KR101587109B1 - 질화 생성물의 정제 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화가능 방향족 화합물의 질화 동안 얻어진 질화된 미정제 생성물로부터 최종 질화산의 제거 후, 세척 매질로의 처리에 의해 불순물을 제거하는 방법 그리고 또한 이 방법을 시행하기에 적합한 설비 또는 장치에 관한 것이다. 질화가능 방향족 화합물의 질화와 질화 생성물의 후속 정제를 위한 제조 설비가 본 발명에 의해 추가로 제공된다.

Description

질화 생성물의 정제 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PURIFYING NITRATION PRODUCTS}
본 발명은 질화의 기술 분야, 특히 질화된 방향족 유기 화합물(이하에 "니트로방향족 화합물", "질화 생성물" 등으로서 동의어로 언급됨)의 제조 그리고 제조 후 그것의 정제에 관한 것이다.
본 발명은 특히 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 미정제 생성물을 잔류 질화산의 제거 후, 세척 매질로 처리함으로써 불순물(특히 미반응된 시작 물질, 반응 부산물, 질화산 및 이들의 반응 생성물, 예를 들어 질소산화물 또는 아질산, 등)을 제거하는 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 잔류 질화산의 제거 후 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물의 정제 방법에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 잔류 질화산의 제거 후 불순물을 제거하는 장치 또는 설비에 관한 것이다. 본 발명의 장치 또는 설비는 특히 본 발명의 방법을 수행하기에 적합하다.
마지막으로, 본 발명은 질화가능 방향족 화합물을 질화하고 질화 생성물을 후속 정제하는 제조 설비에 관한 것이다.
벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 등과 같은 대응하는 방향족 화합물을 질산과 직접 또는 황산 촉매 및 수분-결합제의 존재하에 반응함으로써 제조되는, 니트로벤젠(MNB), 모노니트로톨루엔(MNT), 디니트로톨루엔(DNT), 트리니트로톨루엔(TNT), 니트로클로로벤젠(MNCB), 등과 같은 방향족 니트로 화합물들은, 더 가공되기 전에, 예를 들어, 모노니트로, 디니트로 및 트리니트로 화합물로서 존재할 수 있는, 미정제 니트로방향족 화합물에 여전히 용해되어 있거나 또는 현탁되어 있는 불순물 예를 들어 황산, 질산, 이산화질소, 니트로페놀, 니트로크레졸, 등 그리고 니트로벤조산과 같은 다른 산화 생성물 및 니트로페놀의 분해로부터의 분해 생성물, 또는 미반응된 방향족 화합물 또는 예를 들어 TNT의 제조에서 바람직하지 않은 이성질체를, 니트로방향족 화합물의 미정제 혼합물로부터 제거하기 위해 다단계 세척 및 추가 정제 단계를 받아야 한다.
세척 매질에 의해 여전히 추출될 수 있는 질화 혼합물, 니트로페놀 및 다른 산성 불순물의 용해되고 현탁된 산을 제거하기 위해 미정제 니트로방향족 화합물의 세척은 보통 3단계로 구성된다(예를 들어, F. Meissner et al., Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 46, pages 718 내지 724 (1954); Ullmanns Enzyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition, Vol. 17, pages 384 내지 386; H. Hermann et al., "Industrial Nitration of Toluene to Dinitrotoluene", ACS Symposium Series 623 (1996), pages 234 내지 249, editors: L.F. Albright, R.V.C. Carr, R.J. Schmitt; US 6 288 289 B1; EP 1 816 117 B1 참조). 물이 보통 세척 매질로서 사용되고 세척은 보통 액체/액체 세척으로서 (즉 세척할 니트로방향족 화합물이 액체로서 존재하는 온도에서) 수행된다.
이 3단계 세척은 보통 하기 단계들을 포함한다:
1. 용해되고 현탁된 무기산, 예를 들어 황산, 질산 및 이산화질소를 물로 제거하는 산 세척("산 세척").
2. 미정제 니트로방향족 화합물에 용해된 약산성 불순물, 예를 들어 니트로페놀, 니트로크레졸, 니트로벤조산, 페놀 또는 지방족 또는 환 탄화수소, 등의 산화성 분해로부터의 분해 생성물, 예를 들어 옥살산, 등, 혹은 TNT의 경우에서의 비대칭 이성질체를 제거하기 위해, 염기("알칼리 세척"), 예를 들어 탄산나트륨(소다), 중탄산나트륨, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨, 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 등의 존재하에 염기성 또는 알칼리 세척(예를 들어, US 4 482 769 A, US 4 597 875 A 또는 US 6 288 289 B1 참조)("염기성 세척").
3. 알칼리의 잔류 미량을 제거하고 생성물의 미량에 여전히 남아 있는 불순물의 양을 추가 감소시키는 중성 세척("중성 세척").
이들 세척 단계의 목표는 순수 생성물을 얻을 뿐만 아니라 생성물의 미터단위계 톤당 폐수가 거의 없게 되는 것이고 이때 세척된 불순물은 저렴하게 처분될 수 있는 형태로 폐수에 존재한다.
이 세척에 필요한 물의 양을 최소화하기 위해, 세척은 예를 들어 중성 세척을 위해 사용된 물이 염기의 첨가 후 알칼리 세척에 사용되는 방식(예를 들어, A.B. Quakenbush et al., The Olin Dinitrotoluene(DNT) Process, Polyurethanes World Congress 1993, Publish.: Technomic Lancaster, pages 484 내지 488 참조) 또는 산 세척이 최소 양의 물을 사용하여 수행되어 직접 또는 추가 농축 후 질화에 재순환될 수 있는 농축된 산이 얻어지도록 하는 방식으로 대향류로 수행될 수 있다.
따라서, EP 0 279 312 B1, EP 0 736 514 B1 및 EP 1 780 195 B1은 질화 후 니트로방향족 화합물에 여전히 현탁되고 용해되어 있는, 무기산, 예를 들어 황산, 질산 및 이산화질소가 복수의 단계에서 세척되고, 선택적으로 질화에 재순환되어서, 산 세척으로부터 폐수가 얻어지고 처분되어야 하는 일이 없도록 하는 방법을 기술한다.
그러나, 예를 들어, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., Vol.17, pages 136 내지 138, 또는 US 4 091 042 A에 기술된 바와 같이, 처리되는 폐수의 양을 최소화시키기 위해, 산 세척이 수행되지 않고 대신에 단지 알칼리 세척 및 중성 세척이 수행되는 방법이 또한 알려져 있다.
폐스트림을 최소화하는 것과는 별도로, 추가 목표는 세척에 필요한 기술 경비를 최소화하는 것이다(예를 들어 세척 단계뿐만 아니라 세척할 생성물에도 구체적으로 매칭되는 세척을 위해 사용되는 기술에 의함).
세척 장치로서, 혼합 부품이 통상적으로 교반 용기(예를 들어, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol.B 3, pages 6.19 내지 6.21; M. Baerns et al., Technische Chemie, Verlag Wiley-VCH 2006, pages 352/352 참조)인 혼합기-침강기 유닛(예를 들어, EP 1 593 654 A1 참조)은 정제될 니트로방향족 화합물을 세척하기 위한 개별 세척 단계에서 보통 사용된다. 따라서, 독일 특허 DE 1 135 425는 실온에서 결정성인 심지어 니트로방향족 화합물, 예를 들어 DNT, TNT 또는 NCB가 가열을 위한 경비의 최소화로 상승된 온도에서 액체 형태로 세척되도록 허용하는 혼합기 및 침강기의 배열을 기술한다. 그러나, 원심 펌프 및 고정식 혼합기가 혼합기로서 또한 사용되었다(예를 들어, 문헌 US 3 221 064 A 또는 EP 1 816 117 B1 참조).
그러나, 혼합기/침강기 기술의 사용(예를 들어, 도 1 참조)은 복잡하고 값비싸다. 혼합기로서 연속적으로 작동된 교반 용기의 경우에서 불가피한 동반물질로 인하여, 특히 니트로페놀 또는 니트로크레졸의 제거에서 이것들이 미정제 니트로방향족 화합물에 고농도로 존재할 때, 니트로방향족 화합물의 추가 가공처리를 위해 요구되는 불순물의 낮은 함량(예를 들어 10 ppm 미만, 바람직하게는 2 내지 3 ppm의 니트로페놀의 함량)을 얻기 위해 수많은 단계들로 그리고 바람직하게는 대향류로 작업하는 것이 필요하다. 다단계 추출 컬럼에서 세척은 또한 기술적으로 복잡하고 값비싸고 매우 효과적이지도 않다. 게다가, 효과적인 물질 이동과 이어서 신속한 화학 반응을 위해 짧은 시간에 2-상 혼합물을 위한 큰 교환 영역의 발생은 교반 용기에서도 추출 컬럼에서도 달성될 수 없다.
J.M. Coulson , F.E. Warner, "A Problem in Chemical Engineering Design: The Manufacture of Mononitrotoluene", 발행처 "The Institution of Chemical Engineers", 56, Victoria Street, London S.W.1, 1949, pages 25/26은, 산 세척 및 알칼리 세척이 MNT에 용해되거나 또는 현탁된 산 및 니트로크레졸의 충분한 제거를 달성하기 위해 적어도 2단계로 대향류로 수행되는, Holley-Mott(혼합기/침강기) 타입의 세척기를 사용하는 MNT의 3중 세척을 기술한다.
캐나다 특허 CA 1 034 603에서, 미정제 DNT에 용해되고 현탁된 질산 및 황산을 세척하기 위해 대향류로 4-단계 산 세척이 제안된다.
US 4 091 042 A는 미정제 니트로벤젠으로부터 모든 산성 성분, 예를 들어 동반된 황산 및 니트로방향족 화합물에 용해된 디니트로페놀 및 피크르산을 2000 ppm에 이르기까지 제거하고 원하는 순도를 얻기 위해 대향류로 탄산나트륨을 사용하는 4-단계 세척을 기술한다.
EP 1 816 117 A1은 알칼리 세척 후 여전히 너무 높은 함량의 니트로페놀을 약 50 ppm으로부터 약 2 ppm의 잔류 함량으로 감소시키기 위해 4개의 교반 용기 및 관련된 분리 장치("혼합기/침강기 기술"로서 알려짐)를 사용하여 대향류로 4-단계 중성 세척을 기술한다. 그러나, 심지어 교반 용기가 혼합 장치로서 원심 펌프에 의해 교체될 때에도, 결과되는 니트로벤젠 중의 니트로페놀의 잔류 함량 3 ppm을 얻기 위해 여전히 3개의 단계가 필요하다.
US 4 994 242 A는 단지, 2개의 상호 비혼화성 상의 서로의 최적 분산을 생성하기 위해서 산업적 규모로 2-상 시스템의 혼합 장치로서 고정식 혼합기가 적합하지 않다는 것을 개시한다. 따라서, EP 1 816 117 B1은 알칼리 세척을 위한 고정식 혼합기의 사용을 기술하며; 그것으로 처리된 니트로벤젠은 50 ppm보다 많은 니트로페놀을 여전히 함유하는데 이것은 복잡한 다단계 중성 세척에 의해 약 2 ppm으로 낮춰져야 한다.
EP 1 780 195 B1에서 산 세척에 대해 설명된 바와 같이, 니트로방향족 화합물의 세척은 복잡한 작업이다. 유기 상으로부터 제거되는 불순물의 최적 전이를 달성하기 위해 유기 상과 세척 상(보통 물) 사이의 충분히 큰 교환 영역의 발생과는 별도로, 세척 단계의 효과는 유기 상과 세척 매질 사이에 불순물의 분배 평형에 의존하고 또한 유기 상으로부터 추출된 불순물이 그 자체가 세척 매질에서 안정한지 아니면 후속 반응에 의한 분배 평형으로부터 회수되는지에 의존한다.
따라서, 이산화질소는 유기 상으로부터 수상으로의 전이 후 하기 식 (1)에 따라 질산 및 NO로 불균화하기 위해서 물과 반응한다:
(1) 3 NO2(= 3/2 N2O4) + H2O → 2 HNO3 + NO
아마도 이합체로서 유기 상으로부터 이산화질소의 전이, 그리고 또한 이산화질소(N2O4로서)의 물과의 반응은 둘 다 중화와 비교해 비교적 느린 반응이어서, 세척에 의해 유기 상으로부터 이산화질소의 제거를 위한 시간이 필요하고 후속 화학 반응을 갖는다.
한편, 황산, 질산 또는 약산성 니트로페놀과 같은 산의 경우에서, 세척수에서 일어나는 산의 히드로늄 이온 및 관련된 음이온으로의 해리(식 2) 또는 알칼리의 존재하에 일어나는 중화(식 3)는 세척된 불순물이 니트로방향족 화합물과 세척수 사이의 분배 평형으로부터 회수된 다음 세척수에서만 음이온성 형태로 발견되는 매우 신속한 방법이다.
(2) H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4 -
(3) NO2Ar-OH + NaOH → NO2Ar-O-Na+ + H2O
알칼리 세척 매질에서 음이온-형성 재료의 이러한 신속한 중화의 결과, 이들 재료의 유기 상으로부터의 추출은 본질적으로 물질-이동-제어되고(mass-transfer-controlled) 세척은 본질적으로 단일질화, 예를 들어 벤젠이 니트로벤젠을 형성하는 질화와 같은 반응속도 법칙을 따른다는 것이 기대된다.
미정제 질화 생성물을 정제하기 위해 종래 기술로부터 알려진 방법 및 설비는 종종 고효율로 작동하지 않거나 만족스러운 방식으로 작동하지 않는다. 지금까지, 과도하게 복잡한 공정 순서 또는 작동은 그것과 관련되었고, 원하는 순도는 종종 달성되지 않으며, 적어도 타당한 경비로 달성되지 않는다.
그러므로 본 발명의 목적은 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 잔류 질화산의 제거 후 불순물을 제거하는 방법 및 장치 또는 설비를 제공하는 것이며, 여기서 종래 기술과 관련된 상기 언급된 문제 및 단점은 적어도 크게 회피되거나 아니면 적어도 심각성이 감소된다.
특히, 본 발명의 목적은 질화가능 방향족 화합물의 질화로부터 잔류 질화산의 제거 후 얻어지는 것과 같은 미정제 질화 생성물의 효율적인 정제를 가능하게 하는 방법을 수행하기에 적합한 방법 및 장치 또는 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 동반된 질화산, 용해된 황산, 질산, 이산화질소, 니트로페놀, 니트로벤조산, 니트로페놀의 산화성 분해로부터의 분해 생성물, 등과 같은 상당한 양의 불순물이 존재할 수 있는, 미정제 니트로방향족 화합물의 세척(이것은 잔류 질화산의 제거 후에 함)을 세척된 니트로방향족 화합물의 니트로페놀 함량이 매우 낮고(예를 들어 약 2000 ppm의 디니트로페놀 및 트리니트로페놀을 원래 함유한 단열 질화로부터 니트로벤젠의 경우에서, 알칼리 세척 후 니트로페놀의 함량은 50 ppm 아래, 바람직하게는 10 ppm 아래이고, 중성 세척 후 2 ppm 아래임) 경비 및 비용이 종래 기술의 이전에 이용된 방법 및 장치의 경우보다 상당히 낮은 방식으로 각 세척 단계에서 단일-단계 방법으로 효과적으로 수행하는 것이다.
상기 언급된 목적은 청구항 1에 청구된 방법에 의해 본 발명에 따라 달성되며; 게다가, 본 발명 방법의 유리한 추가 개선점 및 구체예들은 이것을 인용하는 종속 청구항들의 주제이다.
본 발명은 청구항 20에 청구된 장치 또는 설비를 더 제공하며; 게다가, 본 발명의 이 양태의 유리한 추가 개선점 및 구체예들은 이것을 인용하는 종속 청구항들의 주제이다.
게다가, 본 발명은 청구항 27에 청구된 제조 설비를 더 제공하며; 게다가, 이 양태의 유리한 추가 개선점 및 구체예들은 이것을 인용하는 종속 청구항들의 주제이다.
불필요한 반복을 피하기 위해, 본 발명의 단지 한 양태에 대해 이하 언급되는 구체예, 변형, 이점 등은 물론 본 발명의 다른 양태에 유사하게 또한 적용된다는 것은 말할 것도 없다.
더욱이, 값, 수 및 범위가 이하에서 표시될 때, 표시된 각각의 값, 수 및 범위는 제한을 구성하지 않는다는 것은 말할 것도 없고; 표시된 범위 또는 값은 본 발명의 범위를 넘지 않고 개별 경우에서 또는 특정 적용을 위해 벗어날 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
게다가, 아래에 가리키는 모든 값 및 파라미터 등은 측정의 표준화되거나 또는 명쾌하게 가리키는 방법에 의해, 아니면 당업자가 익숙할 측정의 방법에 의해 기본적으로 측정되거나 또는 결정될 수 있다.
이것을 처음부터 분명하게 하면서, 본 발명은 아래 더 상세히 설명될 것이다.
따라서 본 발명은 본 발명의 제1 양태에 따라, 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 미정제 생성물을 잔류 질화산의 제거 후, 세척 매질로 처리함으로써 불순물을 제거하는 방법이 제공되며, 여기서 본 발명의 방법은 하기 공정 단계를 포함한다:
- 제1 공정 단계 (a)에서, 미정제 질화 생성물은 먼저 세척 매질과 접촉시켜 미정제 질화 생성물 및 세척 매질은 분산물, 특히 에멀젼이 되는 방식으로 서로 분산되는 단계(즉, 다시 말하면 분산물 또는 에멀젼이 이 제1 공정 단계 (a)에서 미정제 질화 생성물 및 세척 매질로부터 생성됨), 및
- 제2 공정 단계 (b)에서, 결과되는 분산물, 특히 에멀젼은 이어서 튜브 반응기에 공급되어서, 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물은 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 제거되고 및/또는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물은 세척 매질로 이동되고 또는 이로써 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 중화된다.
따라서 본 발명의 방법은 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물을 잔류 질화산의 제거 후 정제하기에 두드러지게 적합하다.
그러므로 본 발명 방법의 원리는 여전히 상당한 양의 불순물을 함유하는 질화에서 생기는 미정제 니트로방향족 화합물을 잔류 질화산의 제거 후(예를 들어 분리기에서), 먼저 세척 매질과 접촉시키는 단계 그리고 정제될 니트로방향족 화합물들의 혼합물 및 세척 매질을 에멀젼 또는 분산물로 전환하는 단계 그리고 이어서 결과되는 에멀젼 또는 분산물을 튜브 반응기에 공급하여 정제될 니트로방향족 화합물에 초기에 존재하는 불순물이 세척 매질로 이동되거나 또는 그로 인해 중화되어, 정제된 니트로방향족 화합물을 형성하는 단계로 구성된다.
출원인이 발견한 바와 같이, 완전히 놀랍게도, 상류 분산 또는 유화 장치와 조합하여 튜브 반응기의 사용은 달성될 수 있는 세척 매질 및 정제될 니트로방향족 화합물의 특히 양호한 혼합 및 특히 밀접하고 미세한 분산물을 가져와서, 불순물이 이런 식으로 완전히 또는 적어도 본질적으로 완전히 단일 공정 단계(즉 튜브 반응기에서의 처리로)로 제거될 수 있다.
또한, 종래 기술과 대조적으로, 미정제 니트로방향족 화합물을 정제하는 복잡한 공정 단계는 이런 식으로 미정제 니트로방향족 화합물의 정제에서 허용되어야 하는 품질의 감소 없이 효율적인 방법으로 회피된다.
미정제 니트로방향족 화합물의 세척 매질로의 처리를 위한 본 발명에 따라 사용된 튜브 반응기는 모든 또는 적어도 본질적으로 모든 불순물이 세척 매질로 이동되거나 또는 이로써 공정 단계 (b)에 따라 튜브 반응기에서의 처리에서 중화되는 미정제 니트로방향족 화합물 및 세척 매질의 이러한 밀접하고 미세한 분산물을 놀랍게도 보장하여, 불순물이 이어서(즉 공정 단계 (b)의 완결 후) 세척 매질과 함께 그렇게 정제된 니트로방향족 화합물로부터 분리될 수 있다.
심지어 질화산, 니트로페놀 및 니트로크레졸과 같은 불순물로 높이 로딩된 경우에서, 제트 혼합기들의 단순하고 저렴한 조합과 또한 고정식 혼합기, 오리피스 플레이트, 등과 같은 추가 장치를 갖는 다른 분산 장치, 예를 들어 원심 펌프에 의해, 튜브 반응기에서 단독으로 또는 정밀하게 한정된 혼합 에너지가 상호 비혼화성 상의 혼합물에 도입되도록 허용하는 교반 용기와 조합하여, 단일 단계로 사실상 성공적으로 니트로방향족 화합물을 세척하는 단계를 수행하는 것은 본 발명과 관련하여 가능하다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 세척 매질 중의 정제될 유기상의 에멀젼(O/W 타입) 또는 이런 식으로 제조될 수 있는 유기 상 중의 세척 메질의 에멀젼(W/O 타입)은 세척할 니트로방향족 화합물과 효과적이고 최적의 물질 이동에 필요한 세척 매질 사이에 계면을 생성한다.
공정 단계 (a)에서 에멀젼 또는 분산물의 제조에 관하여, 이것은 일반적으로 적합한 분산 또는 유화 장치에 의해, 특히 적합한 혼합 장치에 의해 수행된다.
본 발명과 관련하여, 예를 들어, 교반 용기, 제트 혼합기(또는 제트 혼합 장치) 또는 펌프, 특히 원심 펌프를, 분산 또는 유화 장치로서(즉 특히 바람직하게는 제1 분산 또는 유화 장치로서), 특히 혼합 장치로서 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 구체예에서, 펌프, 특히 원심 펌프는 공정 단계 (a)에서 분산 또는 유화 장치로서, 특히 혼합 장치로서 사용된다.
본 발명에 따르는 바람직한 대안의 구체예에서, 제트 혼합기(동의어로 "제트 혼합 장치"로서도 언급됨)가 공정 단계 (a)에서 분산 또는 유화 장치로서, 특히 혼합 장치로서 사용된다. 본 발명에 따라 사용된 제트 혼합기는 특히 (중심) 추진 제트를 둘러싼 매질에서 (중심) 추진 제트(예를 들어 환형 제트)를 일으키는 장치이다.
제트 혼합기로서, 세척할 니트로방향족 화합물 또는 세척 매질이, 세척 매질 또는 세척할 니트로방향족 화합물로 구성될 수 있는 자유 제트로서 중심 추진 제트에 의해 높은 상대 속도로 주입되도록 허용하는 모든 타입의 제트 혼합기를 사용하는 것이 가능하여, 이것은 세척할 니트로방향족 화합물이 세척 매질에서 큰 계면적을 갖는 에멀젼으로서 분산되거나 또는 세척 매질이 세척할 니트로방향족 화합물에 유사하게 분산된다. 이 타입의 장치들은 예를 들어 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2003, 5th ed., Vol. B 4, pages 87/88 및 565 내지 571, 아니면 Perry's Chemical Engineers' Handbook, McGraw-Hill Book Company, 1984, 6th edition, pages 5-21 내지 5-23 아니면 독일 1차 공개 DE 2 151 206에 기술된다.
여기서, 제트 혼합기의 (중심) 추진 제트는 세척 매질일 수 있고 둘러싼 매질은 정제될 미정제 질화 방향족 화합물일 수 있으며; 그러나, 대안으로서, (중심) 추진 제트는 정제될 미정제 질화 생성물에 의해 또한 형성될 수 있고 (중심) 추진 제트를 둘러싼 매질은 세척 매질에 의해 형성될 수 있다. 대안의 구체예들은 둘 다 원하는 결과를 가져온다.
정제될 미정제 방향족 화합물의 정제에 대한 특히 양호한 결과는 제트 혼합기에서 중심 추진 제트 및 중심 추진 제트를 둘러싼 매질(예를 들어 환형 제트)의 속도 비가 1:5 내지 30:1의 범위, 바람직하게는 1:2 내지 20:1의 범위, 특히 바람직하게는 1:1 내지 10:1의 범위로 설정될 때 (중심 추진 제트가 세척 매질에 의해 형성되든지 아니면 정제될 미정제 질화 생성물에 의해 형성되든지에 무관하게) 얻어진다. 특히 세척 매질 및 미정제 생성물의 밀접하고 미세한 분산 그리고 결과적으로 특히 효율적인 정제가 이런 식으로 달성된다.
후속 튜브 반응기에서 제트 혼합기의 하류의 세척 에멀젼의 흐름 속도는 특히 0.1 내지 15.0 m/s의 범위, 바람직하게는 0.5 내지 10 m/s의 범위이다.
본 발명의 구체예에 따르면, 공정 단계 (a)에서 사용된 분산 장치, 특히 혼합 장치는 튜브 반응기의 상류, 특히 바로 상류에 설치될 수 있다. 이 구체예의 특정 변형에 따르면, 분산 또는 유화 장치, 특히 혼합 장치는 튜브 반응기에 겹쳐질 수 있다.
그러나, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 튜브 반응기에 통합되거나 또는 튜브 반응기의 구성요소인 것이 동등하게 가능하다. 이 목적을 위해, 분산 장치는 예를 들어 튜브 반응기의 상부 또는 상류부에 배열될 수 있다. 이러한 구체예는 분산 장치, 특히 혼합 장치가 제트 혼합기로서 구성될 때 특히 유용하다.
본 발명에 따르는 특히 바람직한 구체예에서, 공정 단계 (b)를 수행하기 위한 튜브 반응기는 특히 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 혼합 요소로 장착될 수 있으며; 특히 양호한 정제 결과가 이런 식으로 달성될 수 있는데, 이는 추가 개선된, 특히 세척 매질 및 정제될 미정제 방향족 화합물의 밀접한 분산이 추가 혼합 요소에 의해 달성되기 때문이다. 혼합 요소는 특히 금속 플레이트, 특히 충돌 플레이트 또는 편향 플레이트, 오리피스 플레이트, 고정식 혼합기, 흐름 분할기 등일 수 있다. 본 발명에 따르면, 튜브 반응기에 존재하는 혼합 요소가 바람직하게는 1 내지 15개, 특히 2 내지 15개, 바람직하게는 2 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 5개이다.
이 구체예에서, 10 내지 1000 주울/리터, 바람직하게는 10 내지 500 주울/리터, 특히 바람직하게는 20 내지 200 주울/리터의 총 혼합 에너지(즉 단위 부피당 혼합 에너지)를 도입하는 튜브 반응기에 제공된 혼합 요소가 바람직하다. 즉, 10 내지 1000 주울/리터, 바람직하게는 10 내지 500 주울/리터, 특히 바람직하게는 20 내지 200 주울/리터의 총 혼합 에너지(즉 단위 부피당 혼합 에너지)가 이 구체예에서 바람직하게 도입된다.
특히 양호한 결과는 특히, 혼합 요소가 혼합 요소당 압력 강하가 0.1 bar 내지 3.0 bar, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 bar, 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.8 bar이도록 구성될 때 또한 달성된다.
공정 단계 (b)의 튜브 반응기에서 세척 매질 및 미정제 방향족 화합물의 에멀젼의 체류 시간과 관련하여, 이것은 넓은 범위 내에서 다양할 수 있다. 0.1 내지 120초, 바람직하게는 0.1 내지 60초, 특히 바람직하게는 1 내지 30초의 튜브 반응기에서의 체류 시간이 특히 바람직하다. 특히 양호한 세척 결과가 이런 식으로 달성되는데 충분한 최소 체류 시간 그러나 또한 경제적인 처리량이 보장되기 때문이다.
정제에서, 정제될 미정제 질화 생성물 대 세척 매질의 질량비 및 상 비(phase ratio)가 또한 중요하고 각각은 넓은 범위 내에서 다양할 수 있다.
정제될 미정제 질화 생성물 대 세척 매질(즉 새롭게 도입된 세척 매질)의 질량비가 200:1 내지 1:10의 범위, 바람직하게는 100:1 내지 1:5의 범위, 특히 바람직하게는 10:1 내지 1:2의 범위로 설정될 때 특히 양호한 결과가 얻어진다.
정제될 미정제 질화 생성물 대 세척 매질의 상 비(즉 특히 세척 장치에서의 상 비)가 25:1 내지 1:5의 범위, 특히 10:1 내지 1:2의 범위, 바람직하게는 5:1 내지 1:1의 범위로 설정될 때 특히 양호한 결과가 동등하게 얻어진다. 상 비의 설정은 특히 상 분리 후 세척 매질의 순환에 의해 실행될 수 있다. 이것은 첫째로 유기 상과 세척 매질 사이에 최적의 교환 영역을 보장하고 둘째로 상 분리 장치에서 상 분리를 위한 매우 짧은 시간을 보장한다.
니트로방향족 화합물의 세척은 (즉 세척하고 정제될 니트로방향족 화합물 및 또한 세척 매질이 둘 다 액체로서 존재하는 온도에서) 액체/액체 세척으로서 보통 수행된다.
본 발명에 따라 사용된 세척 매질과 관련하여, 이것은 공정 조건, 특히 5℃에서 또는 그 이상의 온도에서, 특히 25℃에서 또는 그 이상의 온도에서, 그리고 대기압하에서 액체이다. 본 발명에 따르면, 수성-염기 세척 매질, 바람직하게는 물의 사용이 바람직하다.
세척 장치의 상 비에 따라, 세척할 니트로방향족 화합물은 세척 매질에서 수중유 에멀젼(O/W 에멀젼)으로서 분산되거나 또는 세척 매질은 유중수 에멀젼(W/O 에멀젼)으로서 세척할 방향족 화합물에 분산된다.
세척 매질의 효율은 적어도 하나의 염기를 세척 매질에 첨가함으로써 증가될 수 있다. 염기는 특히 무기 수산화물, 탄산염, 탄산수소염, 아황산염, 아황산수소염 및 암모니아 그리고 또한 이들의 혼합물 또는 조합물로 구성된 군으로부터, 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 암모니아, 탄산암모늄, 아황산나트륨 및 아황산수소나트륨 그리고 또한 이들의 혼합물 또는 조합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
알칼리 세척에 사용된 알칼리의 양은 특히, 모든 산이 그것의 염으로 정량적으로 전환될 수 있도록 충분히 높아야 할 뿐만 아니라, 특히, 과량의 염기도 세척액의 pH가 정량적으로 세척될 수 있는 모노니트로페놀과 같은 심지어 약산에 대해 충분히 높도록 사용되어야 한다.
알칼리의 함량은 특히 0.01 mol/l 내지 0.4 mol/l, 바람직하게는 0.02 mol/l 내지 0.2 mol/l, 그러나 모든 니트로페놀의 중화에 필요한 양의 적어도 두 배일 수 있다.
특히 양호한 결과는 세척 매질 중의 염기의 함량이 0.01 내지 0.4 mol/l, 바람직하게는 0.02 내지 0.2 mol/l일 때 얻어진다.
특히, 세척 매질 중의 염기의 함량은 불순물로서 존재하는 모든 니트로페놀의 중화에 이론적으로 필요한 알칼리의 양의 적어도 두 배여야 한다.
상기 나타낸 바와 같이, 세척할 니트로방향족 화합물 대 새롭게 도입된 세척 매질의 상 비는 유리하게는 200:1 내지 1:10, 바람직하게는 100:1 내지 1:5, 특히 바람직하게는 10:1 내지 1:2여야 한다. 첫째로 유기 상과 세척 매질 사이에 최적의 교환 영역을 생성하고 둘째로 상 분리 장치에서 상 분리를 위한 시간을 가능한 한 짧게 유지하기 위해, 상 분리 후 세척 매질의 순환은 세척 매질 대 세척할 니트로방향족 화합물의 세척 장치에서의 상 비를 25:1 내지 1:5, 특히 10:1 내지 1:2, 특히 바람직하게는 5:1 내지 1:1로 설정하는 것을 가능하게 한다.
세척 장치에서의 상 비에 따라, 세척할 니트로방향족 화합물은 수중유 에멀젼(O/W 에멀젼)으로서 세척 매질에 분산되거나 또는 세척 매질은 유중수 에멀젼(W/O 에멀젼)으로서 세척할 방향족 화합물에 분산된다(상기 언급된 것 참조).
선택된 상 비에 따라, 에멀젼의 원하는 타입을 설정하기 위해 세척할 방향족 화합물 또는 세척 매질이 추진 제트로서 사용된다.
후속 튜브 반응기에서 제트 혼합기의 하류의 세척 에멀젼의 흐름 속도는 특히 0.1 내지 15.0 m/s, 바람직하게는 0.5 내지 10 m/s의 범위일 수 있다.
중심 제트의 속도 대 둘러싼 매질의 속도의 비는 상기 나타낸 바와 같이, 1:5 내지 30:1, 바람직하게는 1:2 내지 20:1 및 특히 바람직하게는 1:1 내지 10:1의 범위이다.
짧은 시간 후 세척 에멀젼의 합체를 방지하고 따라서 정제될 니트로방향족 화합물로부터 제거되는 불순물의 불완전한 추출을 방지하기 위해, 모든 불순물이 니트로방향족 화합물로부터 세척되고 세척할 니트로방향족 화합물로의 재추출이 세척 매질의 추가 반응에 의해 방지될 때까지 혼합 에너지의 추가 도입에 의해 세척 에멀젼을 안정하게 유지하는 것이 유리하다. 이 추가 혼합 에너지는 튜브 반응기, 예를 들어 오리피스 플레이트, 편향 플레이트, 배플, 고정식 혼합기 또는 다른 고정식 혼합 요소에 걸쳐 분포된 추가 혼합 요소에 의해 튜브 반응기에서 유지되는 O/W 또는 W/O 타입의 에멀젼과 함께, 추가 혼합 장치를 갖는 반응기로, 바람직하게는 역혼합 없이 튜브 반응기에 공급함으로써 2개의 상호 비혼화성 상의 혼합물로 도입될 수 있다. 1 내지 15개, 특히 2 내지 15개, 바람직하게는 2 내지 10개 및 특히 바람직하게는 2 내지 5개의 혼합 요소가 튜브 반응기에 존재하는 것이 바람직하고, 제트 혼합기는 혼합 요소로서 간주된다.
도입되는 단위 부피당 총 혼합 에너지는 10 내지 1000 J/l, 바람직하게는 10 내지 500 J/l 및 특히 바람직하게는 20 내지 200 J/l이어야 한다.
혼합 요소당 압력 강하는 튜브 반응기에 필요한 추가 혼합 요소의 수를 가능한 한 적게 유지하고 상 분리 장치에서 체류 시간을 가능한 한 짧게 유지하기 위해, 0.1 내지 3.0 bar, 바람직하게는 0.2 내지 1.5 bar 및 특히 바람직하게는 0.2 내지 0.8 bar이어야 한다.
세척할 니트로방향족 화합물, 예를 들어 질산, 황산, 모노니트로페놀, 디니트로페놀 및 트리니트로페놀 및 크레졸, 니트로벤조산, 등으로부터 산을 분리하고, 이어서 알칼리, 예를 들어 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산염, 암모니아, 수산화칼륨, 등에 의한 세척으로 중화와 같은 빠른 추가 반응을 위한 튜브 반응기에서의 체류 시간은 0.1 내지 120초 미만, 바람직하게는 0.1 내지 60초, 특히 바람직하게는 1 내지 30초이어야 한다.
세척할 니트로방향족 화합물로부터 세척할 니트로방향족 화합물에 유리한 높은 분배 계수로 불순물을 제거시키고, 유기 상에서 물질 이동 저항을 높이고, 세척 매질, 예를 들어 이산화질소에서 추출된 불순물의 추가 반응을 둔화시키기 위해, 후속 반응기에서의 체류 시간은 이들 상황에 매칭되어야 한다(예를 들어 필요한 체류 시간을 생성하기 위해 최적의 세척 에멀젼을 생성하기 위한 상기 설명된 장치의 교반 용기와의 조합에 의함). 본 발명 방법의 특정 구체예에서, 이것은 특히, 상 이동에 필요한 체류 시간 및 후속 반응을 보장하기 위해 최적의 세척 에멀젼을 생성하기 위한 상기 설명된 장치의 교반 용기와의 조합에 의해 달성된다.
상기 나타낸 바와 같이, 알칼리 세척에 사용된 알칼리의 양은 그것의 염으로 정량적으로 전환될 수 있도록 모든 산에 대해 충분히 높아야 할 뿐만 아니라 모노니트로페놀과 같은 심지어 약산에 대해서도 정량적으로 세척될 수 있도록 세척액의 pH가 충분히 높도록 과량의 염기가 또한 사용되어야 한다. 상기 나타낸 바와 같이, 알칼리의 함량은 특히 0.01 mol/l 내지 0.4 mol/l, 바람직하게는 0.02 mol/l 내지 0.2 mol/l이어야 하나, 모든 니트로페놀의 중화에 필요한 양의 적어도 두 배여야 한다.
혼합 섹션의 종료에서 존재하는 에멀젼은 예를 들어 상 분리 장치(예를 들어 분리기 또는 침강기)의 개별 상으로 다시 분리될 수 있다. 불순물이 존재하는 세척 매질은 폐수로서 폐수 처리에 통과되거나 또는 앞선 세척 단계로 대향류로 도입될 수 있다.
세척된 니트로방향족 화합물은 후속 세척 단계에 공급되거나 또는 세척의 종료에서 추가 가공처리 또는 중간 저장으로 직접 이동될 수 있다.
상 분리 장치로서, 모든 타입의 고정식 분리기 그리고 또한 원심 분리기와 같은 동적 분리기도 사용하는 것이 가능하다. 니트로방향족 화합물/세척 매질 에멀젼을 위한 분리 시간은 에멀젼의 타입(W/O 또는 O/W) 및 도입된 혼합 에너지뿐만 아니라 중화에 필요하지 않은 세척 매질 중의 과량의 염기에도 의존한다. 같은 혼합 에너지의 도입으로, 분리 시간은 세척 매질 중의 염기 농도의 증가로 상당히 감소한다. 그러나, 표면-활성제 또는 기계적 분리 보조제, 예를 들어 포장재, 분리 플레이트, 등은 상 분리를 촉진하기 위해 또한 사용될 수 있다. 상 분리는 니트로방향족 화합물에 매칭되는 개별 혼합 요소들 사이의 간격 및 에멀젼의 타입에 의해 또한 촉진될 수 있다.
정제될 미정제 질화 생성물에 관하여, 이들은 공정 조건, 특히 5℃에서 또는 그 이상의 온도에서, 특히 25℃에서 또는 그 이상의 온도에서, 그리고 대기압하에서 일반적으로 액체이다. 특히, 정제될 미정제 질화 생성물은 단일환 또는 다환 방향족 화합물의 질화에서, 특히, 염소화된 벤젠과 같은 특히 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 할로겐화된 방향족 화합물의 질화에서 생긴다.
정제될 미정제 질화 생성물은 특히 선택적으로 할로겐화된 모노니트로방향족 화합물, 디니트로방향족 화합물 및 트리니트로방향족 화합물, 예를 들어 니트로벤젠(MNB), 모노니트로톨루엔(MNT), 디니트로톨루엔(DNT), 트리니트로톨루엔(TNT), 니트로클로로벤젠(MNCB) 등이다.
일반적으로, 공정 단계 (b)는 세척 매질로부터 불순물이 없는 질화 생성물의 분리로 이어진다. 이 분리는 일반적으로 적합한 분리 장치(분리기 또는 침강기)에 의해 수행된다.
더욱이, 본 발명 방법의 특정 구체예에서, 정제된 질화 생성물 및 튜브 반응기를 지나간 세척 매질의 혼합물은, 특히 먼저 교반 용기로 이동된 후, 불순물이 없는 질화 생성물이 세척 매질로부터 분리될 수 있다. 이런 식으로, 정제될 질화 생성물과 세척 매질 사이의 접촉 및/또는 체류 시간은 아직 세척되지 않은 불순물이 세척 매질로 이동되거나 또는 이로써 중화될 수 있도록 효율적으로 증가된다.
본 발명 방법의 유리한 구체예에서, 세척 매질은, 특히 불순물이 없는 질화 생성물이 세척 매질로부터 분리된 후, 재순환된다. 이것은 효율적인 세척 또는 순환을 가능하게 하고 세척 매질의 양을 최소로 감소시킨다.
어떤 잔류량 또는 미량의 여전히 존재하는 물, 특히 현탁된 및/또는 용해된 물은, 세척 후 또는 세척 매질이 분리된 후(예를 들어 고정식 분리기에서 또는 원심 분리기에 의해 세척 에멀젼의 분리 후) 선택적으로 정제된 니트로방향족 화합물로부터 건조시킴으로써 제거될 수 있다.
본 발명의 방법은 미정제 질화 생성물의 산 세척 및/또는 염기성 세척 및/또는 중성 세척을 수행하기에 적합하다. 따라서 본 발명의 방법은 모든 3단계의 상기 언급된 세척 단계들에서 사용될 수 있다. 그러나, 단지 하나 또는 두 단계의 세척 단계, 예를 들어 단지 산 세척 아니면 단지 염기성 세척 아니면 단지 중성 세척을 위해 본 발명의 방법을 사용하는 것이 동등하게 가능하다. 이와 관련하여, 본 발명의 방법은 유연하게 사용될 수 있다.
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 수많은 이점 및 특정 양태와 관련되나, 그 중, 하기 몇 가지 이점 및 특정 양태가 언급되며, 다는 아니며 어떤 제한을 암시하지 않는다:
특히, 본 발명의 방법은 단지 낮은 복잡성 및 양호한 공정 경제성, 예를 들어 공정 효율을 가지고, 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물의 잔류 질화산의 제거 후의 효율적인 정제를 허용한다.
본 발명에 따라 사용된 튜브 반응기는 세척 매질 및 미정제 질화된 방향족 화합물의 서로 효율적이고 밀접한 분산을 가능하게 하여서, 어떤 추가 세척 단계 또는 다른 처리 단계를 필요로 하지 않는다. 세척 또는 처리 효율은 상기 나타낸 바와 같이, 튜브 반응기에 제공되는 혼합을 더 개선하는 추가 혼합 요소에 의해 더 증가될 수 있다.
정제를 위한 본 발명에 따라 사용된 튜브 반응기는 앞선 질화의 반응 용기로서 동등하게 잘 사용될 수 있어서, 어떤 추가 장치도 미정제 질화 생성물의 정제를 위해 사용할 필요가 없다.
미정제 질화 생성물의 정제를 위한 본 발명에 따라 사용된 튜브 반응기는 세척 매질 및 미정제 질화된 방향족 화합물의 2-상 혼합물에서 큰 교환 영역을 생성하는 것을 가능하게 하여서, 불순물의 세척 매질로의 효과적인 물질 이동 및 신속한 이동, 또는 산성 화합물의 경우에서 신속한 중화가 이런 식으로 보장된다.
더욱이, 본 발명의 방법은 질화로부터 비롯된 불순물이 미정제 질화 생성물로부터 신속하고 동시에 효율적으로 제거되는 것을 가능하게 하고, 세척 매질은 미정제 질화된 방향족 화합물의 처리 후 쉽게 재생되거나 또는 순환될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 제2 양태에 따라, 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 미정제 생성물을 잔류 질화산의 제거 후, 세척 매질로 처리함으로써 불순물을 제거하는 장치(설비)를 추가로 제공하며, 여기서 본 발명의 장치는 상기 설명된 방법을 수행하기에 특히 적합하고,
여기서 장치는:
(a) 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질이 접촉하고 유화하기 위한 적어도 하나의 분산 장치, 특히 적어도 하나의 혼합 장치; 및,
(b) 분산 장치의 하류에 배열된, 분산 장치에서 제조된 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질의 에멀젼의 도입을 위한 튜브 반응기를 포함하고, 여기서 튜브 반응기는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물의 제거가 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 가능하도록, 및/또는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물이 세척 매질로 이동하고 및/또는 이로써 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 중화되도록 구성된다.
본 발명의 방법에 관하여 상기 나타낸 바와 같이, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 교반 용기, 제트 혼합기 또는 펌프, 특히 원심 펌프, 바람직하게는 펌프, 특히 원심 펌프 또는 제트 혼합기, 특히 바람직하게는 제트 혼합기일 수 있다.
본 발명의 방법에 관하여 상기 나타낸 바와 같이, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 반응기의 상류, 특히 바로 상류에 설치될 수 있다. 특히, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 이 경우 튜브 반응기에 겹쳐질 수 있다.
대안의 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 튜브 반응기에 통합되거나 및/또는 튜브 반응기의 구성요소일 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 방법에 관하여 상기 언급된 것이 참조될 수 있다.
본 발명 방법의 설명에서 상기 설명된 바와 같이, 튜브 반응기에는 특히 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 혼합 요소가 장착될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 혼합 요소는 플레이트, 특히 충돌 플레이트 또는 편향 플레이트로, 오리피스 플레이트로, 고정식 혼합기로 또는 흐름 분할기로 구성될 수 있다.
미정제 질화 생성물의 단일-단계, 2-단계 또는 3-단계 세척(예를 들어, 산 세척 및/또는 염기성 세척 및/또는 중성 세척)이 본 발명의 장치에서 수행될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 분리 장치, 특히 분리기 또는 침강기 및/또는 동적 분리기 또는 원심 분리기가 세척 매질로부터 불순물이 없는 질화 생성물을 분리시키기 위해 튜브 반응기의 하류에 배열되는 것이 가능하다.
게다가, 본 발명의 장치에서, 교반 용기 및/또는 교반 반응기는 튜브 반응기의 하류 및 분리 장치의 상류에(즉, 다시 말하면 튜브 반응기와 분리 장치 사이에) 배열되는 것이 가능하다. 특히, 질화 생성물과 세척 매질 사이의 접촉 및/또는 체류 시간은 이런 식으로 증가된다.
본 발명의 장치 또는 설비에 관한 더 상세한 설명을 위해, 본 발명의 방법에 관하여 상기 언급된 것이 참조될 수 있으며, 이것은 본 발명의 장치 또는 설비에 유사하게 적용된다.
마지막으로, 본 발명은 본 발명의 제3 양태에 따라, 질화가능 방향족 화합물을 질화하고 질화에서 형성된 미정제 질화 생성물을 후속 정제하기 위한 제조 설비를 추가로 제공하며,
여기서 제조 설비는:
(a) 방향족 화합물을 질화하기 위한, 특히 질화 반응(들)을 수행하기 위한 하나 또는 그 이상의 적당한 반응 용기를 갖는 질화 유닛;
(b) 선택적으로, 미정제 질화 생성물로부터 잔류 질화산을 분리하기 위한, 질화 유닛의 하류의 제조 라인에 배열된 적어도 하나의 분리 장치, 특히 분리기;
(c) 질화 유닛 및 존재하는 임의의 분리 장치의 하류의 제조 라인에 배열된, 미정제 질화 생성물의 세척을 수행하기 위한 적어도 하나의 세척 장치로서, 여기서 세척 장치는:
- 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질이 접촉하고 유화하기 위한, 적어도 하나의 분산 장치, 특히 적어도 하나의 혼합 장치 및,
- 분산 장치의 하류에 배열된, 분산 장치에서 제조된 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질의 에멀젼의 도입을 위한 튜브 반응기를 포함하고, 여기서 튜브 반응기는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물의 제거가 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 가능하도록, 및/또는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물이 세척 매질로 이동하고 및/또는 이로써 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 중화되도록 구성되고;
(d) 선택적으로, 특히 질화 생성물과 세척 매질 사이의 접촉 및/또는 체류 시간을 증가시키기 위한, 세척 장치의 하류의 제조 라인에 배열된 교반 용기; 및
(e) 세척 유닛 및 존재하는 임의의 교반 용기의 하류의 제조 라인에 배열된 분리 장치, 특히 세척 매질로부터의 불순물이 없는 질화 생성물을 분리하기 위한 분리기를 포함한다.
다시 말해서, 본 발명의 제조 설비에서, 정제, 즉 불순물의 제거를 위한 상기 설명된 장치 또는 설비는, 즉 세척 유닛 또는 세척 장치 (c)의 형태의 이 제조 설비의 구성요소이다.
상기 나타낸 바와 같이, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 본 발명의 제조 설비에서도, 교반 용기, 제트 혼합기 또는 펌프, 특히 원심 펌프, 바람직하게는 펌프, 특히 원심 펌프 또는 제트 혼합기, 특히 바람직하게는 제트 혼합기일 수 있다.
본 발명의 제조 설비의 특정 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는, 상기 나타낸 바와 같이, 반응기의 상류에, 특히 반응기의 바로 상류에 설치될 수 있다. 이 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 특히 튜브 반응기에 겹쳐질 수 있다.
마찬가지로, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 튜브 반응기에 통합되거나 및/또는 튜브 반응기의 구성요소인 것이 본 발명에 따라 가능하다. 이 구체예와 관련하여, 불필요한 반복을 피하기 위해 상기 언급된 것이 참조될 수 있다.
본 발명의 방법에 관하여 그리고 본 발명의 정제 장치 또는 설비와 관련하여 상기 나타낸 바와 같이, 튜브 반응기에는 특히 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 혼합 요소가 장착될 수 있다. 이 구체예에서, 혼합 요소는 플레이트, 특히 충돌 플레이트 또는 편향 플레이트로, 오리피스 플레이트로, 고정식 혼합기로 또는 흐름 분할기로 구성될 수 있다.
본 발명의 방법은 미정제 질화 생성물의 산 세척 및/또는 염기성 세척 및/또는 중성 세척을 수행하기에 특히 적합하다. 따라서 본 발명의 방법은 세척 장치의 상기 언급된 모든 3단계의 세척에 사용될 수 있다. 그러나, 단지 하나 또는 두 가지의 세척 단계, 예를 들어 단지 산 세척 아니면 단지 염기성 세척 아니면 단지 중성 세척을 위해 본 발명의 방법을 사용하는 것이 동등하게 가능하다. 이와 관련하여, 본 발명의 방법은 유연하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제조 설비에 관한 더 상세한 설명을 위해, 본 발명의 방법 및 본 발명의 장치 또는 설비에 관하여 상기 언급된 것이 참조될 수 있으며, 본 발명의 제조 설비에 유사하게 적용한다.
정제를 위한 본 발명의 방법 및 본 발명의 장치 또는 설비 및 또한 질화를 위한 본 발명에 따르는 제조 설비는 실시예에 의해 그리고 첨부된 도면에서 비제한적 방식으로 예시된다.
본 발명의 추가 이점, 특성, 양태 및 특징은 본 발명에 따르는 바람직한 구체예의 하기 설명으로부터 알 수 있으며, 도면에 도시된다.
도 1은 니트로방향족 화합물 세척의 통상적인 3단계 세척을 위한 혼합기/침강기 기술에 의한 종래 기술에 따르는 니트로방향족 화합물 세척의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따르거나 또는 본 발명의 장치 또는 설비를 사용하는 니트로방향족 화합물의 단일-단계 세척의 개략도이다.
도 3은 니트로방향족 화합물 세척의 통상적인 3단계 세척을 위한 본 발명의 바람직한 작업 실시예에 따르는 본 발명 방법의 개략적인 흐름도 또는 본 발명의 장치 또는 설비의 개략도이다.
도 4는 질화가능 방향족 화합물을 질화하고 본 발명의 바람직한 작업 실시예에 따르는 결과되는 니트로방향족 화합물을 후속 세척하기 위한 본 발명에 따르는 제조 설비의 개략도이다.
도 1은 종래 기술에 따르는 3단계의 니트로방향족 화합물 세척의 예를 나타낸다:
a) 단계 1에서, 미정제 니트로방향족 화합물(NA10) 중에 현탁되고 용해된 황산 및 질산을 다단계 연속 산 세척(WS)으로 신선한 물(WW10)로 세척함으로써 세척한다. 세척할 니트로방향족 화합물(NA10) 및 세척수(WW10)를 약 10분의 체류 시간을 갖는, 통상적으로 교반 용기인 혼합 장치에 공급한다. 이어서 형성된 세척 에멀젼을 분리기(S)에서 분리한다. 용해되고 현탁된 무기산을 완전히 제거하기 위해, 최대 4개의 혼합기/침강기 유닛(n=3)을 사용하는 것이 가능하며, 세척 매질 및 세척할 니트로방향족 화합물은 대향류로 전달된다. 세척 매질은 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화하기 위해, 상 분리 후, 폐수(WW11)로서 즉시 모두 방출되거나, 또는 그것의 일부가 추가로 순환된다. 무기산이 없는 니트로방향족 화합물(NA11)을 알칼리 세척(WA)인, 세척 단계 2에 공급한다.
b) 단계 2에서, 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 모든 용해된 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질들이 다단계 연속 알칼리 세척(WA)으로 니트로방향족 화합물(예를 들어 TNT)로부터 제거된다. 세척할 니트로방향족 화합물(NA11) 및 세척수(WW10 또는 WW13)를 염기와 함께, 약 10분의 체류 시간을 갖는 교반 용기에 공급한다. 이어서 형성된 세척 에멀젼을 분리기(S)에서 분리한다. 니트로방향족 화합물에 용해된 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질을 완전히 제거하기 위해, 최대 4개의 혼합기/침강기 유닛(n=3)을 사용하는 것이 가능하며, 세척 매질 및 세척할 니트로방향족 화합물은 대향류로 전달된다. 세척 매질은 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화하기 위해, 상 분리 후, 폐수(WW12)로서 즉시 모두 방출되거나, 또는 그것의 일부가 추가로 순환된다. 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 무기산이 없는 니트로방향족 화합물(NA12), 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질은 중성 세척(WN)인, 세척 단계 3에 공급된다.
c) 단계 3에서, 알칼리 세척(WA)으로부터의 동반된 미량의 세척 매질은 다단계 중성 세척(WN)으로 제거된다. 세척할 니트로방향족 화합물(NA12) 및 세척수(WW10)를 약 10분의 체류 시간을 갖는 교반 용기에 공급한다. 이어서 형성된 세척 에멀젼을 분리기(S)에서 분리한다. 니트로방향족 화합물에 여전히 현탁되어있거나 또는 용해되어있는 염기의 미량을 완전히 제거하기 위해, 최대 4개의 혼합기/침강기 유닛(n=3)을 사용하는 것이 가능하며, 세척 매질 및 세척할 니트로방향족 화합물은 대향류로 전달된다. 수상은 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화하기 위해 세척 매질(WW13)로서 알칼리 세척(WA)에 즉시 모두 공급되거나 또는 그것의 일부가 추가로 순환된다. 불순물, 이성질체 니트로방향족 화합물 및, 잔류 미량의 알칼리의 산화 분해로부터의 무기산, 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질들이 없는 니트로방향족 화합물(NA13)이 추가 가공처리 또는 중간 저장으로 직접 통과된다.
도 2는 본 발명의 방법에 따르는 한 세척 단계의 구체예 또는 추진 제트로서 세척 매질을 사용하여 니트로방향족 화합물을 세척하는 본 발명의 장치 또는 설비를 나타낸다.
세척할 니트로방향족 화합물은, 잔류 질화산의 제거 후(NA1 (n-1) 여기서 n=1) 혹은 니트로방향족 화합물에서 마이크로에멀젼으로서 여전히 현탁된 잔류 질화산의 제거 또는 산 세척(n=2를 갖는 WS)에서 니트로방향족 화합물에 여전히 용해된 황산, 질산 및 이산화질소의 제거 후 혹은 알칼리 세척(n=3을 갖는 WA)에서 염기의 존재하에 니트로방향족 화합물(예를 들어 TNT)로부터 니트로방향족 화합물에 용해된 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 모든 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질의 제거 후, 나타낸 경우에서 제트 혼합기(SM)에서 추진 제트의 역할을 하는 세척 매질 WW1(n-1)과 조합되고, 추가 혼합 요소들(Mm)을 함유한 튜브 반응기(C)로 직접 도입된다.
세척 매질, 예를 들어 이산화질소에서 세척할 불순물의 느린 반응을 허용하기 위해서 증가된 체류 시간을 설정하기 위해, 세척 에멀젼은 튜브 반응기로부터 체류 용기, 예를 들어 하나 또는 그 이상의 교반 용기(R)에 공급될 수 있다. 튜브 반응기로부터의 세척 에멀젼은 직접 또는 교반 용기에서 지연된 체류 시간 후 분리 장치에서 상 분리된다.
세척된 니트로방향족 화합물(NA1 n 여기서 n=1 내지 3)은 추가 가공처리을 위해 후속 세척 단계로 또는 완성된 세척된 생성물(NA13)로서 방출된다. 로딩된 세척 매질(WW1 n 여기서 n=1 내지 3)은 폐수로서 직접 방출되거나, 또는 서브스트림으로서 재순환되어 니트로방향족 화합물과 세척 매질 사이에 한정된 상 비를 설정한다. 이 재순환된 서브스트림은 추진 제트로서 새롭게 첨가된 세척수와 함께 또는 순환 스트림으로서 튜브 반응기에 직접 공급될 수 있다.
도 3은 산 세척(WS)에 의해 무기산의 분리 제거, 알칼리 세척(WA) 및 중성 세척(WN)에 의해 알칼리 범위에서 염기의 존재하에 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 모든 용해된 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질의 제거를 위한 3단계의 본 발명 방법의 예를 나타낸다.
a) 단계 1에서, 미정제 니트로방향족 화합물(NA10)에 현탁되고 용해된 황산 및 질산은 단일-단계 산 세척(WS)에서 신선한 물(WW10)로 세척함으로써 제거된다. 세척할 니트로방향족 화합물(NA10) 및 세척수(WW10)는 펌프(P)에 의해 제트 혼합기를 통해 또는 추가 혼합 요소를 함유한 튜브 반응기(Mn)에 직접 공급된다. 튜브 반응기를 통과한 후, 형성된 에멀젼은 분리기(S)에서 분리된다. 세척 매질은 상 분리 후, 폐수(WW11)로서 직접 방출되거나, 또는 그것의 일부가 추가로 순환되어 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화할 수 있다. 무기산이 없는 니트로방향족 화합물(NA11)은 알칼리 세척(WA)인, 세척 단계 2에 공급된다.
b) 단계 2에서, 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 모든 용해된 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질이 단일-단계 알칼리 세척(WA)에서 니트로방향족 화합물로부터 제거된다. 산 세척(WS)에서 비롯한 세척할 니트로방향족 화합물(NA11) 및 세척수(중성 세척으로부터의 WW10 또는 WW13) 및 염기가 펌프(P)에 의해 제트 혼합기를 통해 또는 추가 혼합 요소를 함유한 튜브 반응기(Mn)에 직접 공급된다. 튜브 반응기를 통과한 후, 형성된 에멀젼은 분리기에서 분리된다. 불순물 및 추출된 이성질체 니트로방향족 화합물(염으로서 용해됨)의 산화 분해로부터의 모든 용해된 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질들을 함유한 세척 매질은 상 분리 후, 폐수(WW12)로서 직접 방출되거나, 또는 그것의 일부가 순환되어 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화할 수 있다. 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물의 산화 분해로부터의 무기산, 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질들이 없는 니트로방향족 화합물(NA12)이 중성 세척(WN)인, 세척 단계 3에 공급된다.
c) 단계 3에서, 알칼리 세척으로부터 동반된 미량의 세척 매질은 단일-단계 중성 세척(WN)에서 제거된다. 세척할 니트로방향족 화합물(NA12) 및 세척수(WW10)가 펌프(P)에 의해 제트 혼합기를 통해 또는 추가 혼합 요소를 함유한 튜브 반응기(Mn)에 직접 공급된다. 튜브 반응기를 통과한 후, 형성된 에멀젼은 분리기(S)에서 분리된다. 잔류 미량의 알칼리 및 불순물을 함유한 세척 매질은 폐수(WW13)로서 세척 단계 2(WA)에 직접 도입되거나 또는 그것의 일부가 추가로 순환되어 지정된 상 비와 그에 따른 한정된 타입의 에멀젼을 설정하고 상의 분리를 위한 시간을 최소화할 수 있다. 이제 불순물, 이성질체 니트로방향족 화합물 및 잔류 미량의 알칼리의 산화 분해로부터의 무기산, 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질이 없는 니트로방향족 화합물(NA13)이 추가 가공처리 또는 중간 저장에 직접 통과된다.
도 4는 등온 또는 단열 질화로부터 미정제 니트로방향족 화합물의 본 발명에 따르는 통합된 세척을 갖는 니트로방향족 화합물을 제조하는 제조 설비의 예를 나타낸다. 분리기(S)에서 질화산의 제거 후, 황산의 존재하에 방향족 화합물과 질산의 반응에 의해 질화 유닛(N)에 형성된 미정제 니트로방향족 화합물(NA10)은 산 세척(WS)에서 본 발명에 따르는 방식으로 물(WW10)로 세척된다. 상 분리 후, 모든 세척된 황산 및 질산을 함유한 결과되는 폐수(WW11)는 질화로부터의 잔류 산(AS)과 함께, 직접 또는 SAC 설비(SAC)에서 농축 후, 흡수제 설비(A)에서 질화 설비의 오프가스 처리로부터 얻어진 질산(WNA)과 함께 재순환되어 다시 질화되거나 또는 폐수로서 방출되어 처리된다.
무기산이 없는 니트로방향족 화합물(NA11)은 염기의 존재하에 세척 단계 2(알칼리 세척 WA)에서 본 발명의 방법에 의해 사실상 한 단계로 세척된다. 상 분리 후, pH가 8.0 내지 13 범위이고, 불순물 및 이성질체 니트로방향족 화합물(예를 들어 TNT)의 산화 분해로부터의 모든 니트로페놀, 니트로벤조산 및 다른 산성 물질들을 함유한 알칼리 세척(WW12)으로부터의 폐수는 주배출구로의 방출 전에 추가 처리, 예를 들어 열분해에 공급된다.
알칼리 세척(WA)으로부터의 니트로방향족 화합물(NA12)은 중성 세척(WN)에 공급되어 본 발명의 방법에 의해 사실상 한 단계로 물(WW 10)로 세척된다. 상 분리 후, 중성 세척(WN)으로부터의 폐수(WW13)는 염기와 함께 세척 단계 2(WA)에 공급된다. 세척된 니트로방향족 화합물(NA13)은 추가 가공처리, 예를 들어 이성질체 분리 또는 대응하는 아민으로의 환원에, 또는 중간 저장에 통과된다.
본 발명의 추가 구체예, 변형 및 변화는 명세서를 읽는 당업자에 의해 쉽게 인지되고 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.
본 발명은 하기 작업 실시예가 보조로 예시되지만, 본 발명은 그것으로 제한되지 않는다.
하기 작업 실시예에서, 본 발명의 방법 또는 본 발명의 장치가 정제될 니트로방향족 화합물로서 니트로벤젠을 사용하여 예시되지만, 본 발명의 방법 또는 장치는 그것으로 제한되지 않을 뿐만 아니라 예를 들어 톨루엔, 클로로벤젠, 크실렌, 니트로벤젠, 등의 질화로부터의 어떤 다른 니트로방향족 화합물에, 그리고 수산화나트륨 외에 어떤 염기에도 적용될 수 있다.
작업 실시예:
실시예 1: 단일-단계 알칼리 세척( 비교예 )
물로 사전세척(산 세척)되고 여전히 총 1910 ppm의 니트로페놀(0.8 ppm의 2-니트로페놀(2NP), 1346 ppm의 2,4-디니트로페놀(2,4-DNP) 및 203 ppm의 2,6-디니트로페놀(2,6-DNP) 및 360 ppm의 피크르산(2,4,6-TNP))을 함유한, 단열 질화로부터의 12kg/h의 니트로벤젠을, 0.8g의 NaOH/l(2배 과량, 모든 니트로페놀 기준)를 함유한 세척액과 함께 1:1의 중량비로 60℃에서 교반 용기에 공급하였다. 계량된 상 비를 갖는 O/W 에멀젼이 교반 용기에 존재하도록 교반기 속도를 설정하였다. 교반 용기에서의 체류 시간은 6분이었다. 상 분리 후(약 40분), 1850 ppm의 니트로페놀을 함유한, 세척액의 pH는 약 11.7이었다. 60 ppm의 니트로페놀을 세척된 니트로벤젠에서 발견하였다. 4g/l의 수산화나트륨을 함유한 세척액을 달리 동일한 조건하에서 사용할 때, 분리 시간은 거의 4 내지 약 15분 만큼 단축될 수 있었다.
실시예 2: 단일-단계 알칼리 세척(본 발명에 따름)
물로 사전세척(산 세척)되고 여전히 총 1910 ppm의 니트로페놀(0.8 ppm의 2-니트로페놀(2NP), 1346 ppm의 2,4-디니트로페놀(2,4-DNP) 및 203 ppm의 2,6-디니트로페놀(2,6-DNP) 및 360 ppm의 피크르산(2,4,6-TNP))을 함유한, 단열 질화로부터의 12kg/h의 니트로벤젠을, 0.8g의 NaOH/l(2배 과량, 모든 니트로페놀 기준)를 함유한 세척액과 함께 1:1의 중량비로 중심 제트로서 세척 매질을 사용하는 제트 혼합기에 의해 60℃에서 5개의 고정식 혼합 요소를 추가로 함유한 튜브 반응기에 공급하였다. 중심 제트와 세척할 니트로벤젠 사이의 상대 속도는 8:1이었다. 튜브 반응기에서의 체류 시간은 5초 이하이었다. 튜브 반응기의 전체 길이에 대한 압력 강하는 1.6 bar였다. O/W 에멀젼의 상 분리 후(약 40분), 1908 ppm의 니트로페놀을 함유한 세척액의 pH는 약 11.6이었다. 2 ppm의 니트로페놀을 세척된 니트로벤젠에서 발견하였다. 4g/l의 수산화나트륨을 함유한 세척액이 달리 동일한 조건하에서 사용될 때, 분리 시간은 4 내지 약 10분 만큼 단축될 수 있었다. 제트 혼합기에서 중심 제트로서 세척할 니트로방향족 화합물을 사용하여 같은 결과가 달성되었다.
실시예 3: 단일-단계 중성 세척(본 발명에 따름)
알칼리로 세척 후(예를 들어, 실시예 2, 알칼리 세척 참조) 여전히 총 2 내지 5 ppm의 니트로페놀을 함유한, 단열 질화로부터의 12kg/h의 니트로벤젠을, 1:1의 중량비로 중심 제트로서 물을 사용하는 제트 혼합기에 의해 60℃에서 2개의 고정식 혼합 요소를 추가로 함유한 튜브 반응기에 공급하였다. 중심 제트와 세척할 니트로벤젠 사이의 상대 속도는 8:1이었다. 튜브 반응기에서의 체류 시간은 약 5초였다. 튜브 반응기의 전체 길이에 대한 압력 강하는 0.6 bar였다. 상 분리 후(약 25분), 약 1.5 내지 4.5 ppm의 니트로페놀을 함유한 세척수의 pH는 약 9.0이었다. 0.5 ppm의 니트로페놀이 세척된 니트로벤젠에서 여전히 발견되었다. 제트 혼합기에서 중심 제트로서 세척할 니트로방향족 화합물을 사용하여 같은 결과가 달성되었다.
실시예 4: 단일-단계 알칼리 세척(본 발명에 따름)
물로 사전세척(산 세척)되고 여전히 총 1910 ppm의 니트로페놀(0.8 ppm의 2-니트로페놀(2NP), 1346 ppm의 2,4-디니트로페놀(2,4-DNP) 및 203 ppm의 2,6-디니트로페놀(2,6-DNP) 및 360 ppm의 피크르산(2,4,6-TNP))을 함유한, 단열 질화로부터의 20kg/h의 니트로벤젠을, 니트로방향족 화합물 대 세척액의 중량비 5:1에 해당하는, 4g의 NaOH/l(2배 과량, 모든 니트로페놀 기준)를 함유한 4 kg/h의 세척액으로 직접 세척하고, 세척 매질은 제트 혼합기에 의해 세척할 니트로방향족 화합물과 함께 60℃에서 5개의 고정식 혼합 요소를 추가로 함유한 튜브 반응기에 공급되었다. 중심 제트와 세척할 니트로벤젠 사이의 상대 속도는 8:1이었다. 튜브 반응기에서의 체류 시간은 5초 이하이었다. 튜브 반응기의 전체 길이에 대한 압력 강하는 1.6 bar이었다. W/O 타입의 에멀젼의 상 분리 후(약 5분), 9552 ppm의 니트로페놀을 함유한 세척액 pH는 약 12.3이었다. 약 8 ppm의 니트로페놀을 세척된, 여전히 탁한 니트로벤젠에서 발견하였다.
실시예 5: 단일-단계 중성 세척(본 발명에 따름)
알칼리로 세척 후(예를 들어, 실시예 2, 알칼리 세척 참조) 여전히 총 5 내지 8 ppm의 니트로페놀을 함유한, 단열 질화로부터의 20kg/h의 니트로벤젠을, 5:1의 중량비로 중심 제트로서 물을 사용하는 제트 혼합기에 의해 60℃에서 2개의 고정식 혼합 요소를 추가로 함유한 튜브 반응기에 공급하였다. 중심 제트와 세척할 니트로벤젠 사이의 상대 속도는 8:1이었다. 튜브 반응기에서의 체류 시간은 약 5초이었다. 튜브 반응기의 전체 길이에 대한 압력 강하는 0.6 bar였다. 상 분리 후(약 20분), 약 1.5 내지 4.5 ppm의 니트로페놀을 함유한 세척수의 pH는 약 9.0이었다. 0.5 ppm의 니트로페놀이 세척된 니트로벤젠에서 여전히 발견되었다. 제트 혼합기에서 중심 제트로서 세척할 니트로방향족 화합물을 사용하여 같은 결과가 달성되었다.

Claims (31)

  1. 질화가능 방향족 화합물의 질화에서 얻어진 미정제 질화 생성물로부터 미정제 생성물을 잔류 질화산의 제거 후, 세척 매질로 처리함으로써 불순물을 제거하는 방법으로서,
    단계 (a)에서, 미정제 질화 생성물을 먼저 세척 매질과 접촉시켜 미정제 질화 생성물 및 세척 매질이 에멀젼이 되는 방식으로 서로 분산되고, 상기 에멀젼은 단계 (a)에서 분산 장치에 의해 제조되고; 그리고
    단계 (b)에서, 얻어진 에멀젼은 이어서 튜브 반응기에 공급되고, 상기 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물은 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 제거되고, 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물은 세척 매질로 이동되고 이로써 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 중화되며, 상기 튜브 반응기에는 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 혼합 요소가 장착되고, 혼합요소는 플레이트로, 충돌 플레이트로, 편향 플레이트로, 오리피스 플레이트로, 고정식 혼합기로 또는 흐름 분할기로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 원심 펌프 또는 제트 혼합기는 분산 장치로서 사용되고,
    분산 장치는 튜브 반응기의 상류에 설치되고, 분산 장치는 튜브 반응기 안으로 겹쳐지거나 또는 튜브 반응기의 구성요소인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 혼합 에너지는 혼합 요소에 의해, 10 내지 1000 주울/리터로 도입되고, 및/또는 혼합 요소당 압력 강하는 0.1 bar 내지 3.0 bar인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 튜브 반응기에서의 체류 시간은 0.1 내지 120초이고,
    정제될 미정제 질화 생성물 대 세척 매질의 질량비는 200:1 내지 1:10의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미정제 질화 생성물 및 세척 매질은 방법 조건하에서 각각 액체 상태이고, 정제될 미정제 질화 생성물은 단일환 또는 다환 방향족 화합물의 질화로부터 생산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 질화가능 방향족 화합물을 질화하고 질화에서 형성된 미정제 질화 생성물을 후속 정제하기 위한 제조 설비로서,
    제조 설비는:
    (a) 방향족 화합물을 질화하기 위한, 질화 반응(들)을 수행하기 위한 하나 또는 그 이상의 적당한 반응 용기를 포함하는 질화 유닛;
    (b) 미정제 질화 생성물로부터 잔류 질화산을 분리하기 위한, 질화 유닛의 하류의 제조 라인에 배열된 적어도 하나의 분리 장치;
    (c) 질화 유닛 및 분리 장치의 하류의 제조 라인에 배열된, 미정제 질화 생성물의 세척을 수행하기 위한 적어도 하나의 세척 장치로서,
    세척 장치는:
    - 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질이 접촉하고 유화하기 위한, 적어도 하나의 분산 장치 및,
    - 분산 장치의 하류에 배열된, 분산 장치에서 제조된 정제될 미정제 질화 생성물과 세척 매질의 에멀젼의 도입을 위한 튜브 반응기를 포함하고, 여기서 튜브 반응기는 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물의 제거가 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 가능하도록, 그리고 미정제 질화 생성물 중에 초기에 존재하는 불순물이 세척 매질로 이동하고 이로써 튜브 반응기를 통한 에멀젼의 통과 동안 중화되도록 구성되고, 상기 튜브 반응기에는 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 혼합 요소가 장착되고, 혼합요소는 플레이트로, 충돌 플레이트로, 편향 플레이트로, 오리피스 플레이트로, 고정식 혼합기로 또는 흐름 분할기로 구성되고;
    (d) 선택적으로, 질화 생성물과 세척 매질 사이의 접촉 또는 체류 시간을 증가시키기 위한, 세척 장치의 하류의 제조 라인에 배열된 교반 용기; 및
    (e) 세척 유닛 및 선택적인 교반 용기의 하류의 제조 라인에 배열된, 세척 매질로부터의 불순물이 없는 질화 생성물을 분리하기 위한 분리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 설비.
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