CN109422655A - 一种苯酚直接氨化制苯胺的方法 - Google Patents

一种苯酚直接氨化制苯胺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种苯酚直接制备苯胺的方法。采用浸渍还原法制备负载贵金属的催化剂,实现苯酚一步法制备苯胺的方法。本发明克服了现有技术中存在制备原料硝基苯的流程较复杂、投资大,环境污染严重,硝基苯废水较难处理等问题,本发明催化剂的制备及活化工艺简单,相比于其他工艺的高温氢气还原,高温易使催化剂金属团聚,不利于分散,影响催化剂活性。本发明在优选工艺条件下,苯胺选择性92%,转化率100%。

Description

一种苯酚直接氨化制苯胺的方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,涉及苯胺的合成方法。
背景技术
苯胺是是一种用途十分广泛的有机化工原料和化工产品,以它为原料制得的产品(包括中间产品) 有三百多种,广泛应用于染料、医药、农药、橡胶助剂等行业,是生产聚氨酯的主要原料MDI (二苯甲烷二异氰酸酯)的重要原料。近年来,随着MDI生产的不断发展,苯胺具有很大的市场潜力。目前国外苯胺生产主要集中在美国、西欧、日本等国家和地区,年生产能力达100kt/a级的大型生产企业约10家,最为著名的大型苯胺生产企业集团有4家,分别是英国ICI公司、德国Bayer公司、美国第一化学公司和美国Dupont公司;国内前五大企业的产能合计204wt/a,分别是山西天脊煤化工集团、烟台万华、宁波万华、吉林康奈尔化工有限公司以及中石化南京化学工业有限公司。
苯胺的生产方法主要有硝基苯铁粉还原法、硝基苯催化加氢法、氯苯氨解法。现在以硝基苯催化加氢法为主,分成气相加氢和液相加氢,其中气相加氢方法比较成熟,而液相加氢的技术掌握在国外的有限的几家公司手中。硝基苯催化加氢法的缺点是流程较复杂、投资大,有较严重的环境污染,因含硝基苯的废水较难处理。
苯酚一步法制备苯胺也一直处于研究中,其中美国的halcon公司于1962年研究开发成功,日本三井油化于1970年首先实现工业化应用,该法以氧化铝-硅胶为催化剂,苯酚和氨在370℃、1.7MPa下的固定床反应器中进行氨化反应,同时联产二苯胺。苯酚转化率和苯酚选择性都为98%,工艺简单、"三废"污染少。不足之处是原料苯酚价格波 动大,因而产品生产成本也随之波动。
就投资费用而言,采用BASF气相流化床工艺的10wt/a硝基苯加氢制苯胺装置的投资费用为7130万美元,其中界区内投资3850万美元,界区外投资1850万美元,其它项目费用为1430万美元。建同规模采用苯酚路线的装置投资费用为6920万美元,其中界区内投资3810万美元,界区外投资1720万美元,其它项目费用为1380万美元。同时就生产成本而言,苯酚法也低于硝基苯气相加氢法,前者为734.5美元/t,后者为804.5美元/t。
因此开发一步法制苯胺的生产工艺具有极大的优越性,一来工艺流程简单,二来三废的问题较少,关于苯酚一步法合成苯胺的工艺及催化剂的研究具有积极意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在制备原料硝基苯的流程较复杂、投资大,有较严重的环境污染,且含硝基苯的废水较难处理等问题,从而提供一种苯酚直接制备苯胺的方法。
本发明的主要技术方案:苯酚直接氨化制苯胺的方法,其特征在于在反应器中投入苯酚和贵金属催化剂后,混合,预热,加入氢气至反应压力为6-8 MPa,加热使反应温度为150-300℃,通入氨气,连续或间歇氨化反应;其中贵金属催化剂为采用浸渍还原法将载体用Pd盐或者Pt盐进行改性;所述载体为γ-三氧化二铝、活性炭、二氧化硅、钛硅分子筛、硅铝分子筛、镁铝尖晶石中的一种或几种;贵金属Pd或者Pt在贵金属催化剂中的质量含量为0.5%-5%。
所述反应器为单釜间歇式反应釜、多釜串联连续化反应釜或塔式反应器。
所述贵金属催化剂加入量为苯酚质量的1-15%,苯酚与氨气的摩尔比为1:2-10。
所述氨化反应压力为7-14MPa,连续氨化反应时间为0.25-0.5 h,间歇氨化反应时间为8h。
所述贵金属催化剂为采用浸渍还原法将载体用Pd盐或者Pt盐进行改性是将载体加入贵金属盐溶液中,采用搅拌或加热的方式一次性浸渍2-8h后,加入还原剂进行还原,将还原液洗涤后过滤,50-100℃干燥4-8h得贵金属催化剂。
所述贵金属的Pd盐为氯化钯、硝酸钯、醋酸钯中的一种或几种。
所述贵金属的Pt盐为氯化铂、硝酸铂、醋酸铂、氯铂酸中的一种或几种。
所述溶解Pd盐或者Pt盐的溶剂为去离子水、稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸中的一种或几种,贵金属盐溶液的浓度为10%-30%。
所述浸渍还原法中的还原剂为水合肼、甲醛、偏磷酸钠中的一种或几种。
本发明的有益效果:
(1)本发明为苯酚一步法制得产品苯胺,反应步骤简单,工艺路线简单,设备投资小;
(2)本发明三废少,污染小,有很高的环保效益和社会效益;
(3)本发明催化剂的制备及活化工艺简单,相比于其他工艺的高温氢气还原,高温易使催化剂金属团聚,不利于分散,影响催化剂活性;
(4)本发明在优选工艺条件下,苯胺选择性92%,转化率100%。
具体实施方式
实施例1
催化剂的具体制备方法为将50g γ-Al2O3加入300mL PdCl2盐酸溶液中,溶液浓度为10%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入水合肼将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,50℃干燥4h得自制改性催化剂,其中金属Pd含量为0.5%。
向0.1L高压反应釜中加入上述催化剂1g,加入苯酚30g,预热至100℃,通入氢气5MPa,后再压入氨气8MPa,升温至150℃,恒定温度下反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率60%,苯胺选择性80%。
实施例2
催化剂的具体制备方法为将30g活性炭加入300mL PtCl2的盐酸溶液中,溶液浓度为10%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入甲醛将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pt含量为0.5%。
向两台串联的0.5L高压反应釜中投入催化剂1.5g和苯酚35g,预热,通入氢气6MPa,后再压入氨气7MPa,升温至180℃,反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率70%,苯胺选择性70%。
实施例3
催化剂2的具体制备方法为将40g二氧化硅加入300mL Pt(NO3)2的硝酸溶液中,溶液浓度为30%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入偏磷酸钠将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pt含量为1.5%。
向三台串联的0.1L高压反应釜中加入催化剂 2g,加入苯酚40g,预热,通入氢气8MPa,后再压入氨气5MPa,升温至180℃,反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率90%,苯胺选择性75%。
实施例4
催化剂的具体制备方法为将30g钛硅分子筛加300mL入Pt(CH3COO)2的醋酸溶液中,浓度为30%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入甲醛将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pt含量为2%。
向0.5L高压反应釜中加入催化剂2.5g,加入苯酚40g,预热,通入氢气7MPa,后再压入氨气6MPa,升温至180℃,恒定温度下反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率85%,苯胺选择性85%。
实施例5
催化剂的具体制备方法为将50g镁铝尖晶石加入300mL Pd(CH3COO)2的醋酸溶液中,溶液浓度为15%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入水合肼将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pd含量为3%。
向三台串联的0.1L高压反应釜中加入催化剂3g,加入苯酚40g,预热,通入氢气7MPa,后再压入氨气7MPa,升温至180℃,恒定温度下反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率100%,苯胺选择性92%。
实施例6
催化剂的具体制备方法为将20g活性炭加入300mL Pd(NO3)2的硝酸溶液中,溶液浓度为40%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入偏磷酸钠将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pd含量为5%。
向0.5L高压反应釜中加入催化剂 4g,加入苯酚60g,预热,通入氢气7MPa,后再压入氨气7MPa,升温至180℃,恒定温度下反应8h,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率98%,苯胺选择性90%。
实施例7
催化剂的具体制备方法为将40g镁铝尖晶石加入300mL Pt(CH3COO)2的醋酸溶液中,溶液浓度为30%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入水合肼将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pt含量为5%。
用氮气将塔式反应器进行吹扫,用氢气将60g苯酚压入,预热,从塔式反应器顶部加入催化剂4g,后再通入氨气,使反应压力为14Mpa,升温至150℃,反应时间控制在15min,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率90%,苯胺选择性85%。
实施例8
催化剂的具体制备方法为将20g活性炭加入300mL Pd(NO3)2的硝酸溶液中,溶液浓度为20%, 采用搅拌的方式一次性浸渍后,加入偏磷酸钠将催化剂进行还原,将还原液过滤后洗涤,55℃干燥5h得自制改性催化剂,其中Pd含量为4%。
用氮气将塔式反应器进行吹扫,用氢气将40g苯酚压入,预热,从塔式反应器顶部加入催化剂3g,后再通入氨气,使反应压力为14Mpa,升温至150℃,反应时间控制在30min,冷却,取出反应液待分析,其中苯酚转化率93%,苯胺选择性88%。

Claims (9)

1.一种苯酚直接氨化制苯胺的方法,其特征在于在反应器中投入苯酚和贵金属催化剂后,混合,预热,加入氢气至反应压力为6-8 MPa,加热使反应温度为150-300℃,通入氨气,连续或间歇氨化反应;其中贵金属催化剂为采用浸渍还原法将载体用Pd盐或者Pt盐进行改性;所述载体为γ-三氧化二铝、活性炭、二氧化硅、钛硅分子筛、硅铝分子筛、镁铝尖晶石中的一种或几种;贵金属Pd或者Pt在贵金属催化剂中的质量含量为0.5%-5%。
2.根据权利要求1所述方法,其特征在于反应器为单釜间歇式反应釜、多釜串联连续化反应釜或塔式反应器。
3.根据权利要求1所述方法,其特征在于所述贵金属催化剂加入量为苯酚质量的1-15%,苯酚与氨气的摩尔比为1:2-10。
4.根据权利要求1所述方法,其特征在于氨化反应压力为7-14MPa,连续氨化反应时间为0.25-0.5 h,间歇氨化反应时间为8h。
5.根据权利要求1所述方法,其特征在于所述贵金属催化剂为采用浸渍还原法将载体用Pd盐或者Pt盐进行改性是将载体加入贵金属盐溶液中,采用搅拌或加热的方式一次性浸渍2-8h后,加入还原剂进行还原,将还原液洗涤后过滤,50-100℃干燥4-8h得贵金属催化剂。
6.根据权利要求5所述方法,其特征在于贵金属的Pd盐为氯化钯、硝酸钯、醋酸钯中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述方法,其特征在于贵金属的Pt盐为氯化铂、硝酸铂、醋酸铂、氯铂酸中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述方法,其特征在于溶解Pd盐或者Pt盐的溶剂为去离子水、稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸中的一种或几种,贵金属盐溶液的浓度为10%-30%。
9.根据权利要求5所述的贵金属催化剂,其特征在于浸渍还原法中的还原剂为水合肼、甲醛、偏磷酸钠中的一种或几种。
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