CN104710316B - 一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,该方法为:一、将催化剂装填于固定床反应器中,向固定床反应器中通入还原性气体对所述催化剂进行还原处理;二、持续向固定床反应器中通入还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度后泵入氨水溶液,再通入熔融的氟代硝基苯,在所述反应温度的条件下进行催化加氢反应;三、将所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为氟代苯胺。本发明中原料氟代硝基苯的转化率不小于99.7%,脱氟副产物的质量浓度小于0.1%,产物氟代苯胺的质量纯度不小于99.4%,催化剂性能稳定,工艺过程节约资源且环境友好。
Description
技术领域
本发明属于催化加氢技术领域,具体涉及一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法。
背景技术
氟代苯胺类化合物在医药、农药、染料中间体以及液晶材料等领域的应用非常广泛,如对氟苯胺、邻氟苯胺、2,4-二氟苯胺、2,5-二氟苯胺、3,4-二氟苯胺、3,5-二氟苯胺、2,3,4-三氟苯胺和3,4,5-三氟苯胺,对应的制备原料分别是对氟硝基苯、邻氟硝基苯、2,4-二氟硝基苯、2,5-二氟硝基苯、3,4-二氟硝基苯、3,5-二氟硝基苯、2,3,4-三氟硝基苯和3,4,5-三氟硝基苯,随着工业的发展,医药、农药、染料中间体及液晶材料领域对这类化合物的需求与日俱增,并且对氟代苯胺类化合物产品的纯度和生产效率提出了更高的要求,然而目前工业上仍然沿用传统方法进行生产,生产方法有铁粉还原和镍催化剂法,这两种方法已经不能适应现在环保的要求,已经被逐步替换掉。虽然有些工艺在改进后采用了清洁的贵金属催化剂,但仍然是间歇式的釜式反应,存在生产效率低的问题。另外,为了提高效率,间歇式反应必须提高催化剂的活性,但是催化剂活性越高,越有利于脱氟副反应的发生,添加适量的脱氟抑制剂可以有效的降低脱氟的副反应,但是这又给后续的产品纯化增加了难度。
因此为了适应目前环保的要求,提高产品质量和生产效率,积极开发高性能的催化剂和连续化的催化反应工艺或方法具有重要的意义。
中国专利201210366356.8公开了一种由卤代硝基苯催化加氢制备卤代苯胺的方法,为了提高催化剂的选择性,降低脱氯副反应的发生,在催化剂的制备中进行毒化,过程比较复杂,工业化放大生产可能有一定的困难;中国专利200710099071.1描述了用卤代硝基苯催化加氢制卤代苯胺的催化剂及其制备方法,采用贵金属金为活性组分,金的负载量达到3%以上,可能是因为载体的表面积较小,为了获得较好的催化活性,所以提高了金的负载量,从而增加了催化剂的成本;中国专利02148509.7采用新型的碳纳米管为载体,负载Pd和Pt作为卤代硝基苯催化加氢合成卤代芳胺的催化剂,该催化剂成本较高,增加了放大和规模化生产的难度。
目前国内外学者和企业对硝基催化加氢抑制脱氟的反应已经研究的非常广泛了,在实际应用和生产中主要是以间歇式的釜式反应为主,催化反应效率较低,反应带有一定的压力,对于一些特定的硝基催化加氢抑制脱氟的反应来说,增加反应压力会更加有利于脱氟副反应的发生,可能会降低催化加氢反应的选择性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,该方法可在温度为90℃~160℃的常压条件下连续催化氟代硝基苯加氢制备氟代苯胺,其中原料氟代硝基苯的转化率不小于99.7%,脱氟副产物的质量浓度小于0.1%,产物氟代苯胺的质量纯度不小于99.4%,催化剂性能稳定,工艺过程中未反应的还原性气体和催化加氢反应后物料中以氨水溶液为主要成分的水相通过回收均可循环使用,节约资源且环境友好。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至300℃~500℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为0.2%~1.8%,金属助剂的质量含量为0.01%~1.5%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒、铁、铜或铝;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为5%~20%;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入2h~8h后,采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的氟代硝基苯,在所述反应温度的条件下对所述氟代硝基苯进行催化加氢反应;所述氟代硝基苯的体积空速为0.1h-1~1.0h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.1h-1~1.0h-1,所述反应温度为90℃~160℃,所述氨水溶液的pH值为7.5~9;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为氟代苯胺。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述还原性气体的流量与催化剂的装填体积之比为(4~10):1,其中流量的单位为mL/min,装填体积的单位为mL。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述还原处理的时间为2h~8h。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,将步骤三中所述水相返回步骤二中代替氨水溶液循环使用。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述活性炭的比表面积不小于1100m2/g,活性炭的粒度为10目~20目。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述催化剂中铂的质量含量为0.5%~0.8%,金属助剂的质量含量为0.05%~0.5%。
上述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,所述催化剂中铂的质量含量为0.6%,金属助剂的质量含量为0.2%。
上述的一种二氯硝基苯连续催化加氢制备二氯苯胺的方法,其特征在于,步骤二中所述反应温度为110℃~130℃,所述二氯硝基苯的体积空速为0.1h-1~0.6h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.1h-1~0.6h-1。
上述的一种二氯硝基苯连续催化加氢制备二氯苯胺的方法,其特征在于,所述反应温度为120℃,所述二氯硝基苯的体积空速为0.2h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.2h-1。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明可在温度为90℃~160℃的常压条件下连续催化氟代硝基苯加氢制备氟代苯胺,其中原料氟代硝基苯的转化率不小于99.7%,脱氟副产物的质量浓度小于0.1%,产物氟代苯胺的质量纯度不小于99.4%,催化剂性能稳定,工艺过程中未反应的还原性气体和催化加氢反应后物料中以氨水溶液为主要成分的水相通过回收均可循环使用,节约资源且环境友好。
2、本发明采用硝基催化加氢活性适中的贵金属Pt作为活性组分,与活性更高的贵金属Pd相比,贵金属Pt在硝基催化加氢反应中脱氟的能力较弱,因此适当添加金属助剂调节Pt催化剂的活性即可有效防止脱氟副反应的发生,反应中再不需要额外添加脱氟抑制剂,工艺简便且使用效果好。
3、本发明在进行催化加氢反应前向固定床反应器中泵入氨水溶液对催化剂的活性和催化加氢反应的反应温度有一定的调节作用,调节氨水溶液的泵入量使催化剂上吸附有适量的氨水溶液,从而能够直接吸收硝基加氢反应放出的多余热量,且氨水溶液能够起到稀释固定床反应器中原料氟代苯胺浓度的作用,可有效地防止短时间内催化剂上反应热的聚集,使催化剂床层一直保持合适的反应温度。
4、本发明操作简单,容易放大生产,催化剂性能稳定,贵金属Pt不易流失,催化加氢反应的工艺过程环保且易于操作,催化反应效率高,产品纯度高,还原性气体和氨水溶液均可循环使用,实现了资源的合理利用。
下面通过实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至450℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为0.6%,金属助剂的质量含量为0.2%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒;所述活性炭的比表面积为1400m2/g,粒度为15目~20目;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为5%,所述还原性气体的流量为100mL/min,所述催化剂的装填体积为20mL,所述还原处理的时间为4h;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入6h后,利用计量泵采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的对氟硝基苯(或邻氟硝基苯),在反应温度的条件下对所述对氟硝基苯(或邻氟硝基苯)进行催化加氢反应;所述对氟硝基苯(或邻氟硝基苯)的体积空速为0.2h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.2h-1,所述反应温度为120℃,所述氨水溶液的pH值为9;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为对氟苯胺(或邻氟苯胺),然后将所述水相通过蠕动泵返回步骤二中代替氨水溶液循环使用。
实施例2
实施例2与实施例1相同,其不同之处在于:步骤一中催化剂中铂的质量含量为0.8%,金属助剂的质量含量为0.5%,所述金属助剂为铜。
表1 实施例1和实施例2的催化加氢反应结果
实施例3
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至400℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为0.5%,金属助剂的质量含量为0.05%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒;所述活性炭的比表面积为1350m2/g,粒度为10目~12目;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为15%,所述还原性气体的流量为150mL/min,所述催化剂的装填体积为15mL,所述还原处理的时间为5h;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入5h后,利用计量泵采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的2,4-二氟硝基苯(或2,5-二氟硝基苯),在反应温度的条件下对所述2,4-二氟硝基苯(或2,5-二氟硝基苯)进行催化加氢反应;所述2,4-二氟硝基苯(或2,5-二氟硝基苯)的体积空速为0.1h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.1h-1,所述反应温度为110℃,所述氨水溶液的pH值为8;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为2,4-二氟苯胺(或2,5-二氟苯胺)。
实施例4
实施例4与实施例3相同,其不同之处在于:步骤一中所述催化剂中铂的质量含量为0.2%,金属助剂的质量含量为0.01%。
表2 实施例3和实施例4的催化加氢反应结果
实施例5
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至350℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为1.8%,金属助剂的质量含量为1.5%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为铁;所述活性炭的比表面积为1500m2/g,粒度为12目~15目;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为10%,所述还原性气体的流量为100mL/min,所述催化剂的装填体积为10mL,所述还原处理的时间为7h;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入2h后,利用计量泵采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的3,4-二氟硝基苯(或3,5-二氟硝基苯),在反应温度的条件下对所述3,4-二氟硝基苯(或3,5-二氟硝基苯)进行催化加氢反应;所述3,4-二氟硝基苯(或3,5-二氟硝基苯)的体积空速为0.6h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.6h-1,所述反应温度为130℃,所述氨水溶液的pH值为7.5;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为3,4-二氟苯胺(或3,5-二氟苯胺),然后将所述水相通过输液泵返回步骤二中代替氨水溶液循环使用。
实施例6
实施例6与实施例5相同,其不同之处在于:步骤一中所述催化剂中铂的质量含量为0.5%,金属助剂的质量含量为0.1%,所述金属助剂为铝。
表3 实施例5和实施例6的催化加氢反应结果
实施例7
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至300℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为1.0%,金属助剂的质量含量为0.8%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒;所述活性炭的比表面积为1300m2/g,粒度为18目~20目;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为15%,所述还原性气体的流量为60mL/min,所述催化剂的装填体积为15mL,所述还原处理的时间为8h;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入4h后,利用计量泵采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的2,3,4-三氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯),在反应温度的条件下对所述2,3,4-三氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯)进行催化加氢反应;所述2,3,4-三氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯)的体积空速为1.0h-1,所述氨水溶液的体积空速为1.0h-1,所述反应温度为160℃,所述氨水溶液的pH值为8;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为2,3,4-三氟苯胺(或3,4,5-三氟苯胺)。
实施例8
实施例8与实施例7相同,其不同之处在于:步骤一中所述催化剂中铂的质量含量为0.65%,金属助剂的质量含量为0.3%,所述金属助剂为铁。
表4 实施例7和实施例8的催化加氢反应结果
实施例9
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至500℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,催化剂中铂的质量含量为0.6%,金属助剂的质量含量为0.2%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒;所述活性炭的比表面积为1100m2/g,粒度为10目~13目;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为20%,所述还原性气体的流量为80mL/min,所述催化剂的装填体积为10mL,所述还原处理的时间为2h;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入8h后,利用计量泵采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的对氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯),在反应温度的条件下对所述对氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯)进行催化加氢反应;所述对氟硝基苯(或3,4,5-三氟硝基苯)的体积空速为0.35h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.35h-1,所述反应温度为90℃,所述氨水溶液的pH值为8.5;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为对氟苯胺(或3,4,5-三氟苯胺),然后将所述水相通过输液泵返回步骤二中代替氨水溶液循环使用。
表5 实施例9的催化加氢反应结果
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将催化剂装填于固定床反应器中,在常压条件下向装填有催化剂的固定床反应器中通入还原性气体,将固定床反应器的温度升至300℃~500℃对所述催化剂进行还原处理;所述催化剂包括载体,负载于载体上的铂和金属助剂,所述催化剂中铂的质量含量为0.5%~0.8%,金属助剂的质量含量为0.05%~0.5%,所述载体为活性炭,所述金属助剂为钒、铁、铜或铝;所述还原性气体为氮气稀释的氢气,所述还原性气体中氢气的体积含量为5%~20%;所述还原性气体的流量与催化剂的装填体积之比为(4~10):1,其中流量的单位为mL/min,装填体积的单位为mL;
步骤二、持续向固定床反应器中通入步骤一中所述还原性气体,然后将固定床反应器的温度降至反应温度,接着向固定床反应器中泵入氨水溶液,待氨水溶液泵入2h~8h后,采用连续进料的方式向固定床反应器中通入熔融的氟代硝基苯,在所述反应温度的条件下对所述氟代硝基苯进行催化加氢反应;所述氟代硝基苯的体积空速为0.1h-1~1.0h-1,所述氨水溶液的体积空速为0.1h-1~1.0h-1,所述反应温度为90℃~160℃,所述氨水溶液的pH值为7.5~9;
步骤三、将步骤二中所述催化加氢反应后的物料通过油水分离器进行分离,得到有机相和水相,所述有机相即为氟代苯胺。
2.按照权利要求1所述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述还原处理的时间为2h~8h。
3.按照权利要求1所述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,将步骤三中所述水相返回步骤二中代替氨水溶液循环使用。
4.按照权利要求1所述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,步骤一中所述活性炭的比表面积不小于1100m2/g,活性炭的粒度为10目~20目。
5.按照权利要求1所述的一种氟代硝基苯连续催化加氢制备氟代苯胺的方法,其特征在于,所述催化剂中铂的质量含量为0.6%,金属助剂的质量含量为0.2%。
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