CN110105220B - 一种以间位油为原料制备间苯二胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的方法，包含以下步骤：（1）硝基氯苯间位油的硝化：硝基氯苯间位油，加入浓硫酸，升温，滴加发烟硝酸，反应，静置分掉废酸，得到2,4‑硝基氯苯和3,5‑二硝基氯苯的混合物；（2）催化加氢反应：以2,4‑二硝基氯苯和3,5‑二硝基氯苯的混合物为原料，以甲醇为溶剂，以碱性物质为缚酸剂，以贵金属钯碳为催化剂，通入氢气，得到间苯二胺。本发明找到了一种新的处理硝基氯苯间位油的方法，变废为宝；相对于其他处理间位油的方法，此方法简单直接，且符合原子经济效益；不会产生其他不必要的副反应，工艺简单易操作；相对于间二硝基苯还原制备间苯二胺，更加绿色环保成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于化工生产的催化加氢领域，具体涉及一种以间位油为原料制备间苯二胺的方法。
背景技术
间苯二胺又名1，3－二氨基苯，为白色针状结晶，是一种重要的有机化工原料和中间体，广泛用于染料、洗化、橡胶、国防等工业中。由于间苯二胺具有较强的偶合能力，因此在染料工业中可制取偶氮染料、毛皮染料、活性染料和硫化染料，同时还用于制取染发剂、石油添加剂、橡胶防老剂等，在各个领域均应用广泛。
生产间苯二胺传统方法：以间二硝基苯为原料采用铁粉还原或硫化碱还原的工艺制备间苯二胺，这两种还原工艺会产生大量的三废，而且产品质量差，收率低；近几年新开发出催化加氢工艺，虽然解决了以往老工艺存在的缺点，但仍然存在催化剂易失活、使用量大、安全性低的问题，如CN1439456A、CN1462740A。
硝基氯苯生成过程中，产生大量的间位油，即由对硝基氯苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯各占1/3左右形成的混合物，对此间位油的回收处理时，有当做固废处理的，也有的利用邻硝基氯苯沸点较高的原理，先采用精馏先将邻硝基氯苯分离出来，但是对硝基氯苯、间硝基氯苯沸点差2℃，精馏很难分离，这也成为一个技术瓶颈。
有的专利中揭示了采用醚化的方法，生成对硝基苯甲醚和间硝基氯苯混合物，再采用精馏将二者分离开来，如专利号为CN2009100438000的技术中，就公开了此技术；此件专利中，如权利1中的C步骤记载，“间硝基氯苯-对硝基氯苯混合物与氢氧化钠的甲醇溶液进行醚化反应”，由该步骤以及说明书26段中可知甲醇钠溶液是提前加入在醚化反应釜中的，其加入量并无单独控制，在说明书0016段可知，最后将间硝基氯苯采出。但是本专利存在的问题是：甲醇钠溶液在醚化反应釜中，为了使对硝基氯苯充分醚化，通常需要加入过量的甲醇钠溶液，这就存在过量的甲醇钠在于对硝基氯苯反应的同时，也会与间硝基氯苯反应，生产重组分杂质，从而使得间硝基氯苯不能充分、完全被采出，影响了间硝基氯苯的收率，造成资源的浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的方法，即避免了难以分离硝基氯苯的过程，又得到了更有经济效益的间苯二胺。
本发明的目的在于，避开现有的硝基氯苯精馏难以分离的技术问题和醚化后成分复杂、收率低、分离困难，设备资源浪费的情况。
本发明主要是通过硝基氯苯间位油先进行一步硝化，得到2,4-硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物，混合物再去进行催化加氢，经过催化加氢脱氯和硝基还原一步法得到高含量的间苯二胺成品，不需要进行复杂的分离，工艺简单，收率高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明一种以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的方法，其包含以下步骤：
硝基氯苯间位油的硝化：反应釜中加入硝基氯苯间位油，加入浓硫酸，升温到60-80摄氏度，滴加发烟硝酸，进行硝化反应，硝酸滴加结束，继续反应2小时，静置分掉废酸，物料用水洗涤两遍，得到2,4-硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物。
催化加氢反应：以2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物为原料，以甲醇为溶剂，以氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺等碱性物质为缚酸剂，以贵金属钯碳为催化剂，通入氢气，进行催化加氢。2,4-二硝基氯苯经过催化加氢脱氯和硝基催化加氢，一步法得到间苯二胺。反应后物料加入适量水，过滤催化剂，脱溶剂，精馏得到产品。滤出的催化剂进过适量补加后进行催化剂套用。
所述的间苯二胺的制备方法，底物为硝基氯苯间位油。
所述的间苯二胺的制备方法，硝基氯苯间位油硝化时与浓硫酸（质量分数98%）摩尔比为1:1.02-1.1，与发烟硝酸（质量分数98%）摩尔比为1:1.03-1.12。
所述的间苯二胺的制备方法，硝基氯苯间位油硝化时硝化温度为60-80℃。
所述的制备间苯二胺的方法，催化加氢制备原料为2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物。
所述的制备间苯二胺的方法，催化加氢制备溶剂为甲醇，2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物和甲醇的比例为1:3-10。
所述的制备间苯二胺的方法，催化加氢脱氯反应所用缚酸剂为氢氧化钠、氢氧化钾、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺等碱性物质中的一种；其加入量与2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物摩尔比为1:1。
所述的制备间苯二胺的方法，所用催化剂为钯碳催化剂，所用催化剂金属含量为3%-10%；催化剂的加入量为2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物质量的1-5%。
所述的制备间苯二胺的方法，催化加氢制备温度为80-100℃，催化加氢制备压力为0.8-1.5Mpa。
所述的制备间苯二胺的方法，反应结束加入适量水，过滤掉催化剂。
所述的制备间苯二胺的方法，反应液经过脱溶剂，减压蒸馏得到间苯二胺；反应产生的盐均留在蒸馏残渣中。
所述的制备间苯二胺的方法，滤出催化剂适量补加后进行催化剂套用，催化剂补加量为催化剂打底质量的5-10%。
所述的制备间苯二胺的方法，经过上述制备过程，硝基氯苯间位油转化率100%，得到间苯二胺粗品色谱纯度＞99%，精馏后间苯二胺收率大于93%。
有益效果
本专利所述的以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的工艺，首先找到了一种新的处理硝基氯苯间位油的方法，变废为宝；相对于其他处理间位油的方法，此方法更加简单直接，且符合原子经济效益；整个工艺在生产过程中，不会产生其他不必要的副反应，工艺简单易操作；相对于间二硝基苯还原制备间苯二胺，更加绿色环保成本低廉。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的方法，总共分两个步骤：硝基氯苯间位油硝化和催化剂加氢。
硝基氯苯间位油的硝化：反应釜中加入硝基氯苯间位油，加入浓硫酸，升温到60-80℃，滴加发烟硝酸，进行硝化反应，硝酸滴加结束，继续反应2小时，静置分掉废酸，物料用水洗涤两遍，得到2,4-硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物。
催化加氢反应：以2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物为原料，以甲醇为溶剂，以氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺等碱性物质为缚酸剂，以贵金属钯碳为催化剂，通入氢气，进行催化加氢。2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物经过催化加氢脱氯和硝基催化加氢，一步法得到间苯二胺。反应后物料加入适量水，过滤催化剂，脱溶剂，精馏得到产品。滤出的催化剂进过适量补加后进行催化剂套用。
具体步骤：
硝基氯苯间位油的硝化：
（1）向5000L反应釜中加入间位油2000kg、质量分数98%的浓硫酸1310kg，开启搅拌并升温到75℃。
（2）于75℃下滴加发烟硝酸（质量分数98%）833kg，反应放热，通入循环水使釜温保持75℃，并控制不超过80℃，滴加结束，保持75℃搅拌2小时。
（3）静置分去废酸，物料转移至水洗釜进行水洗，第一遍水洗搅拌下加入碱调节pH值为9-10，静置分去上层洗水，第二遍水洗洗涤物料pH值到中性，静置分掉上层水，下层物料便是中间体2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物。注意洗涤时洗涤釜内温度始终应大于50℃，以免物料凝固。
催化加氢：
（1）将甲醇3000L，1000kg2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物，碳酸钠252kg，5%钯碳催化剂10kg加入到5000L的加氢反应釜中，经过三遍氮气置换，三遍氢气置换，并检测氢气的氧含量合格后，通入氢气0.8Mpa，进行催化加氢反应，控制反应温度80℃。
（2）反应4.5小时，关闭氢气阀门，氢气压力不再下降，经过色谱检测2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物已经完全转化（二硝基氯苯含量为0），间苯二胺粗品含量为99.0%，由此判断为反应结束。搅拌下将反应液温度降至50℃以下，加入一次水400kg，充入氮气进行压料，料液经过精密过滤器（不锈钢金属烧结管1μm）后进入蒸馏釜，催化剂留在精密过滤器中。
（3）过滤后的还原液，进入蒸馏釜，升温脱除溶剂甲醇后，将料液放入精馏釜中，经提纯，得到间苯二胺产品。
综合两步反应后得到间苯二胺含量99.3％，两步综合收率93.5%。
实施例2
硝基氯苯间位油的硝化：
（1）向5000L反应釜中加入间位油2000kg、质量分数98%的浓硫酸1310kg，开启搅拌并升温到75℃。
（2）于75℃下滴加发烟硝酸（质量分数98%）833kg，反应放热，通入循环水使釜温保持75℃，并控制不超过80℃，滴加结束，保持75℃搅拌2小时。
（3）静置分去废酸，物料转移至水洗釜进行水洗，第一遍水洗搅拌下加入碱调节pH值为9-10，静置分去上层洗水，第二遍水洗洗涤物料pH值到中性，静置分掉上层水，下层物料便是中间体2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物。注意洗涤时洗涤釜内温度始终应大于50℃，以免物料凝固。
催化加氢：
（1）将甲醇3000L，1000kg 2,4-二硝基氯苯，碳酸钠252kg，3%钯碳催化剂10kg加入到5000L的加氢反应釜中，经过三遍氮气置换，三遍氢气置换，并检测氢气的氧含量合格后，通入氢气1.0Mpa，进行催化加氢反应，控制反应温度90℃。
（2）反应5小时，关闭氢气阀门，氢气压力不再下降，经过色谱检测2,4-二硝基氯苯已经完全转化（2,4-二硝基氯苯含量为0），间苯二胺粗品含量为99.07%，由此判断为反应结束。搅拌下将反应液温度降至50℃以下，加入一次水500kg，充入氮气进行压料，料液经过精密过滤器（不锈钢烧结管1μm）后进入蒸馏釜，催化剂留在精密过滤器中。
（3）过滤后的还原液，进入蒸馏釜，升温脱除溶剂甲醇后，将料液放入精馏釜中，经提纯，得到间苯二胺产品。
综合两步反应后得到间苯二胺含量99.27％，两步综合收率94% 。
实施例3
硝基氯苯间位油的硝化：
（1）向5000L反应釜中加入间位油2000kg、质量分数98%的浓硫酸1310kg，开启搅拌并升温到75℃。
（2）于75℃下滴加发烟硝酸（质量分数98%）833kg，反应放热，通入循环水使釜温保持75℃，并控制不超过80℃，滴加结束，保持75℃搅拌2小时。
（3）静置分去废酸，物料转移至水洗釜进行水洗，第一遍水洗搅拌下加入碱调节pH值为9-10，静置分去上层洗水，第二遍水洗洗涤物料pH值到中性，静置分掉上层水，下层物料便是中间体2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物。注意洗涤时洗涤釜内温度始终应大于50℃，以免物料凝固。
催化加氢：
（1）将甲醇3000L，1000kg 2,4-二硝基氯苯，乙酸钠（含三个结晶水）671.6kg，3%钯碳催化剂补1kg加入到5000L的加氢反应釜中，经过三遍氮气置换，三遍氢气置换，并检测氢气的氧含量合格后，通入氢气1.0Mpa，进行催化加氢反应，控制反应温度90℃。
（2）反应5小时，关闭氢气阀门，氢气压力不再下降，经过色谱检测2,4-二硝基氯苯已经完全转化（2,4-二硝基氯苯含量为0），间苯二胺粗品含量为99.11%，由此判断为反应结束。搅拌下将反应液温度降至50℃以下，加入一次水500kg，充入氮气进行压料，料液经过精密过滤器（不锈钢烧结管1μm）后进入蒸馏釜，催化剂留在精密过滤器中。
（3）过滤后的还原液，进入蒸馏釜，升温脱除溶剂甲醇后，将料液放入精馏釜中，经提纯，得到间苯二胺产品。
综合两步反应后得到间苯二胺含量99.20％，两步综合收率92.9%。
实施例4
硝基氯苯间位油的硝化：
（1）向5000L反应釜中加入间位油2000kg、质量分数98%的浓硫酸1310kg，开启搅拌并升温到75℃。
（2）于75℃下滴加发烟硝酸（质量分数98%）833kg，反应放热，通入循环水使釜温保持75℃，并控制不超过80℃，滴加结束，保持75℃搅拌2小时。
（3）静置分去废酸，物料转移至水洗釜进行水洗，第一遍水洗搅拌下加入碱调节pH值为9-10，静置分去上层洗水，第二遍水洗洗涤物料pH值到中性，静置分掉上层水，下层物料便是中间体2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物。注意洗涤时洗涤釜内温度始终应大于50℃，以免物料凝固。
催化加氢：
（1）将甲醇3000L，1000kg2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物，三乙胺500kg，5%钯碳催化剂10kg加入到5000L的加氢反应釜中，经过三遍氮气置换，三遍氢气置换，并检测氢气的氧含量合格后，通入氢气1.0Mpa，进行催化加氢反应，控制反应温度95℃。
（2）反应4.0小时，关闭氢气阀门，氢气压力不再下降，经过色谱检测2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物已经完全转化（二硝基氯苯含量为0），间苯二胺粗品含量为99.0%，由此判断为反应结束。搅拌下将反应液温度降至50℃以下，加入一次水400kg，充入氮气进行压料，料液经过精密过滤器（不锈钢金属烧结管1μm）后进入蒸馏釜，催化剂留在精密过滤器中。
（3）过滤后的还原液，进入蒸馏釜，升温脱除溶剂甲醇后，将料液放入精馏釜中，经提纯，得到间苯二胺产品。
综合两步反应后得到间苯二胺含量99.3％，两步综合收率94%。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种以硝基氯苯间位油为原料制备间苯二胺的方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）硝基氯苯间位油的硝化：反应釜中加入硝基氯苯间位油，加入浓硫酸，升温60-80℃，滴加发烟硝酸，进行硝化反应，硝酸滴加结束，继续反应2小时，静置分掉废酸，物料用水洗涤两遍，得到2,4-硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物；
（2）催化加氢反应：以2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯的混合物为原料，以甲醇为溶剂，以碱性物质为缚酸剂，以贵金属钯碳为催化剂，通入氢气，进行催化加氢，得到间苯二胺。
2.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，所述的硝基氯苯间位油硝化时与98%浓硫酸摩尔比为1:1.02-1.1，与98%发烟硝酸摩尔比为1:1.03-1.12。
3.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物和甲醇的比例为1:3-10。
4.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，催化加氢脱氯反应所用缚酸剂为氢氧化钠、氢氧化钾、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠和三乙胺中的一种，其加入量与2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物摩尔比为1:1。
5.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，所用催化剂为钯碳催化剂，所用催化剂金属含量为3%-10%；催化剂的加入量为2,4-二硝基氯苯和3,5-二硝基氯苯混合物质量1-5%。
6.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，催化加氢反应的温度为80-100℃，压力为0.8-1.5Mpa。
7.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，反应结束加入适量水，过滤掉催化剂；反应液经过脱溶剂，减压蒸馏得到间苯二胺；反应产生的盐均留在蒸馏残渣中。
8.根据权利要求1所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，滤出催化剂适量补加后进行催化剂套用，催化剂补加量为催化剂打底质量的5-10%。
9.根据权利要求1-8之一所述的制备间苯二胺的方法，其特征在于，硝基氯苯间位油转化率100%，得到间苯二胺粗品色谱纯度＞99%，精馏后间苯二胺收率大于93%。
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