CN112979476B - 混苯二胺的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混苯二胺的生产工艺，涉及化工技术领域。所述工艺依次包括步骤如下：S1、一段硝化；S2、二段硝化；S3、催化加氢。所述工艺通过合理搭配两种连续硝化反应器，技术上可做到本质安全；反应前段使用微通道反应器，在较短时间实现很好的传质混合使90％以上的原料完成转化，同时利用微通道反应器高效传热的特点将大量反应热移出反应体系；反应后段使用列管式反应器，可以提供足够的熟化时间，完成剩余不足10％的反应，同时列管式反应器的换热能力足够移出这个过程中产生的热量；使得混苯二胺的产品纯度高、生产效率高、安全隐患低。

Description

混苯二胺的生产工艺

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种混苯二胺的生产工艺。

背景技术

苯二胺是一种化合有机物，化学式为C₆H₈N₂。是最简单的芳香二胺之一，也是一种有广泛应用的中间体，可用于制取偶氮染料，高分子聚合物，也可用于生产毛皮染色剂，橡胶防老剂和照片显影剂，另外对苯二胺还是常用的检验铁和铜的灵敏试剂。对苯二胺是极为重要的染料中间体，主要用于芳纶、偶氮染料、硫化染料、酸性染料等。

目前，混苯二胺通常采用釜式反应器生产，虽然生产量大，但是其存在许多自身工艺难以克服的缺陷，如产品纯度低、选择性差、生产效率低、安全隐患大，后续的分离、回收处理工艺繁琐、环境污染严重等。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种混苯二胺的生产工艺，解决了混苯二胺产品纯度低、生产效率低、安全隐患大的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种混苯二胺的生产工艺，所述工艺依次包括步骤如下：

S1、一段硝化：

将90％的硝酸与80％的硫酸混合制得一段混酸，将一段混酸与苯注入一段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入一段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到硝基苯；

S2、二段硝化：

将98％的硝酸与95％的硫酸混合制得二段混酸，将二段混酸与硝基苯注入二段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入二段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到混二硝基苯；

S3、催化加氢：

将混二硝基苯溶液与氢气注入含有镍的三段微通道反应器进行还原反应，反应产物滤除上层清液，蒸馏去除溶剂后得到混苯二胺。

优选的，S3中，所述混二硝基苯溶液是混二硝基苯溶解在甲醇中制得。

优选的，S1中，将一段列管式反应器分离出的一段废酸回收，苯在注入一段微通道反应器前对一段废酸进行萃取，用苯萃取一段废酸中的硝化物并且利用过量的苯与一段废酸中残存的硝酸进行硝化反应，降低一段废酸中硝酸含量；萃取后的一段废酸静置分离硝化物，剩余的稀硫酸经过脱硝酸处理后浓缩用于制作二段混酸。

优选的，将二段列管式反应器分离出的硫酸注入一段微通道反应器参与一段硝化反应。

优选的，所述萃取反应在萃取锅中45℃，常压条件下进行萃取。

优选的，一段微通道反应器内在50～100℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应。

优选的，二段微通道反应器内在10～80℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应。

优选的，所述一段微通道反应器的换热器设定温度为80℃，所述一段列管式反应器设定温度为80℃。

优选的，所述二段微通道反应器的换热器设定温度为50℃，所述二段列管式反应器设定温度为80℃。

优选的，所述三段微通道反应器包括：下板、催化剂载片、上板和催化剂载栓；所述下板的上表面开设有第一通道槽，所述催化剂载片安装在第一通道槽内，所述上板的下表面开设有与第一通道槽对应的第二通道槽，所述下板与上板通过工装夹具装夹在一起，第一通道槽与第二通道槽形成微通道；所述上板开设有若干螺纹孔，所述螺纹孔由上板的上表面贯穿至第二通道槽；所述催化剂载栓密封螺纹旋入螺纹孔，将催化剂载片压在第一通道槽的槽底。

优选的，所述催化剂载片外表面镀有镍或整体采用镍材质，所述催化剂载片开设有若干通孔，所述通孔下游半侧的顶端覆盖有顶盖，所述顶盖起到扰流搅拌的作用；并且反应过程中若是生成杂质颗粒，会在流动过程中沉淀进入通孔内，顶盖阻止杂质再从通孔内流出，有效防止杂质在微通道内聚集造成堵塞，也提高了产物的纯度；三段微通道反应器使用一段时间，将下板、下板和催化剂载片拆开，杂质大部分堆积在第一通道槽内，分别对第一通道槽、第二通道槽和催化剂载片进行简单清洗即可有效清除微通道内的杂质。

优选的，所述下板的下方和上板的上方分别设置有换热层，用于调控反应温度，所述换热层与现有技术一致，这里不做过多赘述。

优选的，所述微通道内开设有与螺纹孔一一对应的扰流腔，所述催化剂载栓通过螺纹孔插入扰流腔，对微通道内流经的反应物起到扰流搅拌的作用。

优选的，所述催化剂载栓位于扰流腔内的部位套设有催化剂载管，所述催化剂载管的外表面镀有镍或整体采用镍材质，进一步增加催化面积，且催化剂载管易拆装更换不易被冲走。

优选的，所述第一通道槽的槽底开设有限位槽，所述催化剂载片的下表面设置有与限位槽对应的限位凸起，所述限位凸起容纳在限位槽内，限制催化剂载片在第一通道槽内滑动，增强催化剂载片的安装结构稳定性。

优选的，所述催化剂载片的上表面开设有与催化剂载栓一一对应的容纳槽，所述催化剂载栓的底端容纳在容纳槽内，增强催化剂载栓与催化剂载片的连接结构稳定性。

优选的，所述下板开设有第一定位孔，所述上板开设有与第一定位孔一一对应的第二定位孔，所述第一定位孔的上端开设有沉孔，所述第二定位孔的下端设置有与沉孔一一对应的插管，所述插管插入沉孔，便于下板与上板通过第一定位孔和第二定位孔精准定位。

优选的，所述微通道的初始端开设有入料口，所述微通道的末端开设有出料口。

(三)有益效果

本发明提供了一种混苯二胺的生产工艺。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明中，所述工艺通过合理搭配两种连续硝化反应器，技术上可做到本质安全；反应前段使用微通道反应器，在较短时间实现很好的传质混合使90％以上的原料完成转化，同时利用微通道反应器高效传热的特点将大量反应热移出反应体系；反应后段使用列管式反应器，可以提供足够的熟化时间，完成剩余不足10％的反应，同时列管式反应器的换热能力足够移出这个过程中产生的热量；使得混苯二胺的产品纯度高、生产效率高、安全隐患低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中工艺的流程图；

图2为本发明实施例中反应器的爆炸图；

图3为本发明实施例中上板的结构示意图；

图4为图2中A处的放大图；

图5为图2中B处的放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例通过提供一种混苯二胺的生产工艺，解决了混苯二胺产品纯度低、生产效率低、安全隐患大的问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例中，所述工艺通过合理搭配两种连续硝化反应器，技术上可做到本质安全；反应前段使用微通道反应器，在较短时间实现很好的传质混合使90％以上的原料完成转化，同时利用微通道反应器高效传热的特点将大量反应热移出反应体系；反应后段使用列管式反应器，可以提供足够的熟化时间，完成剩余不足10％的反应，同时列管式反应器的换热能力足够移出这个过程中产生的热量；使得混苯二胺的产品纯度高、生产效率高、安全隐患低。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例：

如图1所示，本发明提供了一种混苯二胺的生产工艺，所述工艺依次包括步骤如下：

S1、一段硝化：

将90％的硝酸与80％的硫酸混合制得一段混酸，将一段混酸与苯注入一段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入一段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到硝基苯；

S2、二段硝化：

将98％的硝酸与95％的硫酸混合制得二段混酸，将二段混酸与硝基苯注入二段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入二段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到混二硝基苯；

S3、催化加氢：

将混二硝基苯溶液与氢气注入含有镍的三段微通道反应器进行还原反应，反应产物滤除上层清液，蒸馏去除溶剂后得到混苯二胺。

S3中，所述混二硝基苯溶液是混二硝基苯溶解在甲醇中制得。

硝化反应的特点是前期反应物浓度高反应速率快，放热量大；而到了反应后期随反应物浓度下降，反应速率骤降，需要较长的熟化时间才能保证原料转化完全，该阶段放热量不足前段的1/10，且放热功率显著下降。

所述混苯二胺的生产工艺通过合理搭配两种连续硝化反应器，技术上可做到本质安全；反应前段使用微通道反应器，在较短时间实现很好的传质混合使90％以上的原料完成转化，同时利用微通道反应器高效传热的特点将大量反应热移出反应体系；反应后段使用列管式反应器，可以提供足够的熟化时间，完成剩余不足10％的反应，同时列管式反应器的换热能力足够移出这个过程中产生的热量；使得混苯二胺的产品纯度高、生产效率高、安全隐患低。

所述混苯二胺的生产工艺在减少设备空间和构造材料、降低操作费用的同时，微通道内反应转变为连续性流动反应，将反应时间转变为流通长度，可显著提高反应效率、转换率和选择性，甚至可以实现精确摩尔比的定量转化，同时能够缩短反应时间，减少合成周期，降低反应总成本和环境影响成本。

传统的釜式反应器生产混苯二胺受限于工艺缺陷，转化率最高只能达到98％，而所述混苯二胺的生产工艺转化率能够达到99.97％，提高了1.97％。

S1中，将一段列管式反应器分离出的一段废酸回收，苯在注入一段微通道反应器前对一段废酸进行萃取，用苯萃取一段废酸中的硝化物并且利用过量的苯与一段废酸中残存的硝酸进行硝化反应，降低一段废酸中硝酸含量；萃取后的一段废酸静置分离硝化物，剩余的稀硫酸经过脱硝酸处理后浓缩用于制作二段混酸，充分再利用一段废酸。

S2中，将二段列管式反应器分离出的90％硫酸注入一段微通道反应器参与一段硝化反应。

所述萃取反应在萃取锅中45℃，常压条件下进行萃取。

一段微通道反应器内在50～100℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应；二段微通道反应器内在10～80℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应。

所述一段微通道反应器的换热器设定温度为80℃，所述一段列管式反应器设定温度为80℃；所述二段微通道反应器的换热器设定温度为50℃，所述二段列管式反应器设定温度为80℃。

如图2～5所示，所述三段微通道反应器包括：下板10、催化剂载片20、上板30和催化剂载栓40；所述下板10的上表面开设有第一通道槽11，所述催化剂载片20安装在第一通道槽11内，所述上板30的下表面开设有与第一通道槽11对应的第二通道槽31，所述下板10与上板30通过工装夹具装夹在一起，第一通道槽11与第二通道槽31形成微通道；

所述上板30开设有若干螺纹孔32，所述螺纹孔32由上板30的上表面贯穿至第二通道槽31；所述催化剂载栓40密封螺纹旋入螺纹孔32，将催化剂载片20压在第一通道槽11的槽底。

如图4所示，所述催化剂载片20外表面镀有镍或整体采用镍材质，所述催化剂载片20开设有若干通孔21，所述通孔21下游半侧的顶端覆盖有顶盖22，所述顶盖22起到扰流搅拌的作用；并且反应过程中若是生成杂质颗粒，会在流动过程中沉淀进入通孔21内，顶盖22阻止杂质再从通孔21内流出，有效防止杂质在微通道内聚集造成堵塞，也提高了产物的纯度；三段微通道反应器使用一段时间，将下板10、上板30和催化剂载片20拆开，杂质大部分堆积在第一通道槽11内，分别对第一通道槽11、第二通道槽31和催化剂载片20进行简单清洗即可有效清除微通道内的杂质。

若三段微通道反应器采用普通微通道反应器，产物中可能混有杂质或催化剂颗粒，产物纯度低；而所述三段微通道反应器生产出的产物几乎无杂质，产物纯度高。

所述下板10的下方和上板30的上方分别设置有换热层，用于调控反应温度，所述换热层与现有技术一致，这里不做过多赘述。

所述催化剂载片20几乎铺满整个第一通道槽11，催化面积大且结构稳定，易拆装更换且不易被冲走，能够实现连续流工业生产应用。

如图2、图3所示，所述微通道内开设有与螺纹孔32一一对应的扰流腔33，所述催化剂载栓40通过螺纹孔32插入扰流腔33，对微通道内流经的反应物起到扰流搅拌的作用。

如图5所示，所述催化剂载栓40位于扰流腔33内的部位套设有催化剂载管41，所述催化剂载管41的外表面镀有镍或整体采用镍材质，进一步增加催化面积，且催化剂载管41易拆装更换不易被冲走。

如图2所示，所述第一通道槽11的槽底开设有限位槽12，所述催化剂载片20的下表面设置有与限位槽12对应的限位凸起，所述限位凸起容纳在限位槽12内，限制催化剂载片20在第一通道槽11内滑动，增强催化剂载片20的安装结构稳定性。

如图2、图4所示，所述催化剂载片20的上表面开设有与催化剂载栓40一一对应的容纳槽23，所述催化剂载栓40的底端容纳在容纳槽23内，增强催化剂载栓40与催化剂载片20的连接结构稳定性。

如图2、图3所示，所述下板10开设有第一定位孔13，所述上板30开设有与第一定位孔13一一对应的第二定位孔34，所述第一定位孔13的上端开设有沉孔14，所述第二定位孔34的下端设置有与沉孔14一一对应的插管35，所述插管35插入沉孔14，便于下板10与上板30通过第一定位孔13和第二定位孔34精准定位。

如图2、图3所示，所述微通道的初始端开设有入料口36，所述微通道的末端开设有出料口37。

综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明实施例中，所述工艺通过合理搭配两种连续硝化反应器，技术上可做到本质安全；反应前段使用微通道反应器，在较短时间实现很好的传质混合使90％以上的原料完成转化，同时利用微通道反应器高效传热的特点将大量反应热移出反应体系；反应后段使用列管式反应器，可以提供足够的熟化时间，完成剩余不足10％的反应，同时列管式反应器的换热能力足够移出这个过程中产生的热量；使得混苯二胺的产品纯度高、生产效率高、安全隐患低。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种混苯二胺的生产工艺，其特征在于，所述工艺依次包括步骤如下：

S1、一段硝化：

将90％的硝酸与80％的硫酸混合制得一段混酸，将一段混酸与苯注入一段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入一段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到硝基苯；

S2、二段硝化：

将98％的硝酸与95％的硫酸混合制得二段混酸，将二段混酸与硝基苯注入二段微通道反应器进行硝化反应，反应产物进入二段列管式反应器继续反应，并进行酸和硝化物分离得到混二硝基苯；

S3、催化加氢：

将混二硝基苯溶液与氢气注入含有镍的三段微通道反应器进行还原反应，反应产物滤除上层清液，蒸馏去除溶剂后得到混苯二胺；

所述三段微通道反应器包括：下板(10)、催化剂载片(20)、上板(30)和催化剂载栓(40)；所述下板(10)的上表面开设有第一通道槽(11)，所述催化剂载片(20)安装在第一通道槽(11)内，所述上板(30)的下表面开设有与第一通道槽(11)对应的第二通道槽(31)，所述下板(10)与上板(30)通过工装夹具装夹在一起，第一通道槽(11)与第二通道槽(31)形成微通道；

所述上板(30)开设有若干螺纹孔(32)，所述螺纹孔(32)由上板(30)的上表面贯穿至第二通道槽(31)；所述催化剂载栓(40)密封螺纹旋入螺纹孔(32)，将催化剂载片(20)压在第一通道槽(11)的槽底；

所述催化剂载片(20)外表面镀有镍或整体采用镍材质，所述催化剂载片(20)开设有若干通孔(21)，所述通孔(21)下游半侧的顶端覆盖有顶盖(22)。

2.如权利要求1所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，S1中，将一段列管式反应器分离出的一段废酸回收，苯在注入一段微通道反应器前对一段废酸进行萃取，用苯萃取一段废酸中的硝化物并且利用过量的苯与一段废酸中残存的硝酸进行硝化反应，降低一段废酸中硝酸含量；萃取后的一段废酸静置分离硝化物，剩余的稀硫酸经过脱硝酸处理后浓缩用于制作二段混酸。

3.如权利要求1所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，将二段列管式反应器分离出的硫酸注入一段微通道反应器参与一段硝化反应。

4.如权利要求2所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，所述萃取反应在萃取锅中45℃，常压条件下进行萃取。

5.如权利要求1所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，一段微通道反应器内在50～100℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应。

6.如权利要求1所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，二段微通道反应器内在10～80℃、0.5～1.2MPa条件下进行硝化反应。

7.如权利要求1～6任一所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，所述一段微通道反应器的换热器设定温度为80℃，所述一段列管式反应器设定温度为80℃。

8.如权利要求7所述的混苯二胺的生产工艺，其特征在于，所述二段微通道反应器的换热器设定温度为50℃，所述二段列管式反应器设定温度为80℃。