背景技术
对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺是重要的有机中间体。目前,对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚的制备采用的工艺是分别以对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚为原料,经过还原,再经分离精制而制得;苯胺通常是以硝基苯为原料经过还原,再经分离精制而制得。通常对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的制备分别是独立的制备工艺和分离精制过程,这种传统的制备工艺存在着以下缺点:由于制备时是以单一组分为原料,需要事先将混合物原料进行前处理来得到所需的单一组分原料,制备过程中前处理需要的设备和单元操作多,必然存在生产过程能耗高,成本高的缺点,并且在前处理过程中会产生大量工艺废水,造成严重的环境污染和物料的损失,如对这些废水处理会大大增加成本。
目前采用混合物为原料来制备氨基苯甲醚的已有报道,在中国专利(公开号CN1861570A,申请号:200610085490.5)“硝基苯甲醚混合物催化加氢制备氨基苯甲醚的工艺”公开了一种用硝基苯甲醚制备氨基苯甲醚的工艺,是以甲醇为溶剂,以2-硝基苯甲醚和4-硝基苯甲醚混合物为原料,在催化剂存在条件下,通入氢气,进行连续或间歇式催化加氢还原反应,经过分离精制后可制备出相应的2-氨基苯甲醚和4-氨基苯甲醚产品。这种采用硝基苯甲醚混合物为原料制备氨基苯甲醚的工艺在制备过程中,对原料提出了如下要求,或是要求硝基氯苯醚化反应进行彻底,或是要求在加氢还原反应前将硝基氯苯去除,这必然导致对醚化反应或前处理提出了较高要求,从而增加了前处理成本的缺陷。
人们一直在寻找一种能弥补上述缺陷的新的制备工艺,但这一问题一直是人们长期不能解决的技术难题。目前,以氯苯为原料生产芳香醚系列产品的先进生产工艺为:(1)氯苯硝化制得(邻、对、间)硝基氯苯。硝基氯苯的混合物通过结晶分离部分对硝基氯苯,作为生产2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚的原料。邻(对)硝基氯苯混合物作为醚化反应原料。其化学反应式为:
(2)以甲醇为溶剂及醚化原料,直接与硝基氯苯混合物进行连续相转移催化醚化得到混合邻、对硝基苯甲醚,其中含有未醚化的间硝基氯苯。其化学反应式为:
(3)邻(对)硝基苯醚混合物催化加氢制得邻(对)氨基苯醚:分离出间硝基氯苯后,物料进行催化加氢还原,制得邻(对)氨基苯醚产品。其化学反应式为:
硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物通常是以氯苯为原料经过硝化和醚化后获得的混合物,这种混合物容易得到,当然也可以以其它方式很容易得到。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种成本低、能耗低、纯度高、环保、省去前处理步骤的以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺。
实现上述目的技术方案是:一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,加催化剂,通入氢气,混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺;
(2)固-液分离:将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂经过回收后循环使用,液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步;
(3)液-液分离:将第二步的物料进行液-液油相-水相分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶回收甲醇,甲醇作为第一步的溶剂循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步分离精制;
(4)精馏分离:将上一步得到的油相进行精馏分离,得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺。
进一步,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为95.0-98.5%,硝基氯苯为1.5-5.0%。
进一步,所述催化剂为Pd-C或Pt-C,催化剂颗粒的当量直径为0.01mm-10.0mm,反应控制温度在40-140℃,操作压力0.4-2.0MPa。。
进一步,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1∶0.5-5,所述比例为重量g与体积ml之比。
进一步,所述第一步催化加氢和催化脱氯反应的反应器为釜式搅拌反应器,或气-液-固三相固定床催化反应器,或气-液-固三相流化床催化反应器。
进一步,所述第二步固液分离时采用的催化剂过滤装置为叶片式过滤装置。
进一步,所述第四步精馏分离时采用间歇式精馏塔或连续式精馏塔。
本发明的化学反应式:
实现本发明的主要工艺设备为:催化加氢和催化脱氯反应的反应器,催化剂回收装置,溶剂回收装置,精馏装置等。
采用上述技术方案的好处是:本发明的创新之处在于以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,同时进行催化加氢和催化脱氯反应。(1)成本低、省去前处理步骤。现有技术中通常是以单一成分为原料,中国专利(公开号CN1861570A,申请号:200610085490.5)“硝基苯甲醚混合物催化加氢制备氨基苯甲醚的工艺”中虽然是以混合物为原料来制备氨基苯甲醚,但它的混合物原料中要求硝基氯苯的含达到微量的要求,这或者对原料本身提出了很高的要求,或者要增加前处理程序。本发明对原料要求不高,可以省去氯苯硝化产物和硝基氯苯醚化产物的分离过程,同时可以使硝基氯苯的醚化过程对转化率的要求降低,从而大幅度减少醚化过程的反应时间。本发明原料中含有的硝基氯苯不需去除,原料易得,原料不需要经过前处理,本发明在进行加氢还原的同时,将混合硝基醚中少量残存的硝基氯苯及醚化反应时不能醚化的间硝基氯苯催化脱氯,变成易分离的苯胺。这样从氯苯硝化起,不经任何分离,直接还原成一步精馏就可分离的目标产物,成本低,工艺简单;(2)清洁、环保、能耗低,三废少。因为采用混合硝基醚为原料,而混合硝基醚是用可进行分离的氯苯硝化混合物为原料醚化而得的,原料易得。是一种清洁生产工艺,对设备腐蚀性小,工艺过程安全,所有在产物分离过程前不需分离,不需水洗,大大的降低能耗,降低工艺成本,提高收率,减少废水产生,清洁环保;(3)产品纯度高;(4)可采用自动控制,实现大规模工业化生产;(5)催化加氢还原反应的甲醇做溶剂,具有降低反应体系粘度,改善催化剂在物料中的分散状态和改善传热过程,有利于改善反应过程,控制反应温度;(6)所使用的氢气可采用甲醇催化制氢工艺中所产生的氢气做为氢气的供应源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
主要工艺设备为:釜式搅拌反应器,叶片式过滤装置,溶剂回收装置,连续式精馏塔。
一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:在催化加氢和催化脱氯还原釜式搅拌反应器中,以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1g∶0.5ml,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为95.0%,硝基氯苯为5.0%,其中对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚二者之间的配比为重量百分比1∶1,邻硝基氯苯1.0%,间硝基氯苯1.2%,对硝基氯苯2.8%。以Pd-C为催化剂,催化剂颗粒的当量直径为0.01mm,催化剂用量为硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物重量的3%,置换空气后,通入氢气,反应时控制温度在40℃,操作压力0.4MPa,反应时间5小时。混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺。加氢摩尔转化率为98%,催化脱氯还原反应摩尔转化率为99.5%。
(2)固-液分离:在催化剂叶片式过滤装置中,将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中进行循环使用,催化剂回收率99.5%。液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步。
(3)液-液分离:将第二步的物料进行油相-水相液-液分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶经溶剂回收装置回收甲醇,甲醇返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中做为溶剂进行循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步进行进一步分离精制;
(4)精馏分离:在连续式精馏塔中,将上一步得到的油相进行精馏,采用连续式精馏分离,保持15-20mmHg绝对操作压力,回流比为2-6,从不同采出口分离得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺,产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的纯度为99.5%,氨苯甲醚基醚摩尔收率为98%。
实施例二
主要工艺设备为:釜式搅拌反应器,叶片式过滤装置,溶剂回收装置,间歇式精馏塔。
一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:在催化加氢和催化脱氯还原釜式搅拌反应器中,以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1g∶3ml,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为98.5%,硝基氯苯为1.5%,其中对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚二者之间的配比为重量百分比1∶2,邻硝基氯苯0.5%,间硝基氯苯0.8%,对硝基氯苯0.2%。以Pt-C为催化剂,催化剂颗粒的当量直径为1.0mm,催化剂用量为硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物重量的4%,置换空气后,通入氢气,反应时控制温度在90℃,操作压力1.2MPa,反应时间4.5小时。混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺;加氢摩尔转化率为99%,催化脱氯还原反应摩尔转化率为99.5%。
(2)固-液分离:在催化剂叶片式过滤装置中,将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中进行循环使用,催化剂回收率99.8%。液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步。
(3)液-液分离:将第二步的物料进行油相-水相液-液分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶经溶剂回收装置回收甲醇,甲醇返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中做为溶剂进行循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步进行进一步分离精制;
(4)精馏分离:在间歇式精馏塔中,将上一步得到的油相进行精馏,采用间歇式精馏分离,保持15-20mmHg绝对操作压力,回流比为2-6,从不同采出口分离得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺,产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的纯度为99.5%,氨基醚摩尔收率为96%。
实施例三
主要工艺设备为:釜式搅拌反应器,叶片式过滤装置,溶剂回收装置,连续式精馏塔。
一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:在催化加氢和催化脱氯还原釜式搅拌反应器中,以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1g∶5ml,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为96.0%,硝基氯苯为4.0%,其中对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚二者之间的配比为重量百分比1∶1.5,邻硝基氯苯0.8%,间硝基氯苯1.0%,对硝基氯苯2.2%。以Pt-C为催化剂,催化剂颗粒的当量直径为10.0mm,催化剂用量为硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物重量的3%,置换空气后,通入氢气,反应时控制温度在140℃,操作压力2.0MPa,反应时间3.5小时。混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺;加氢摩尔转化率为99%,催化脱氯还原反应摩尔转化率为99.5%。
(2)固-液分离:在催化剂叶片式过滤装置中,将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中进行循环使用,催化剂回收率99.8%。液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步。
(3)液-液分离:将第二步的物料进行油相-水相液-液分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶经溶剂回收装置回收甲醇,甲醇返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中做为溶剂进行循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步进行进一步分离精制;
(4)精馏分离:在连续式精馏塔中,将上一步得到的油相进行精馏,采用连续式精馏分离,保持15-20mmHg绝对操作压力,回流比为2-6,从不同采出口分离得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺,产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的纯度为99.5%,氨基醚摩尔收率为97%。
实施例四
主要工艺设备为:三相固定床催化反应器,叶片式过滤装置,溶剂回收装置,连续式精馏塔。
一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:在催化加氢和催化脱氯还原三相固定床催化反应器中,以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1g∶3ml,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为97.0%,硝基氯苯为3.0%,其中对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚二者之间的配比为重量百分比1∶1.2,邻硝基氯苯0.9%,间硝基氯苯1.0%,对硝基氯苯1.1%。以Pd-C为催化剂,催化剂颗粒的当量直径为5.0mm,催化剂用量为硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物重量的5%,置换空气后,通入氢气,反应时控制温度在90℃,操作压力1.2MPa,反应时间3.5小时。混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺;加氢摩尔转化率为99.5%,催化脱氯还原反应摩尔转化率为99.5%。
(2)固-液分离:在催化剂叶片式过滤装置中,将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中进行循环使用,催化剂回收率99.8%。液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步。
(3)液-液分离:将第二步的物料进行油相-水相液-液分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶经溶剂回收装置回收甲醇,甲醇返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中做为溶剂进行循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步进行进一步分离精制;
(4)精馏分离:在连续式精馏塔中,将上一步得到的油相进行精馏,采用连续式精馏分离,保持15-20mmHg绝对操作压力,回流比为2-6,从不同采出口分离得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺,产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的纯度为99.5%,氨基醚摩尔收率为99%。
实施例五
主要工艺设备为:三相流化床催化反应器,叶片式过滤装置,溶剂回收装置,连续式精馏塔。
一种以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料制备氨基苯甲醚和苯胺的工艺,所述工艺步骤如下:
(1)催化加氢和催化脱氯反应:在催化加氢和催化脱氯还原三相流化床催化反应器中,以甲醇为溶剂,以硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物为原料,原料硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物与甲醇的用量比例为1g∶3ml,所述的硝基苯甲醚是对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚,所述的硝基氯苯是邻硝基氯苯和间硝基氯苯及对硝基氯苯,原料混合物中各种成分所占的重量百分比为硝基苯甲醚为96%,硝基氯苯为4.0%,其中对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚二者之间的配比为重量百分比1∶2,邻硝基氯苯1.5%,间硝基氯苯1.2%,对硝基氯苯1.3%。以Pd-C为催化剂,催化剂颗粒的当量直径为5.0mm,催化剂用量为硝基苯甲醚和硝基氯苯混合物重量的3%,置换空气后,通入氢气,反应时控制温度在90℃,操作压力1.2MPa,反应时间3.0小时。混合物中的硝基苯甲醚与氢气发生催化加氢反应生成氨基苯甲醚,同时硝基氯苯发生催化加氢和催化脱氯反应生成苯胺;加氢摩尔转化率为99.5%,催化脱氯还原反应摩尔转化率为99.5%。
(2)固-液分离:在催化剂叶片式过滤装置中,将第一步加氢和脱氯反应后的物料,进行固-液分离,固相为催化剂返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中进行循环使用,催化剂回收率99.8%。液相中含有氨基苯甲醚、苯胺、甲醇、盐酸盐和水,液相进入下一步。
(3)液-液分离:将第二步的物料进行油相-水相液-液分离,水相为含有甲醇和盐酸盐的水溶液,水相经过精馏塔分离操作从精馏塔的塔顶经溶剂回收装置回收甲醇,甲醇返回到第一步催化加氢和催化脱氯反应中做为溶剂进行循环使用,精馏塔的塔底产物去进一步废水处理,油相中的氨基苯甲醚和苯胺进入下一步进行进一步分离精制;
(4)精馏分离:在连续式精馏塔中,将上一步得到的油相进行精馏,采用连续式精馏分离,保持15-20mmHg绝对操作压力,回流比为2-6,从不同采出口分离得到产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺,产品对氨基苯甲醚和邻氨基苯甲醚及苯胺的纯度为99.5%,氨基醚摩尔收率为98%。
本发明上述实施例利用Pd-C或Pt-C为催化剂进行催化加氢还原反应,是一种清洁生产工艺,对设备腐蚀性小、可改善操作环境、减少污染等,工艺过程安全、可靠,十分环保;采用三相固定床催化反应器、三相流化床催化反应器,缩短反应时间,外部设置换热器,既可加热又可冷却,传热效果好,其密闭性优于釜式搅拌反应器,可以用于间歇操作,也可用于连续操作,提高反应温度和反应压力,改善催化剂在物料中的分散状态、改善反应过程;催化加氢还原反应中采用高效的叶片过滤装置,提高了催化剂的回收效率,减少了催化剂的损失,使催化剂的回收效率达到99.5%。
本发明不限于上述实施例,凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。