫巴的真空下進行快速蒸發。 蒸汽在裝有溫度為12°C的冷水的冷凝器中進行冷凝。均勻 地直接向冷凝器上流的蒸汽線中注入_的甲苯，7小時注 完。蒸汽以液態流過冷的冷凝器表面，沒有固體沉澱。將得到 的蒸2冷凝液巾的水姊核相分開並進行組分分析。 ㈣A和離開快速蒸發器的粗丽的液體混合物在 下被刀成水相（41.2响)和有機相（66〇•㈤。分開的水相含 L 39wt· %的DNT和78· 5wt孤。殘留物基本上由水組成。 J產物的刀布疋在有機蒸汽冷凝液中和快速蒸發器的液 體有機排出物中（分離和洗務後)進行測定的。 口口（MNT一早确基曱笨，扉二頌基甲苯；GC%面積數據，檢測 裔：FID，分離柱：qv ΐ7〇ι) · -9- 本紙張尺度適用中國國家椁峰 (210X 297公f ) (讀先閱讀背面之注意事項再楨寫本頁)

546277 kl B7

________ 有機蒸汽冷凝 液 快速蒸發器約 有機排出物 甲笨 7.10 一 0 2-MNT 1.14 0 3 - MNT 0. 92 0 4-MNT 3. 70 0 ^—一 2，6-DNT 32.85 27.65 2，5-DNT 1.27 2. 04 —------- 2，4-DNT 49.27 63.34 __—--- 2，3-DNT 2. 38 3. 02 3，4-DNT 1.36 3. 94 八-丨, 部 Ψ -Ψ Π fc * fl 實施例3 ··向反應器注入作為溶劑和再循環溶劑的甲苯進 行蒸汽冷凝 反應器是由較低部分（約1米長，直徑28毫米）和較高部 分(8米長’直徑80毫米）構成的管狀反應器。使反應物彼此之 間接觸并通過喷嘴充分混合。通過内裝的30筛盤沿反應器的 縱軸方向保持所產生的分散作用。 將下列輸入的物流加入到連續操作的絕熱反應器中： 甲苯55.0 kg/小時 65%HN〇3 119.0 kg/小時 78.8%H2S〇4 1647.7 kg/小時 甲苯和硝酸經稱量后在環境溫度約2(rc下加入到反應器 中，加入的方式是僅有27.5kg/小時的甲苯直接加入到反應器 ______________〜 -10- • A人度相中國®家標缚（rNS ) Λ4規格（210xT97^F7 546277 A7 五、發明説明（9 ) 的上部物流中。循環的硫酸在約nyC下加入到反應器中。在 反應器底部浮現的反應混合物溫度為155。〇。將該反應混合物 加入到濃縮裝置中並在78毫巴的壓力下經蒸發濃縮。然后將 濃縮的反應混合物通過去除蒸發熱使之冷卻至13fC。通過間 接提供附加的熱量保持快速蒸發器中的溫度。128kg/小時的 DNT和1. 8kg/小時的腑被蒸汽帶走。將27. 5kg/小時的甲苯加 入到瘵汽冷凝器的頂部。在這些條件下，在冷凝裝置上沒有看 到沉澱，該冷凝器在溫度25〇°c下操作。將冷凝的蒸汽加入到 相分離步驟中，在這一步驟中有機相和無機相被分開且有機相 被再循環至反應器中。從濃縮步驟得到的底部產物在正常壓力 下經氣壓密封被排出，並被冷卻至115〇c，且進行相分離。 108kg/小時的有機相被分開。該有機相由99· 7%的洲了和〇· 〇观 的MNT組成。 實施例4 ··經蒸顧分離和DNT異構體 將362g ΜΝΤ異構體和崎DNT異構體的混合物放入！升 的多頸燒瓶中並經實驗室柱（Vigreux柱，35厘米長）分館墓 館，W授拌。設定頂部的壓力為7.5冑巴。底部的溫度從9、5 C連續上升至145C。與此平衡，頂部的溫度從85〇c上升至兕 c。为儲聚集的館分組成經氣相色譜確定如下· »蒸舰的第-部分l〇g不含囊。177 3g的蒸顧液顧出後 弟-次檢測到DNT。最后的餘分(362· 5g以后）含斷5·桃％。 保留在底部的產物（l67.5g)的最後組成為〇 6此％的驗 99.4wt· %的 DNT。 雖然本發明為了清楚進行說明，在前面詳細描述了样 -11 - 546277 A7 五、發明説明（10 ) - 明，但是應該理解，上述描述僅僅是為了說明的目的，本領域 的技術人員可以不離開本發明的實質和本發明的範圍對本發明 進行改變，這些由本發明權利要求進行限制。 π fc 合 fi 12- 才紙张尺度请用屮國國家標缚（（、NS ) A4^T21〇x 297公f

Claims (1)

1. 546277 I公告則 8 8 8 8 A B c D 年，曰修& 6. 2 0 六、申請專利範圍 專利申請案第87116924號 ROC Patent Appln. No. 87116924 修正後無劃線之申請專利範P中文本-附件一 Amended Claims in Chinese - Enel. T (92手6月曰 送呈） (Submitted on June >〇 ? 2003) 1·一種製備二硝基甲苯的方法，該方法包括： a) 使曱苯與硝酸在60-200°C的溫度下，在絕熱條件下 反應，甲苯與硝酸的摩爾比為1:1.5-1:3.〇， b) 濃縮步驟a)的反應混合物，使水含量不超過 30wt.%； c) 在濃縮步驟b)之前或後，將存在於步驟a)產生的反 應混合物中的二硝基甲苯完全或部分從反應混合物 中去除； d) 將溶劑加入到在步驟㈠中產生的蒸汽中，以使任何 存在之二硝基甲苯保持液態； e) 從在步驟b)中生成的濃縮的混合物中回收二硝基甲 苯，和 f) 收集溶劑和任何存在於其中之二硝基甲苯； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中該’谷劑為可經硝基或_素取代之CrC!5烴、可經瑞基取 代之芳族化合物、可經函素取代之烯烴或汽油或其混合物。 2·根據申請專利範圍第丨項的方法，其中在步驟〇中收 集的溶劑和二硝基曱苯是分離的。 3·根據巾請專利範圍第2項的方法，其巾分離的溶劑被 再循環到步驟b)所產生的蒸汽中。 4·根據+申請專利範圍第3項的方法，其中分離的二硝基 甲苯與步驟e)中所回收的二硝基甲苯合併。 -13 - 87387B-接.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（2ι〇χ297公楚） 546277 as B8

   其中分離的二硝基 該方法進一步包招 -硝基甲苯混合物再 其中步驟a)在90_ 其中在步驟a)過程 5·根據申請專利範圍第3項的方法 甲笨再循環到步驟 a)的反應混合物中 6·根據申請專利範圍第丨項的方法 步驟g):將步驟〇中回收的溶劑/ 循環到步驟a)的反應混合物中。 7·根據申請專利範圍第1項的方法 180°C之溫度下進行。 8·根據申請專利範圍第1項的方法 中曱苯與硝酸的摩爾比為1:1·7_1.2.5 9.根據中請專利範圍第1項的方法，其中在步驟a)中; 用的硝酸是硫酸和硝酸的混合物，其中所述的硝酸/ 有〇.5-15wt·%的硝酸。 10·根據申睛專利範圍第丨項的方法，其中在步驟句中; 入的溶劑是一種有機化合物，該有機化合物在常壓-的沸點為80-250。(：。 11. 根據申請專利範圍第丨項的方法，其中曱苯和/或 頌基曱苯用作溶劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中在步驟d)中加入的 劑與存在於蒸汽中的二硝基甲苯的重量比為5〇:丨_丨:1〇。 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐）