CN112300005A - 一种苯一步氨化制苯胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苯一步氨化制苯胺的方法。以苯、硝基苯、氨气为原料，在填充催化剂的固定床反应器中，苯催化氨化反应得到苯胺和氢气，硝基苯与生成的氢气催化加氢得到苯胺和水。由于硝基苯加氢与苯氨化同步进行，可及时消耗苯氨化产生的氢气，从而提高苯一步氨化反应产率。本发明工艺技术简单，原子经济性好、成本低，具有显著的经济效益和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯一步氨化制苯胺的方法，特别是利用苯、硝基苯、氨气为原料，在固定床反应器中同步实现苯氨化反应和硝基苯加氢反应制苯胺，以硝基苯加氢消耗苯氨化产生的氢气提供苯一步氨化反应效率的方法。
背景技术
苯胺是一种重要的有机化工原料和化工产品，主要用于生产MDI、橡胶助剂和医药、染料颜料和中间体等。
工业上生产苯胺的主要方法是苯硝化制硝基苯，然后催化加氢制苯胺。该方法需要经过硝化、加氢多个步骤，生产路线增长、原子利用率低、成本高。根据绿色化学的发展理念，高效、绿色的苯一步法合成苯胺成为当前苯胺生产技术的重要研究方向。
苯直接一步胺化制苯胺的方法，大大地提升了原子利用效率，但由于直接胺化苯反应受到热力学平衡的限制，苯胺的收率低，甚至是在严苛的反应条件下，苯胺的收率也比较低。
为了提高苯一步法合成苯胺收率，研究者使用羟胺为胺化剂可显著提高苯胺收率，但是首先氨要转化为羟胺，增加了苯胺合成的步骤及成本，不符合“绿色合成”的主旨。
此外，根据反应平衡，在反应中加入助剂、氧气、或可以与氢气反应生成水的还原性金属氧化物等，通过移除反应中生成的氢气来改变化学平衡从而合成苯胺，可以促进反应正向移动，从而提高反应收率。然而通过引入氧化物质消耗反应产物氢气的方法，其一反应产生的氢气未能得到有效利用，其二新加入物质及反应后生成物可能导致副反应和副产物生成，影响苯胺产品质量，因此，限制的相关技术的发展。
为了提高苯胺产品收率，有效移除苯氨化产生的氢气，将反应体系中引入硝基苯，利用硝基苯与氢气反应生成苯胺，有利于促进苯氨化制苯胺平衡移动提高苯胺产品收率，同时硝基苯加氢后生成苯胺不影响苯胺产品质量。
因此，开发新型苯一步氨化制苯胺工艺，是推动苯胺生产技术发展的关键。
发明内容
针对现有苯一步氨化制苯胺受热力学平衡限制，苯胺收率低的问题，本发明的目的在于提供一种同步实现苯催化氨化反应制苯胺和硝基苯催化加氢制苯胺的方法，通过硝基苯加氢移除苯氨化产生的氢气，提高苯一步氨化制苯胺收率。
本发明采用的技术方案：苯一步氨化制苯胺的方法，其特征是包含以下步骤：以苯、硝基苯、氨气为原料，在填充催化剂的固定床反应器中，苯催化氨化反应得到苯胺和氢气，硝基苯与生成的氢气催化加氢得到苯胺和水；所述催化剂同时具有苯氨化制苯胺和硝基苯加氢制苯胺活性；所述固定床反应器中催化剂分段填充，且沿进料方向催化剂中活性组分含量不同；所述固定床反应器的运行过程包括催化剂活化、催化剂诱导、稳定运行三个阶段。
一般地，所述催化剂由载体和活性组分构成，其中载体为活性炭，活性组分包含钯、铂、镍、铜、钼。
所述催化剂中活性组分质量含量为：钯0.1%~5%，铂0.01%~5%，镍1%~20%、铜0.1%~5%、钼0.01%~2%。
所述固定床中催化剂分2~10段进行催化剂填充，沿进料方向催化剂中钯、铂含量逐渐增加，镍、铜和钼含量逐渐减少。
所述固定床反应器中反应温度为200~600℃，且沿进料方向不同分段温度逐渐降低。
所述固定床反应器中压力为0~5MPa。
所述苯、氨气、硝基苯进料物质的量比为1：(1~3)：(0.2~1)。
所述物料在反应器中停留时间为30~300min。
所述催化剂活化是在氢气氛围下200~500℃还原2~12h。
所述催化剂诱导是苯、氨气按物质的量1：(1~3)进料稳定运行2~12h，然后在0~8h内增加硝基苯进料量至设定比例。
使用本发明技术，苯和硝基苯在催化剂作用下制苯胺，以硝基苯加氢消耗苯氨化产生的氢气，使苯氨化反应平衡右移，苯氨化制苯胺产率提高至60%以上，效果显著。
与现有技术相比，本发明的特点是：
（1）以苯氨化反应产生的氢气为原料，催化硝基苯加氢反应制苯胺，提高苯一步氨化反应效率；
（2）固定床反应器中催化剂活性组分含量按一定比例分布，提高催化反应效率和不同催化反应的协同效应；
（3）本发明所述苯一步氨化制苯胺反应，以苯氨化产生的氢气作为硝基苯加氢原料，提高了苯氨化产率，具有高活性和高选择性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的实质特点和显著效果做进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例1
在10L固定床反应器中分2段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原12h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：1进料运行12h，最后在2h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：1：0.2，反应压力为5MPa，反应停留时间为300min，1段平均反应温度为500℃，2段平均反应温度为450℃。其中1段催化剂活性组分包含钯0.1%、铂0.01%、镍20%、铜0.5%、钼0.01；2段催化剂活性组分包含钯5%、铂0.05%、镍1%、铜0.5%、钼0.12%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为65%，苯催化氨化制苯胺选择性为91%。
实施例2
在10L固定床反应器中分2段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原12h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：3进料运行6h，最后在5h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：3：1，反应压力为3MPa，反应停留时间为100min，1段平均反应温度为500℃，2段平均反应温度为400℃。其中1段催化剂活性组分包含钯1%、铂0.01%、镍20%、铜5%、钼2%；2段催化剂活性组分包含钯5%、铂1%、镍1%、铜1%、钼0.01%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为68%，苯催化氨化制苯胺选择性为93%。
实施例3
在10L固定床反应器中分10段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原12h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：3进料运行12h，最后在8h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：3：1，反应压力为5MPa，反应停留时间为100min，1段平均反应温度为500℃，后续每段平均反应温度在1段基础上降低20℃。其中催化剂活性组分1段钯含量0.1%，后续每段增加0.4%；1段铂含量0.01%，后续每段增加0.1%；1段镍含量20%，后续每段减少2%；1段铜含量5%，后续每段减少0.5%；1段钼含量2%，后续每段减少0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为78%，苯催化氨化制苯胺选择性为95%。
实施例4
在10L固定床反应器中分10段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下200℃还原2h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：1进料运行2h，最后在1h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：1：1，反应压力为1MPa，反应停留时间为30min，1段平均反应温度为400℃，后续每段平均反应温度在1段基础上降低10℃。其中催化剂活性组分1段钯含量0.1%，后续每段增加0.4%；1段铂含量0.01%，后续每段增加0.1%；1段镍含量20%，后续每段减少2%；1段铜含量5%，后续每段减少0.5%；1段钼含量2%，后续每段减少0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为55%，苯催化氨化制苯胺选择性为85%。
实施例5
在10L固定床反应器中分10段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原6h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：2进料运行8h，最后在8h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：8：1，反应压力为4MPa，反应停留时间为300min，1段平均反应温度为500℃，后续每段平均反应温度在1段基础上降低20℃。其中催化剂活性组分1段钯含量0.1%，后续每段增加0.2%；1段铂含量0.1%，后续每段增加0.2%；1段镍含量20%，后续每段减少1%；1段铜含量5%，后续每段减少0.5%；1段钼含量2%，后续每段减少0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为65%，苯催化氨化制苯胺选择性为88%。
实施例6
在10L固定床反应器中分2段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下200℃还原2h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：1进料运行2h，最后在4h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：1：0.2，反应压力为3MPa，反应停留时间为60min，1段平均反应温度为400℃，2段平均反应温度为350℃。其中1段催化剂活性组分包含钯0.5%、铂0.01%、镍10%、铜5%、钼2%；2段催化剂活性组分包含钯5%、铂0. 5%、镍1%、铜0.1%、钼0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为52%，苯催化氨化制苯胺选择性为83%。
实施例7
在10L固定床反应器中分5段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原12h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：3进料运行12h，最后在8h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：3：1，反应压力为5MPa，反应停留时间为300min，1段平均反应温度为500℃，后续每段平均反应温度在1段基础上降低30℃。其中催化剂活性组分1段钯含量0.1%，后续每段增加0.5%；1段铂含量0.1%，后续每段增加0.5%；1段镍含量20%，后续每段减少3%；1段铜含量5%，后续每段减少1%；1段钼含量2%，后续每段减少0.4%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为75%，苯催化氨化制苯胺选择性为92%。
实施例8
在10L固定床反应器中分5段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下500℃还原12h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：1进料运行6h，最后在4h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：1：0.5，反应压力为4MPa，反应停留时间为300min，1段平均反应温度为400℃，后续每段平均反应温度在1段基础上降低20℃。其中催化剂活性组分1段钯含量0.5%，后续每段增加0.4%；1段铂含量0.5%，后续每段增加0.4%；1段镍含量20%，后续每段减少3%；1段铜含量3%，后续每段减少0.5%；1段钼含量1%，后续每段减少0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为64%，苯催化氨化制苯胺选择性为93%。
实施例9
在10L固定床反应器中分2段填充负载型催化剂，催化剂填充后在氢气氛围下300℃还原8h，然后将苯、氨气按物质的量比为1：3进料运行12h，最后在3h内将硝基苯进料量逐步增加至苯、氨气、硝基苯物质的量比为1：3：0.6，反应压力为5MPa，反应停留时间为100min，1段平均反应温度为500℃，2段平均反应温度为400℃。其中1段催化剂活性组分包含钯0.1%、铂0.01%、镍10%、铜3%、钼2%；2段催化剂活性组分包含钯2.5%、铂1.5%、镍1%、铜0.1%、钼0.2%。
本实施例稳定运行条件下，苯转化率为60%，苯催化氨化制苯胺选择性为90%。
Claims (10)
1.一种苯一步氨化制苯胺的方法，其特征是包含以下步骤：以苯、硝基苯、氨气为原料，在填充催化剂的固定床反应器中，苯催化氨化反应得到苯胺和氢气，硝基苯与生成的氢气催化加氢得到苯胺和水；所述催化剂同时具有苯氨化制苯胺和硝基苯加氢制苯胺活性；所述固定床反应器中催化剂分段填充，且沿进料方向催化剂中活性组分含量不同；所述固定床反应器的运行过程包括催化剂活化、催化剂诱导、稳定运行三个阶段。
2.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述催化剂由载体和活性组分构成，其中载体为活性炭，活性组分包含钯、铂、镍、铜、钼。
3.根据权利要求1或2所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述催化剂中活性组分质量含量为：钯0.1%~5%，铂0.01%~5%，镍1%~20%、铜0.1%~5%、钼0.01%~2%。
4.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述固定床中催化剂分2~10段进行催化剂填充，沿进料方向催化剂中钯、铂含量逐渐增加，镍、铜和钼含量逐渐减少。
5.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述固定床反应器中反应温度为200~600℃，且沿进料方向不同分段温度逐渐降低。
6.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述固定床反应器中压力为0~5MPa。
7.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述苯、氨气、硝基苯进料物质的量比为1：(1~3)：(0.2~1)。
8.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于物料在反应器中停留时间为30~300min。
9.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述催化剂活化是在氢气氛围下200~500℃还原2~12h。
10.根据权利要求1所述的苯一步氨化制苯胺的方法，其特征在于所述催化剂诱导是苯、氨气按物质的量1：(1~3)进料稳定运行2~12h，然后在0~8h内增加硝基苯进料量至设定比例。
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| CN201910682236.0A CN112300005A (zh) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | 一种苯一步氨化制苯胺的方法 |
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| CA553988A (en) * | 1958-03-04 | L. Thomas Charles | Preparation of aromatic amines | |
| AU5054299A (en) * | 1998-08-17 | 2000-03-06 | Imperial Chemical Industries Plc | Amine production |
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| CN103408434A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-11-27 | 四川大学 | 一种由苯直接氧化胺化一步合成苯胺的方法 |
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-
2019
- 2019-07-26 CN CN201910682236.0A patent/CN112300005A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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