CN102336673A - 一种催化加氢制备3,4-二氯苯胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精细化工技术领域,涉及以3,4-二氯硝基苯为原料,通过催化加氢还原法制备3,4-二氯苯胺的方法。以醇溶液为溶剂,在Pt/c催化剂存在下,在1.0~3.0MPa、60~90℃进行催化加氢还原反应制备3,4-二氯苯胺。本发明方法3,4-二氯硝基苯的转化率100%,3,4-二氯苯胺的选择性大于99.5%,脱氯量小于0.25%。Pt/c催化剂使用安全,催化活性稳定,选择性高,不需加入脱氯抑制剂,能有效抑制脱氯现象,降低还原时脱氯对反应容器的腐蚀。

Description

一种催化加氢制备3,4-二氯苯胺的方法
技术领域:本发明属于精细化工技术领域,涉及一种以3,4-二氯硝基苯为原料,通过催化加氢还原法制备3,4-二氯苯胺的方法。
背景技术:3,4-二氯苯胺是一种重要的农药和染料中间体,广泛应用于合成除草剂和偶氮染料,也有部分作为生物活性组分用于合成医药。通常有三种生产方法:铁粉还原法、硫化碱还原法和催化加氢还原法将3,4-二氯硝基苯还原成3,4-二氯苯胺。
铁粉还原法由于环境污染严重,已被2005年国家发改委列入勒令淘汰的落后生产工艺,硫化碱还原法反应条件温和,但成本较高,污染也较严重,因此人们着重研究环境友好的催化加氢还原法,但此绿色工艺存在氢解脱氯的问题,一直困扰国内外研究人员,成为3,4-二氯硝基苯加氢还原研究的重点。
CN02148509.7公开了以纳米碳管负载Pt或Pd为催化剂,催化加氢卤代硝基苯制备卤代芳胺。纳米碳管负载Pt为催化剂的反应收率99.0%,脱氯率0.05%,纳米碳管负载Pd为催化剂的反应收率99.2%,脱氯率0.1%,能有效地抑制加氢脱氯。
南京理工大学的蔡春等人在2000年《南京理工大学学报》第三期以Raney-Ni和5%Pd/c为催化剂,加入脱氯抑制剂噻吩,还原二氯硝基苯为二氯苯胺的收率为93~96%。
浙江工业大学的严新焕等人在2004年《催化学报》第五期以Ni-B非晶态合金为催化剂,3,4-二氯硝基苯5g,乙醇100ml,催化剂2.0g,压力1.0Mpa,温度90℃,被还原物转化率99.8%,脱氯率为2.6%。
沈阳化工研究院的孟明扬等人在2007年《染料与染色》第二期以BCA(2-氰基烯丙酸正丁酯)为防脱氯助催化剂,甲醇为溶剂,得到3,4-二氯苯胺含量99.58%,收率96.0%,而不加助催化剂所得3,4-二氯苯胺的含量仅为96.1%。
CN200510050594.8用Ru-Fe/Al2O3作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,反应选择性高达99.3%。此法使用二元活性组分,制备过程复杂,同时由于用Al2O3作为载体使贵金属Ru的回收成本增加。
CN200610102187.1用Raney-Ni作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,加入脱氯抑制剂乙醇胺,反应选择性大于99%,脱氯率小于2%。
CN200710040456.0用Pd/C作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,反应选择性大于99%,脱氯率小于2%。
US3546297A1用Pt-Ni-Cr/C作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,加入脱氯抑制剂氨水和吗啉或哌嗪,反应脱氯率小于0.03%。
US5120875A1用Pt-Ni(Cr)/C作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,加入脱氯抑制剂氨水,反应脱氯率小于0.3%。
US4990663A1用Pt-Fe/C作为卤代硝基苯加氢还原的催化剂,加入脱氯抑制剂乙醇胺和2-甲氧基乙胺,反应脱氯率小于0.5%。
US4760187A1用Ru-Pt/Al2O3或Ru-Pt/C作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,反应选择性98%,反应脱氯率小于1%。
US5512529A1用Pt-Cu/C(Pt∶Cu=10∶1)作为3,4-二氯硝基苯加氢还原的催化剂,起始反应脱氯率小于0.7%,但催化剂套用到第三次3,4-二氯苯胺的收率仅为91.4%。
上述现有专利技术各有特点,但也存在着不足:
CN02148509.7虽能有效抑制脱氯,但由于纳米碳管成本过高,此法工业应用价值不大。
Ni-B非晶态合金为催化剂还原3,4-二氯硝基苯,加入的催化剂量多,脱氯率高,对反应设备腐蚀严重。
CN200510050594.8和US4760187A1使用二元活性组分制备催化剂过程复杂,同时由于用Al2O3作为载体使贵金属Ru的回收成本增加。
US5512529存在催化剂套用次数少,成本太高的问题。
其它文献和专利采用在催化体系中加入BCA、氨水、乙醇胺、2-甲氧基乙胺、吗啉、哌嗪等脱氯抑制剂的方法来达到抑制3,4-二氯硝基苯加氢还原过程中氢解脱氯的目的。
发明内容:本发明的目的是针对上述工艺方法的缺点,而提出的一种以3,4-二氯硝基苯为原料,以Pt/c为催化剂加氢还原制备3,4-二氯苯胺的方法,可有效解决现有还原过程中存在的问题。
本发明方法是这样来实现的:以3,4-二氯硝基苯为原料,以醇溶液为溶剂,在Pt/c催化剂存在下,在1.0~3.0Mpa、60~90℃进行催化加氢还原反应制备3,4-二氯苯胺。
其中所述的Pt/c催化剂为重量百分含量0.5%Pt/c~3%Pt/c的催化剂,优选1%Pt/c。
所述的醇溶液为甲醇或乙醇,优选甲醇。
所述的Pt/c催化剂的用量为3,4-二氯硝基苯质量的0.05%~0.5%,优选0.07%~0.1%。
所述的3,4-二氯硝基苯和醇溶液的质量比为1∶2~8,优选1∶3~6。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)本发明使用的Pt/c催化剂能有效解决3,4-二氯硝基苯加氢还原过程中氢解脱氯问题,脱氯率小于0.25%,降低了脱氯对反应设备的腐蚀,减少设备维修护理费用。
2)本发明使用的Pt/c催化剂组分简单,相对于其它多组分催化剂,回收成本低。
3)本发明使用的Pt/c催化剂活性稳定,选择性高,连续套用时间长。
4)本发明使用的Pt/c催化剂安全性高。
5)本发明不使用脱氯抑制剂,减少了脱氯抑制剂的分离过程,从根本上消除脱氯抑制剂对成品质量的影响。
具体实施方式:下面结合实施例对本发明加以详细描述。
实施例1
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应40min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.6%,脱氯率0.24%。
实施例2
除溶剂的种类改变之外,其它操作条件与实施例1相同,考察不同溶剂对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml乙醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应40min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.5%,脱氯率0.24%。
实施例3
改变催化剂的品种,考察不同含量的Pt/c对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1.5%Pt/c(含水量为59.00%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应38min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.3%,脱氯率0.27%。
实施例4
改变催化剂的品种,考察不同含量的Pt/c对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g3%Pt/c(含水量为62.97%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应35min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.0%,脱氯率0.33%。
实施例5
提高反应温度,考察温度对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至90℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应40min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.3%,脱氯率0.27%。
实施例6
降低反应温度,考察低温对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至60℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应40min取样分析,3,4-二氯硝基苯转化率仅为55%,继续反应55min,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.6%,脱氯率0.25%。
实施例7
降低反应温度,考察低温对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至75℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应60min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.4%,脱氯率0.24%。
实施例8
降低反应氢压,考察低压对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力1.25Mpa,恒温反应70min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.4%,脱氯率0.26%。
实施例9
提高反应氢压,考察压力对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.75Mpa,恒温反应34min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.3%,脱氯率0.27%。
实施例10
改变催化剂用量,考察催化剂用量对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.10g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.75Mpa,恒温反应80min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.4%,脱氯率0.25%。
实施例11
改变催化剂用量,考察催化剂用量对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、250ml甲醇溶剂和0.25g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.75Mpa,恒温反应15min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.3%,脱氯率0.29%。
实施例12
提高3,4-二氯硝基苯和醇溶液的质量比,考察其对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、150ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应38min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.2%,脱氯率0.30%。
实施例13
降低3,4-二氯硝基苯和醇溶液的质量比,考察其对3,4-二氯硝基苯加氢还原的影响。
将60g3,4-二氯硝基苯、375ml甲醇溶剂和0.15g1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂加入到不锈钢高压反应釜中,密闭高压釜,用氮气置换高压釜内空气三次,然后用氢气置换釜内氮气三次并保持釜内一定压力。搅拌下升温至85℃,维持反应压力2.25Mpa,恒温反应45min,关闭氢气阀门,冷却后泄气打开高压釜出料,滤掉催化剂,滤液用气相色谱分析,3,4-二氯硝基苯转化率100%,3,4-二氯苯胺选择性99.6%,脱氯率0.24%。
实施例14
用实施例1的条件进行1%Pt/c(含水量为59.88%)催化剂套用,每次补加0.040g新鲜催化剂,套用40次,催化剂活性稳定,还原状况良好。
表1%Pt/c催化剂的循环套用结果
Figure BSA00000208151400061

Claims (9)

1.一种催化加氢制备3,4-二氯苯胺的方法,其特征是以3,4-二氯硝基苯为原料,以醇溶液为溶剂,在Pt/c催化剂存在下,在1.0~3.0Mpa、60~90℃进行催化加氢还原反应以制备3,4-二氯苯胺。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述Pt/c催化剂为重量百分含量0.5%Pt/c~3%Pt/c的催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征是所述Pt/c催化剂为重量百分含量1%Pt/c的催化剂。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是Pt/c催化剂的用量为3,4-二氯硝基苯质量的0.05%~0.5%。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征是Pt/c催化剂的用量为3,4-二氯硝基苯质量的0.07%~0.1%。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于Pt/c催化剂重复使用。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述的醇溶液为甲醇或乙醇。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征是3,4-二氯硝基苯和醇溶液的质量比为1∶2~8。
9.根据权利要求1或8所述的方法,其特征是3,4-二氯硝基苯和醇溶液的质量比为1∶3~6。
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