KR102214750B1 - 방향족 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

방향족 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

발명은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 바람직하게는 단열 니트로화 방법 및 상응하는 시스템, 특히 상기 방법을 수행하기 위한 생산 설비 (니트로화반응 설비)에 관한 것이다.

Description

방향족 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 방법 및 시스템
본 발명은 니트로화반응(nitration)의 기술분야, 특히, 바람직하게 단열 니트로화반응에 의한 니트로화된 유기 방향족 화합물 (이하 "니트로방향족(nitroaromatics)", "니트로화반응 산물", "방향족 니트로 산물", "방향족 니트로 화합물", "니트로화된 생성물" 등으로 동의어적으로 언급됨)의 제조에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정에 관한 것이다.
본 발명은 추가로 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 형태로 니트로화된 생성물을 얻기 위한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비), 특히 발명의 공정을 수행하기 위한 생산 설비(production plant)에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 발명에 따르는 용도에 관한 것이다.
방향족 니트로 화합물 (예컨대 니트로벤젠 (MNB), 모노니트로톨루엔 (MNT), 다이니트로톨루엔 (DNT), 트라이니트로톨루엔 (TNT), 니트로클로로벤젠 (MNCB), 등)은 보통 상응하는 출발 방향족 (예컨대 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 등)의 니트로화반응에 의하여, 특히 상응하는 출발 방향족과 촉매 및 수결합제로서 황산의 존재하에 질산과의 반응에 의해, 즉, 상응하는 출발 방향족과 니트로화 산(nitrating acid) (즉, 질산/황산 니트로화 산 혼합물로, 반응이 시작할 때에 혼합산으로서 언급되며 반응이 종료될 때 폐산(spent acid, 니트로화 산)으로서 언급됨)과의 반응에 의해 제조된다.
선행 기술에서, 질산/황산 니트로화 산 혼합물에 의한 방향족의 니트로화반응은 바람직하게는 유기 상(phase) 및 산 상의 이질성 액체/액체 혼합물로서 수행되고, 이때 상응하는 니트로방향족을 형성하기 위한 니트로화될 방향족과 질산과의 반응은 산 상에서 일어난다. 그러므로 이 목적에 대해, 니트로화될 방향족이 산과 반응할 수 있도록 먼저 유기 상으로부터 산 상으로 전달되어야 한다. 그런 후 산 상에서 형성된 니트로방향족이, 용해도 한계가 초과된 후에, 유기 상으로서 분리되어 나온다; 이 유기 상은 대부분 니트로화반응이 시작될 때 니트로화될 방향족으로 구성되며, 전체 질산 또는 니트로화될 방향족이 반응되었을 때, 반응이 종결될 때 원하는 니트로방향족으로 주로 구성된다.
방향족의 신속하고 효과적인 반응에 대한 전제조건은 니트로화될 충분한 방향족이 언제나 유기 상으로부터 산 상으로 전달되는 것이다. 이것은 전형적으로 2개의 상기 언급된 상 사이에서 매우 큰 교환 구역의 생성에 의해, 특히 유기 상을 산 상에 분산시킴으로써 (수중유 또는 O/W 에멀션) 또는, 역으로, 산 상을 유기 상에 분산시킴으로써 (유중수 또는 W/O 에멀션) 이루어진다. 유기 상과 산 상 사이의 교환 구역이 클수록 (즉, 분산 상의 액적 크기가 작을수록), 니트로화반응에서, 예컨대 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 니트로화반응 또는 모노니트로톨루엔을 얻기 위한 톨루엔의 니트로화반응에서 전환율은 더 커진다 (모든 질량 전달-제한 반응에서처럼).
예를 들어, 니트로화반응이 연속적으로 및 등온적으로 교반된 용기에서 또는 일련의 교반된 용기에서 병류 및/또는 역류로 수행될 때, 일정한 조건, 예컨대 유기 상 및 산 상의 2-상 혼합물에 대한 유기 상의 조성 및 산 상의 조성 및, 이것들과 결부하여, 일정한 물리화학적 조건 또는 매개변수들이 각 반응기에서 우세하다. 니트로화반응은 각 반응기에서 언제나 동일한 조건 하에서 진행된다.
다른 한편으로, 완벽한 역혼합이 있는 배치식 작동의 교반된 용기에서 또는 역혼합 없이 플러그 흐름(plug flow)이 있는 튜브 반응기에서의 니트로화반응은 꽤 다르게 진행한다. 두 경우에 모두, 유기 상 및 산 상의 조성뿐 아니라 그것들의 물리화학적 상태 또는 매개변수, 특히 밀도, 계면 장력(interfacial tension), 등은 니트로화반응이 진행됨에 따라 계속해서 변화한다. 계속해서 변화하는 조건 또는 매개변수 하에서, 전체 반응시간에 걸쳐 제어된 반응을 위한 일정한 교환 구역을 생성하는 것은 훨씬 더 어렵거나 실제로 불가능하다.
또한 벤젠 또는 톨루엔과 같은 순수 방향족은 황산 또는 니트로화 산 혼합물에서 단지 어렵게 분산될 수 있고 황산 또는 니트로화 산 혼합물에서 방향족의 분산은 상대적으로 빠르게 합체가 합쳐질 수 있는 것으로 알려진다. 예를 들어, EP　0　373　966　A2에서 기술된 것과 같이, 단지 55.3%의 질산의 전환율 및 단지 52/5%의 벤젠의 전환율은 유기 상의 과도하게 빠른 합체로 인해 혼합 산에서 니트로화될 방향족 (벤젠)의 원-오프 분산(one-off dispersion)의 경우에 이루어진다. 그러므로 니트로화반응 혼합물에 두 상 (즉 먼저 니트로화될 방향족 및 생성된 니트로방향족으로 구성된 유기 상 및 두 번째로 니트로화 산 혼합물)이 존재하는 니트로화반응의 경우에, 혼합 에너지를 위해 계속해서 두 상이 도입되어서 두 상 사이의 필요한 교환 구역이 유지되고 그로써 원하는 전환율이 주어진 거주 시간에 이루어지도록 하는 것이 필요하다.
특히 니트로화반응이 시작될 때 (예컨대 튜브 반응기에서), 특히 유기 상과 산 상 사이의 충분히 큰 교환 구역을 생성하고 유지하기 위하여 대량의 혼합 에너지가 공급되어서, 니트로화반응이 개시되거나 시작되고 또한 진행되어야 한다. 만약 이것이 일어나지 않으면, 교환 구역의 극적인 감소가 분산 상의 다소간 빠른 합체의 결과로서 발생하고, 단위 시간당 니트로화될 방향족의 전환율의 극적인 감소와도 관련된다.
만약, 예를 들어, 반응기의 전장에 걸쳐 (예를 들어 EP　1　272　268　A2, EP　1　291　078　A2 또는 EP　0　708　076　A2에서 기술되는 바와 같이) 튜브 반응기에서 니트로화 산에 분산된 유기 상의 초기 합체가 니트로화 산 혼합물 중의 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)의 초기 생성된 분산 안으로의 혼합 에너지의 재개된 도입에 의한 추가적인 혼합 에너지의 공급에 의해 방지되는 것이 언제나 보장되지 않는다면, 니트로화반응은 중단되고, 그것은 비록 질산이 여전히 니트로화 산에 존재하고 니트로화될 방향족이 여전히 유기 상에 존재하더라도 니트로화반응의 열이 더 이상 발생되지 않는 것으로부터 인식될 수 있다.
상응하는 상황은 반응이 시작될 때 적용된다: 만약 반응이 시작될 때 생성된 액적 크기가 충분히 작지 않고 교환 구역이 그로 인해 너무 작으면, 예를 들어, 니트로벤젠 또는 모노니트로톨루엔을 형성하기 위한 벤젠 또는 톨루엔의 질량 전달-제한된 반응은 단지 느리게 진행되고, 그것은 반응이 시작하지 않기 때문에 반응 혼합물에서 관찰되는 온도 상승이 없거나 단지 적은 온도 상승에 의해 인식될 수 있다. 역으로, 분산 상의 액적 크기가 충분히 작고 교환 구역이 그로 인해 크다면, 니트로화될 방향족의 신속한 반응은 그렇지 않으면 동일한 조건 하에서 발생하며, 그것은 반응 혼합물에서 관찰되는 신속한 온도 상승에 의해 인식될 수 있고, 그것과 결부되어, 니트로화될 방향족의 상응하는 니트로방향족으로의 원하는 높은 전환율이 관찰될 수 있다.
특히 단열 반응에서 (예컨대 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 단열 니트로화반응에서), 전환 및 이것에 필요한 시간은 두 상 사이의 교환 구역 및 그로 인한 분산 상의 액적 크기뿐 아니라 니트로화 산 (반응이 시작될 때에는 혼합 산으로서 및 종결될 때에는 폐산으로서 언급됨) 중의 황산 및 질산의 농도, 초기 온도 (예를 들어, EP　2　168　942　A1 참조), 유기 상과 산 상 사이의 상 비율 (phase ratio), 및 이것과 관련하여, 최종 온도, 등과 같은 일반적으로 알려져 있는 매개변수에 추가로 좌우된다.
규정된 초기 온도로부터 진행되는, 튜브 반응기에서 단열 니트로화반응 (예컨대 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 반응)에서의 전환은, 니트로화반응의 열의 발산의 결과로서 니트로화반응 혼합물의 온도의 증가를 특징으로 한다 (예를 들어, EP　2　168　942　A1 및 EP　1　272　268　A2 참조). 특정 니트로화반응 혼합물에 대한 온도 차이 (또한 델타 T 또는 △T로서 언급됨)는, 예를 들어, EP 2 168 942 A1에서 기술된 것과 같이 질산의 전환과 직접적으로, 특히 선형으로 상관이 있을 수 있다.
튜브 반응기에서 지정된 거주 시간에 가장 큰 가능한 전환율을 이루기 위하여 (예컨대 도입된 질산의 98% 이상), 혼합 산에 니트로화될 방향족이 최적으로 분산되는 것뿐만 아니라 반응이 개시되거나 시작하기 위해 적합한 개시 온도가 있는 것, 즉 출발 물질의 혼합 후에 반응이 급격한, 특히 균일하게, 바람직하게는 지수적인 온도 증가가 니트로화반응 혼합물에서 관찰되고, 예를 들어, 도입된 질산의 적어도 60%가 튜브 반응기의 반응 공간의 처음 13 부피%에서 반응되도록 하는 방식으로 일어나도록 하는 것이 필요하다 (예를 들어, EP　2　168　942　A1 참조). 이것은, 예를 들어, 시작할 때 튜브 반응기에서 빠르게 합체하는 유기 상의 필요한 재분산에 대한 분산 요소들의 구체적인 배열에 의해 이루어진다 (예를 들어, EP　1　272　269　A1 참조).
초기 온도는, 예를 들어, 50 내지 120℃의 범위에서 선택될 수 있다. 다양한 가열 공급 스트림 (즉 황산, 질산 및 니트로화될 방향족, 예컨대 벤젠, 예를 들어, EP　0　436　443　A2 또는 EP　1　272　269　A1 참조)의 혼합은 혼합 온도를 초래하고, 주로 지나치게 많은 양으로 존재하는 황산으로부터 유래하는 초기 온도에 기여한다.
주어진 거주 시간에, 초기 온도는 전환율뿐만 아니라 단열 니트로화반응, 예를 들어 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 니트로화반응에 전형적인 부산물의 형성, 특히 다이니트로페놀 및 트라이니트로페놀 (피크르산) 및 다이니트로벤젠 (DNB)의 양을 제어한다.
80 내지 120℃의 초기 온도 (예를 들어, US　4　091　042　A 참조), 바람직하게는 97℃보다 높은, 특히 바람직하게는 100 내지 120℃의 초기 온도 (예를 들어, EP　0　436　443　A2 또는 EP　2　168　942　A1 참조)에서, 반응 튜브에서 2분 미만 (예컨대 25초 이하, 예를 들어, EP　0　436　443　A2 참조)의 거주 시간에 적어도 99%의 질산의 전환율을 이루는 것이 가능하다.
다른 한편으로, 더 낮은 초기 온도에서는, 상당히 더 긴 거주 시간이 필요하다. 예를 들어, 약 80℃의 초기 온도에서, 300초의 거주 시간이 선행 기술에 따르는 설비 (튜브 반응기)에서 질산의 완전한 전환을 이루기 위해 필요한 것으로 기술되었다 (예를 들어, US　8　692　035 B2 또는 WO 2010/051616 A1 참조).
약 97 내지 110℃의 초기 온도가 사용되는, 선행 기술에 따르는 설비와 비교하여, 더 낮은 초기 온도에 대해서는 상당히 더 큰 니트로화 반응 반응기가 따라서 필요하지만, 이것은 보통 에나멜을 입힌 강철로 만들어지기 때문에 상당히 더 값비싸다.
예를 들어, 시간당 20 메트릭 톤의 니트로벤젠 (NB) (즉, 20 t의 NB/h)을 생산하는 설비로서, 1.25　m/s의 니트로반응 혼합물의 유속 및 적어도 300초의 거주 시가에서 작동하는 250 mm의 직경을 가지는 튜브 반응기는, 그렇지 않으면 동일한 조건 (즉 동일한 혼합 산 조성, 동일한 상 비율, 등) 하에서 150 m의 길이를 가지며 120초의 거주 시간에서 작동된 선행 기술에 따르는 표준 반응기보다 2.5배 더 긴 (즉 약 375 mm) 요인일 수 있다
방향족, 특히 벤젠의 단열 니트로화반응을 위한 설비의 최적화의 추가의 목적은, 니트로벤젠의 부산물의 양을 최소화하는 것이다. 이미 EP　0　436　443　A2에서 기술된 것과 같이, 다이니트로페놀 및 트라이니트로페놀의 형성은 니트로화반응 혼합물의 최종 온도 상승으로 빠르게 증가한다. 이런 이유로, 역시, 니트로화반응 혼합물의 최종 온도는 135　내지　145℃를 초과하지 않아야 한다. 그러면 미정제 니트로벤젠 (미정제 NB) 중의 니트로페놀의 함량은 2000 내지 3000 ppm의 범위에 있다. 이런 최종 온도에서 다이니트로벤젠 (DNB)의 함량은 200 내지 250 ppm의 범위에 있다. 이들 니트로페놀의 미정제 니트로벤젠으로부터의 제거 및, 예를 들어 열분해에 의한 폐수에서의 이것들의 파괴 (EP　0　953　546　A2 및 EP　0　005　203　A2에 기술된 바)는 복잡하고 값비싸다.
부산물의 형성은 초기 온도를 낮추고 그로써 또한 최종 온도를 낮춤으로써 크게 감소될 수 있다. 20 내지 25℃ 만큼 초기 온도의 각 감소는 미정제 니트로벤젠 중의 니트로페놀 함량이 절반으로 되는 것으로 이어진다. 초기 온도를 약 110℃에서 약 80℃로 낮추는 것은, 예를 들어, EP　0　436　443　A2에 기술된 상황에 비교하여 약 50%만큼, 즉 약 1500 ppm 이하 (예컨대 1000　ppm)로, 특히 바람직하게는 약 1000 ppm의 값으로 니트로페놀 함량의 감소로 이어진다. 다이니트로벤젠 (DNB)의 함량은 유사하게 약 100 ppm으로 감소한다 (예를 들어, US 8 692 035 B2 또는 WO　2010/051616 A1 참조).
초기 온도와 최종 온도 사이에서 니트로화반응 혼합물의 온도 상승은, 혼합 산 중의 주어진 질산 농도에서, 산 상과 유기 상 사이의 상 비율에 의해 제어될 수 있다. 일정한 상 비율 및 출발 혼합 산 중의 동일한 황산 농도 및 초기 온도에서, 니트로화반응 혼합물의 최종 온도는 혼합 산 및 동일한 전환율에서 질산의 함량의 증가와 함께 증가하며, 그 역도 마찬가지이다.
EP　0　771　783　A1에서 이미 기술된 것과 같이, 높은 선택성을 얻기 위해 상들의 최적 혼합에 의해 튜브 반응기에서 반응이 시작될 때 높은 초기 전환이 이루어지는 것이 유익하다. 선행 기술은 반응이 시작될 때 출발 혼합 산에서 니트로화될 방향족의 매우 최적화된 분산을 이루고 재분산을 이루는 것을 목적으로 하는 다양한 척도를 기술한다 (예를 들어, EP 0 373 966 A2, EP 0 489 211 A1, EP　0　771　783　A1, EP　0　779　270 A1, EP　1　272　269 A1, EP 1 291 078 A2 및 EP 2 168 942 A1 참조).
니트로화 산에서, 특히 반응을 시작하기 위하여 니트로화반응이 시작될 때 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)의 최적 분산은 고전환율에 대한 전제조건이다 (EP 1 272 269 A1 또는 EP 2 168 942 A1 참조). 이것과 관련하여 US　9　284　256　B2 및 EP 2 877 442 A1에서 진술되어 있는 것과 같이, 4% 이상의 지방족 탄화수소의 니트로화될 벤젠에 대한 첨가는 시작하지 않는 니트로화반응, 즉 출발 물질을 초기 분산 물질과 조합한 후에 관찰되는 니트로화반응 혼합물의 인식할 수 없을 정도의 온도 상승으로 이어질 수 있는 한편, 그렇지 않으면 0.1% 미만의 함량의 지방족을 가진 벤젠을 사용하는 동일한 조건 하에서 니트로화반응은 (EP 1 272 269 A1 또는 EP 2 168 942 A1에서 기술된 것과 같이) 튜브 반응기의 처음 13 부피%에서 급격한 온도 상승으로 시작되고 의도대로 진행된다.
선행 기술에서 니트로화 산에 니트로화될 방향족의 개선된 분산을 이루기 위한 많은 시도가 있었다. 이것을 이루기 위해 선행 기술로부터 공지된 한 가지 척도는, 예를 들어, 유기 상에 대한 산 상의 큰 비율이고, 예를 들어, in EP 0 436 443 A2 및 US 8 692 035 B2에서 기술된 것과 같이, 이것에 의해 유기 상의 분산성은 개선된 것이라고 보고 합체는 감소된 것이라고 본다. 선행 기술로부터 공지된 추가의 척도는, EP 1 272 268 A2 및 EP　2　168　942　A1에서 제시된 것과 같이, 혼합 및 분산 요소를 가지는 튜브 반응기에서 니트로화반응을 수행하고 반응이 시작될 때 균일한, 특히 지수적인, 바람직하게는 S-자형의 온도 상승 및 튜브 반응기의 앞부분에서 튜브 반응기의 총 길이에 걸친 혼합 및 분산 요소들의 불균일한 배열 또는 분포에 의한 매우 높은 전환을 이루는 것이다. 그러나, 선행 기술로부터 공지된 척도들은 언제나 니트로화 산에서 니트로화될 방향족의 최적의 분산을 이루고 만족스럽지 못한 분산과 관련되고 상기에서 나타낸 문제점 및 단점들을 상쇄하기에는 충분하지 않다.
그러므로 본 발명의 목적은, 선행 기술의 상기 언급된 단점 및 부적절성은 적어도 대부분 피할 수 있거나 적어도 감소시키면서, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정 및 상응하는 생산 설비, 즉 이 공정을 수행하기에 적합한 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비)를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은, 그로 인해 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물이 기술적으로 효율적이고 안전하며 간단한 방법으로 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위해 전환되거나 반응될 수 있는, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정 및 이 공정을 수행하기에 적합한 상응하는 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비)를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정 및 이 공정을 수행하기에 적합한 상응하는 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비)를 제공하는 것이고, 이때 니트로화반응의 맥락에서, 니트로화 산 혼합물에 니트로화될 방향족의 분산은, 특히 반응이 시작될 때, 바람직하게는 출발 물질의 조합 직후에 개선된다. 특히, 유기 상 및 산 상의 분산은, 바람직하지 못한 조건 하에서 (예컨대, 너무 낮은 초기 온도에서 또는 분산 에너지의 유입이 낮은 경우에, 니트로화될 방향족 중의 증가된 함량의 지방족과 같은 불순물의 존재 하에), 니트로호반응이 계속 효율적으로 수행될 수 있도록, 특히 니트로화반응 혼합물이 규정된 반응에서 또는 반응기에서의 거주 시간에서 적어도 98% 정도로 전환될 수 있는 방식으로 개선되어야 한다.
마지막으로, 본 발명의 목적은 또한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정 및 이 공정을 수행하기에 적합한 상응하는 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비)를 제공하는 것이고, 여기서, 니트로화반응의 맥락에서, 개선된 분산은 반응물, 특히 질산을 함유한 니트로화 산 상 및 니트로화될 방향족을 함유한 유기 상의 접촉 (예컨대 혼합) 직후에 이루어질 수 있으며, 이때 바람직하게 니트로화 산에서 니트로화될 방향족의 신속한 합체를 피할 수 있고, 바람직하게 니트로화반응을 시작하는 목적은 선행 기술과 비교하여 상대적으로 낮은 초기 온도에서도 (및 더 높은 초기 온도를 갖지만 그렇지 않으면 동일한 조건을 가진 선행 기술에 따르는 공정과 비교하여 더 긴 반응 또는 거주 시간을 필요로 하지 않으면서) 이루어진다.
발명에 따르면, 상기 표시된 목적들은, 발명의 제1 측면에 따라, 제1항에서 청구되는 공정에 의해 이루어진다; 발명의 공정의 추가의 유익한 발달 및 구체예는 상응하는 종속항의 대상이다.
본 발명은 추가로, 발명의 제2 측면에 따라, 관련된 독립적인 생산 설비 청구항에서 청구된 생산 설비 (니트로화반응 설비 또는 설비)를 제공한다; 발명의 이 측면의 추가의 유익한 발달 및 구체예는 상응하는 종속항 (종속된 생산 설비 청구항)의 대상이다.
마지막으로, 본 발명은, 발명의 제3 측면에 따라, 관련된 독립적인 용도 청구항에서 청구된 발명에 따르는 용도를 제공한다; 발명의 이 측면의 추가의 유익한 발달 및 구체예는 관련된 종속항 (종속된 용도 청구항)의 대상이다.
발명의 단지 한 측면에 대해 하기에서 제시되는 변종, 구체예, 장점 등은 물론 또한, 불필요한 반복을 피하기 위하여, 발명의 모든 다른 측면에 대해 유사하게 적용되는 것은 말할 것도 없다.
나아가, 값, 수치 및 범위가 하기에 표시될 때 표시된 각각의 값, 수치 및 범위는 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 하는 것은 말할 것도 없다; 당업자에게 개별적인 사건 또는 적용에 대해 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 명시된 범위 또는 수치로부터 벗어나는 것이 가능한 것이 명백해질 것이다.
더불어, 하기 표시되는 모든 값 또는 매개변수 등은 원칙적으로 표준화된 또는 분명하게 언급된 측정 방법을 사용하여 또는 그 외에도 이 분야에서 숙련된 사람이 그 자체로 친숙하게 될 측정 또는 분석 방법을 사용하여 측정되거나 결정될 수 있다.
이제, 본 발명은 하기에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
본 발명은 그러므로, 본 발명의 제1 측면에 따라, 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위하여, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 공정을 제공하며,
여기서, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은 질산/황산 니트로화 산 혼합물 (즉 "혼합산")과의 니트로화 반응에서 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)로 전환되고,
발명의 공정은
상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 질산/황산 니트로화 산 혼합물을 포함하는 출발 반응 혼합물에 첨가되며 전환 및/또는 니트로화 반응은 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 존재 하에 시작 및/또는 수행되는 것과; 및/또는
얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 부분적으로 니트로화 반응에 재순환되며 후속되는 전환 및/또는 니트로화 반응은 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 존재 하에 시작 및/또는 수행되는 것을 특징으로 한다.
발명에 따라 사용되는 바, 용어 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은, 본 발명의 맥락에서, 특히 사용된 출발 방향족의 니트로화반응, 바람직하게는 모노니트로화반응에 의해 제조될 수 있는 니트로방향족을 나타낸다. 그러므로, 예를 들어, 모노니트로벤젠 (MNB)은 벤젠으로 상응하여 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이고, 모노니트로톨루엔 (MNT)은 톨루엔으로 상응하여 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이며, 모노니트로클로로벤젠은 클로로벤젠으로 상응하여 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이고, 다른 것들도 그러하다.
발명의 공정은 발명의 공정을 수행하기 위해 하기에서 상세하게 기술되는 발명에 따르는 (생산) 설비와 같이, 하기에서 상세하게 논의된 수많은 특수한 측면 및 장점들과 관련된다:
본 출원인은 놀랍게도 본 발명의 맥락에서, 출발 반응 혼합물로의 니트로화된 생성물의 첨가가 유기 상과 산성 수성상 또는 산 상 사이의 계면 장력의 저하로 이어지는 것을 발견하였다 (이때 유기 상은 니트로화될 출발 방향족 및 첨가된 니트로화된 생성물 및 선택적으로 니트로화반응 부산물을 포함하고, 출발 반응 혼합물 주으이 산성 수성상 또는 산 상은 반응이 시작될 때 황산을 포함하며 질산의 첨가 후에 니트로화 산 또는 혼합산을 포함하며, 반응이 종결될 때 수성 폐 니트로화 산 또는 수성 폐 니트로화 산 혼합물 및 선택적으로 그 안에 용해된, 니트로화반응에서 형성된 첨가된 니트로방향족 및/또는 니트로방향족 부분을 포함한다). 이런 방식으로, 유기 상과 수성 산성 상 또는 산 상 사이의 상당히 개선된 분산성 또는 유화성(emulsifiability)이 이루어지는데, 즉, 니트로화된 종점 산물 또는 니트로화된 방향족이 따라서 출발 반응 혼합물에서 분산제 (분산기) 또는 유화제로서 기능한다. 즉, 반응에 대해 외래적이고 반응 산물을 오염시킬 수 있을 물질이 없기 때문에 시스템에 대해 고유하거나 또는 본질적인 분산제 또는 유화제가 사용된다고 말할 수 있다.
전체적으로, 두 상 (즉 유기 상 및 산 상)의 개선된, 특히 친밀한 혼합 및 분산은 니트로화된 생성물의 출발 반응 혼합물에의 첨가에 의해 이루어지고, 그로써 두 상 사이의 전체적으로 개선된 및 보다 신속한 교환 반응이 일어난다. 그 결과로서, 보다 신속산 전환 또는 보다 신속한 니트로화 반응이, 특히 개선된 수율로, 특히 개선된 공간-시간 수율로 일어난다.
더불어, 상당히 더 적은 양의 부산물이 발명에 따르는 반응 과정에서 형성된다. 전체적으로, 반응 또는 공정 과정 및 니트로화 반응은 니트로화된 생성물의 출발 반응 혼합물에의 첨가에 의해 더 낫게 제어될 수 있다.
개선된 수율 및 더 낮은 부산물 형성이 수반되는 단축된 반응 시간 및 보다 신속한 반응과 별도로, 반응을 착수하고 개시하기 위한 초기 온도는, 발명의 공정에서, 또한 그렇지 않으면 동일한 조건을 가지는 종래의 니트로화반응 공정에 비교하여 상당히 감소될 수 있으며, 즉, 하기에서 보다 상세하게 논의되는 것과 같이, 니트로화 반응에 대한 상당히 더 낮은 (반응) 출발 온도가 발명의 공정에 사용될 수 있다.
요약하면, 그러므로 본 발명은 전체적으로 개선된 효율, 특히 개선된 기술적 효율 및 개선된 에너지 효율, 및 전체적으로 개선된 공정 경제 및 더불어 개선된 최급성을 나타내는, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물에 대한 개선된, 특히 단열 니트로화반응 공정을 제공한다.
본 발명의 맥락에서, 특히 니트로화반응에 대한 단열성 반응 과정 (예컨대 튜브 반응기에서 모노니트로벤젠으로의 벤젠의 단열 니트로화반응)의 경우에 , 니트로화 산 혼합물에 니트로화될 방향족의 분산을, 특히 반응이 막 시작되었을 때, 바람직하게는 출발 물질의 접촉 (예컨대 혼합) 직후에 개선시켜서, 바람직하지 못한 조건 하에서도 (예컨대 니트로화될 방향족 중의 증가된 함량의 지방족과 같은 불순물의 존재 하에 또는 너무 낮은 초기 온도의 경우에 또는 분산 에너지의 낮은 유입의 경우에) 니트로화반응이 여전히 효율적으로 수행될 수 있도록, 특히, 규정된 반응에서 또는 반응기에서의 거주 시간 내에, 니트로화반응 혼합물이 각 경우에 니트로화 산 혼합물 중의 질산 전환을 기준으로, 적어도 98%, 특히 적어도 99%, 바람직하게는 적어도 99.5% 정도로 반응할 수 있도록 하는 것이 가능하다.
발명의 공정은, 니트로화반응의 맥락에서, 특히 질산을 함유한 니트로화 산 상 및 니트로화될 방향족을 함유한 유기 상의 반응물의 접촉 (예컨대 혼합) 직후에, 바람직하게는 니트로화 산에서 니트로화될 방향족의 신속한 합체를 피하면서, 바람직하게는 선행 기술과 비교하여 상대적으로 낮은 초기 온도에서도 니트로화 밤응을 시작할 목적으로 (및 더 높은 초기 온도를 사용하지만 그렇지 않으면 필요한 동일한 조선을 사용하는 선행 기술에 따르는 공정에서보다 더 긴 반응 또는 거주 시간 없이) 개선된 분산을 이루는 것을 가능하게 한다. 특히, 발명의 공정은, 100℃보다 아래, 바람직하게는 95℃보다 아래, 특히 바람직하게는 90℃보다 아래의 (반응) 출발 온도에서도, 더 높은 초기 온도를 사용하지만 그렇지 않으면 필요한 동일한 조건을 사용하는 선행 기술에 따르는 공정에서보다 더 긴 반응 또는 거주 시간을 필요로 하지 않는 그런 방식으로 니트로화반응이 개시되거나 시작되는 것을 허용한다.
본 발명은 그러므로, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (즉 방향족)이 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위하여 기술적으로 효율적이고 안전하며 간단한 방법으로 전환되거나 반응되는 것을 가능하게 만든다.
본 발명의 맥락에서, 그러므로, 완전히 놀랍게도, 니트로화된 생성물 (예컨대 벤젠의 니트로화반응의 경우에 니트로벤젠)의 출발 반응 혼합물에의 첨가는 니트로화될 방향족의 상당히 개선된 초기 분산 (특히 니트로화반응을 촉발시키는 초기 분산 후에 니트로화반응 혼합물에서의 더 급격한 온도 상승을 특징으로 함) 및 또한 이런 분산에 대해 합체되는 경향의 감소가 관찰되는 결과를 초래한다.
달리 표현하면, 발명은 그러므로, 특히, 바람직하게는 상응하는 출발 방향족 (예컨대 벤젠, 톨루엔, 클로로벤젠, 등)의, 수결합제 및 촉매로서의 황산의 존재하에, 바람직하게는 튜브 반응기에서 및 바람직하게는 화학양론적 초과량의 니트로화될 방향족을 사용하여, 반응 배치 또는 출발 반응 혼합물에 첨가되는 또는 혼합되는 상응하는 니트로방향족 (예컨대 벤젠의 니트로화반응의 경우에 니트로벤젠) 부분과 함께, 질산과의 단열 반응에 의해 니트로방향족 (예컨대 니트로벤젠, 니트로톨루엔, 니트로클로로벤젠, 등)을 얻기 위한 전체적으로 개선된, 바람직하게는 단열 공정을 제공한다.
하기에서 상세하게 나타내는 것과 같이, 발명의 공정은 완전히 탄력적으로 수행될 수 있다: 그러므로, 첨가될 또는 혼합될 니트로방향족 부분 (예컨대 벤젠의 니트로화반응의 경우에 니트로벤젠)은, 예를 들어, 니트로화반응에 필요한 재순환된 또는 신선한 황산에 및/또는 추가의 출발 물질 (즉 황산 및 질산)의 제1 연합 분산 전에 니트로화될 방향족에 및/또는 추가의 출발 물질 (즉 황산 및 질산 및 또한 니트로화될 방향족의 나머지 부분)의 제1 연합 분산 전에 니트로화될 방향족, 등 (이런 변종들의 조합 또한 가능함)에 첨가될 수 있다. 원칙적으로, 유일하게 중요한 것은 유기 상과 산 상의 효율적인 분산을 확실하게 하기 위해 니트로화 반응이 시작될 때 충분한 양의 니트로방향족이 출발 반응 혼합물에 존재하는 것이다.
특히, 발명의 공정의 유익한 또는 바람직한 구체예가 하기에서 기술될 것이다:
상기에서 기술된 것과 같이, 전환 및/또는 니트로화 반응은 발명의 공정에서 바람직하게 단열 반응 조건 하에 수행된다.
본 발명의 특정 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응은 또한 특히, 모노니트로화반응으로서 수행된다.
본 발명의 추가의 특정 구체예에서, 공정은 보통, 선택된 반응 조건 하에서, 출발 반응 혼합물 및 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이 유기 상 및 산 상, 특히 산성 수성산의 액체/액체 혼합물로서 존재하는 방식으로 수행된다. 특히, 유기 상은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 포함할 수 있고 및/또는, 특히 산 상 (즉, 특히 산성 수성상)은 질산, 황산 및 선택적으로 물 (및 선택적으로 그 안에 용해된, 니트로화반응에서 형성된 첨가된 니트로방향족 및/또는 니트로방향족의 부분)을 포함할 수 있다.
발명의 공정에서, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 질산/황산 니트로화 산 혼합물 및 (첨가된 또는 재순환된) 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 (출발) 니트로화반응 혼합물 (즉 초기 니트로화반응 혼합물 또는 전환 및/또는 니트로화 반응이 시작될 때 존재하는 니트로화반응 혼합물)을 형성한다; 달리 표현하면, 니트로화반응 혼합물 (즉 초기 니트로화반응 혼합물 또는 전환 및/또는 니트로화 반응이 시작될 때 존재하는 니트로화반응 혼합물)은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 질산/황산 니트로화 산 혼합물을 포함하는 출발 반응 혼합물 및 또한 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 포함한다. 대조적으로, 전환 후에 얻어진 또는 결과적으로 생성된 및/또는 니트로화 반응이 종결될 때의 니트로화반응 혼합물은 적어도 실질적으로 폐 니트로화 산 및 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족) 및 선택적으로 소량의 미반응 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)을 (존재하는 임의의 불순물 및 부산물과 함께) 포함한다.
원칙적으로, 실제로 임의의 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)이 본 발명에 따라 니트로화될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은 선택된 반응 조건 하에서 액체일 수 있다. 특히, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은 표준 압력 (1.01325 bar) 하에서 70℃ 이상, 특히 50℃ 이상, 바람직하게는 25℃ 이상, 특히 바람직하게는 10℃ 이상의 온도에서 액체 상태로 존재할 수 있다. 이것은 효율적인 반응 과정이 가능하도록 만들어준다.
특히, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은 선택적으로 할로겐화된 단환식 또는 다환식 유기 방향족 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 니트로화반응에 사용된 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은, 특히, 벤젠, 모노니트로벤젠 (MNB), 할로겐화된 벤젠, 특히 모노클로로벤젠 및 다이클로로벤젠, 모노니트로화된 할로겐화된 벤젠, 톨루엔, 모노니트로톨루엔 (MNT), 다이니트로톨루엔 (DNT) 및 크실렌, 및 이것들의 혼합물 및 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 것은 벤젠이다.
원칙적으로, 실제로는 임의의 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
제조된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)과 관련하여, 이것들은, 특히, 선택된 반응 조건 하에서 액체일 수 있다. 특히, 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 표준 압력 (1.01325 bar) 하에서 70℃ 이상, 특히 50℃ 이상, 바람직하게는 25℃ 이상, 특히 바람직하게는 10℃ 이상의 온도에서 액체 상태로 존재할 수 있다. 이것은 공정이 효율적으로 진행되는 것을 확실하게 해준다.
제조된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은, 특히, 선택적으로 할로겐화된 단환식 또는 다환식 모노니트로화된, 다이니트로화된 또는 트라이니트로화된 유기 방향족 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 제조된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 모노니트로벤젠 (MNB), 다이니트로-벤젠 (DNB), 할로겐화된 모노니트로벤젠 및 다이니트로벤젠, 특히 모노니트로화된 및 다이니트로화된 모노클로로벤젠 및 다이클로로벤젠, 모노니트로톨루엔 (MNT), 다이니트로톨루엔 (DNT), 트라이니트로톨루엔 및 모노니트로화된 및 다이니트로화된 크실렌 및 또한 이것들의 혼합물 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 것은 모노니트로벤젠이다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 벤젠이 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)로서 사용되고 모노니트로벤젠 (MNB)이 니트로화된 방향족 유기 화합물 (모노니트로벤젠 (MNB))로서 얻어진다.
발명의 공정의 공통된 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응 후에는 산성 수성상 (산 상)의 제거 및/또는 얻어진 니트로화반응 혼합물의 폐 니트로화 산 및 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)로의 상 분리가 이어지고, 특히 하나 이상의 스크러빙 단계에서, 바람직하게는 스크러빙 매질로의 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)의 스크러빙이 이어지며, 바람직하게는 이 방법에서 불순물이 없는, (즉 정제된) 스크러빙된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위하여 사용된 스크러빙 매질의 제거가 후속된다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 스크럽은 적어도 2개의 스크러빙 단계로 수행될 수 있는데, 적어도 하나의 스크러빙 단계 ("산 스크럽") 및 적어도 하나의 중성 스크러빙 단계 ("중성 스크럽")이 제공될 수 있다.
스크럽은 바람직하게는 (i) 바람직하게 스크러빙 매질로서 물 또는 무기 산을 사용하여, 산성 매질에서 수행되는 적어도 하나의 제1 스크러빙 단계 ("산 스크럽"), (ii) 바람직하게 스크러빙 매질로서 염기를 사용하여, 알칼리성 (염기성) 매질에서 수행되는 적어도 하나의 제2 스크러빙 단계 ("염기성 스크럽"), 및 (iii) 바람직하게 스크러빙 매질로서 물을 사용하여 (및 제1 부터 제3 스크럽까지 상기 언급된 순서 또는 차례로), 중성 매질에서 수행되는 적어도 하나의 제3 스크러빙 단계 ("중성 스크럽")을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 사용된 스크러빙 매질은, 특히 정제 후에 스크럽하기 위해 재활용되거나 및/또는 순환되거나 및/또는 재순환될 수 있다.
상기에서 표시된 것과 같이, 니트로화반응 혼합물의 산, 니트로페놀 및 다른 산성 불순물 및, 그 안에 용해되어 있고 현탁되어 있는, 스크러빙 매질에 의해 추출될 수 있는 기타 불순물을 제거하기 위한 미정제 니트로방향족의 스크럽은, 보통 3개의 스크러빙 단계를 포함한다 (예를 들어, F.　Meissner et al., Industrial and Engineering Chemistry, vol.　46, pages 718 to 724 (1954); Ullmanns Enzyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition, vol.　17, pages 384 to 386; H.　Hermann et al., "Industrial Nitration of Toluene to Dinitrotoluene", ACS Symposium Series 623 (1996), pages 234 to 249, Editors: L.　F. Albright, R.　V.　C. Carr, R.　J. Schmitt; US　6　288　289　B1; EP　1　816　117 B1 참조함). 스크러빙 매질로서, 보통 물을 사용하는 것이 가능하며, 이때 스크럽은 보통 액체/액체 스크럽 (즉 스크러빙될 니트로방향족이 액체로서 존재하는 온도에서)으로서 수행된다. 나아가, 폐 니트로화 산의 재농축으로부터의 증기 응축물은, 본 발명에 따르면, 또한 산 스크럽에서 스크러빙 매질로서 (스크러빙 단계(i)에서) 또는 알칼리성 스크럽으로서 (스크러빙 단계 (ii)에서) 사용될 수 있다.
상기 표시된 바, 3-단계 스크럽은 보통 다음 단계들을 포함한다:
(i) 용해된 또는 현탁된 무기 산, 예컨대 황산, 질산 및 질소 산화물을 제거하기 위한 물을 사용하는 산 스크럽 ("산 스크럽");
(ii) 미정제 니트로방향족, 예컨대 니트로페놀, 니트로크레졸, 니트로벤조산에 용해된 약산성 불순물, 페놀 또는 지방족 또는 환식 탄화수소, 등의 산화성 분해로부터의 분해 생성물, 예컨대 옥살산, 등을 제거하기 위한 ("알칼리성 스크럽"), 또는 TNT의 경우에 비대칭 이성질체를 제거하기 위한 ("염기성 스크럽"), 염기, 예컨대 탄산 나트륨 (소다), 중탄산 나트륨, 아황산 나트륨, 아황산수소 나트륨, 암모니아, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 등의 존재 하에서의 염기성 또는 알칼리성 스크럽 (예를 들어, US　4　482　769　A, US 4 597 875 A 또는 US 6 288 289 B1 참조);
(iii) 알칼리의 미량 잔류물을 제거하고 추가로 생성물에 미량으로 여전히 남아 있는 불순물을 제거하기 위한 중성 스크럽 ("중성 스크럽").
이들 스크러빙 단계의 목적은, 특히, 순수한 생성물뿐만 아니라 생성물의 메트릭 톤당 매우 적은 폐수를 얻는 것이며, 여기서 폐수 및 스크러빙-아웃된 불순물은 값싸게 폐기될 수 있는 그런 형태로 존재한다.
본 발명의 특정 구체예는 유리하게도, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)이 분리된 후에, 특히 농축 후 및/또는 신선한 질산 및/또는 황산의 첨가 후에, 니트로화 반응으로 재활용되거나 및/또는 순환되거나 및/또는 재순환될, 전환 및/또는 니트로화 반응 후에 얻어진 폐 니트로화 산을 제공한다. 공정 효율은 이 방법에서 추가로 증가된다.
나아가, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양은 또한 광범위한 범위 내에서 다를 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양은 유리하게도 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양이 유기 상과 산 상 사이의 계면 장력의 저하를 유발하거나 및/또는 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양이 유기 상 및 산 상의 개선된 분산성, 특히 유화성을 유발하도록 선택될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 추가의 특정 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양은 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 중량 비율이, 니트로화될 및/또는 반응될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)을 기준으로, 0.01 내지 60 중량%의 범위, 특히 0.1 내지 50 중량%의 범위, 바람직하게는 5 내지 45 중량%의 범위, 특히 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 범위에 있거나 그 범위에서 달라지도록 선택될 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 추가의 특정 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 양은 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 중량 비율이, 질산/황산 니트로화 산 혼합물 중의 황산을 기준으로, 0.01 내지 10 중량%의 범위, 특히 0.2 내지 5 중량%의 범위, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%의 범위, 특히 바람직하게는 1 내지 2 중량%의 범위에 있거나 그 범위에서 달라지도록 선택될 수 있다.
발명의 공정은 또한 다른 공정 조건과 관련하여 탄력적이고 실제로 각각의 조건 (예컨대 기구와 관련된 상황)에 대해 임의의 방식으로 적응되거나 매치될 수 있다.
그러므로, 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 도입은 또한 발명의 공정의 다양한 공정 단계 및 위치에서 수행될 수 있다. 특히, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 다음의 위치 (i) 내지 (iv): (i) 모든 다른 반응물의 출발 반응 혼합물; 및/또는 (ii) 특히 질산/황산 니트로화 산 혼합물의 생성 전의 질산/황산 니트로화 산 혼합물 중의 황산; 및/또는 (iii) 질산/황산 니트로화 산 혼합물; 및/또는 (iv) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 중 적어도 하나에서 첨가 및/또는 도입될 수 있다. 이들 변수 중 둘 이상의 조합도 원칙적으로 가능하다.
나아가, 재순환될 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 테이킹-오프(taking-off)는 또한 발명의 공정의 다양한 공정 단계 및 위치에서 수행될 수 있다. 특히, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 다음의 위치 (i) 내지 (iv): (i) 바람직하게는 산성 수성상 (산 상)의 제거 후 및/또는 얻어진 니트로화반응 혼합물의 폐 니트로화 산 및 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)로의 상 분리 후, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족); 및/또는 (ii) 특히 산 또는 중성 스크럽 후 스크럽된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족); 및/또는 (iii) 특히 산 또는 중성 스크럽 후에 얻어진, 스트리핑된 또는 증류된 또는 건조된, 스크러빙된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족); 및/또는 (iv) 폐 니트로화 산의 농축 후에 증기 응축물로 얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족) 중 적어도 하나로부터 유래할 수 있다. 이들 변수의 둘 이상의 조합 역시 원칙적으로 가능하다.
본 발명의 특정 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 유리하게도 출발 반응 혼합물의 유기 상 및 산 상 둘 다에 도입되거나 및/또는 첨가될 수 있다. 이 방법으로, 두 상기 언급된 상 (유기 상 및 산 상)에서의 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 특정한 신속하고 효율적인 분배 평형(partition equilibrium)이 유발된다. 이 구체예에서, 또한, 특히, 유기 상을 기준으로, 0.1 내지 35 중량%, 특히 10 내지 25 중량%의 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이 유기 상에 대해 첨가되고, 및/또는 산 상을 기준으로, 0.1 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량%, 특히 바람직하게는 1.1 내지 1.5 중량%의 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)이 산 상에 첨가되는 것이 가능하다.
발명의 공정의 특정 구체예에서, 특히, 전환 및/또는 니트로화 반응 후에 얻어진 폐 니트로화 산이, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)의 제거 후 및 후속되는 농축 후에 및 선택적으로 신선한 질산 및/또는 황산의 첨가 후에 니트로화 반응으로 재활용되거나 및/또는 순환되거나 및/또는 재순환되는 것이 가능하고, 이때 전환 및/또는 니트로화 반응에 대해 첨가된 및/또는 재순환된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 선택적으로 신선한 질산 및/또는 황산 및/또는 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)과 혼합되어 있는 농축된 폐 니트로화 산에 첨가되거나 및/또는 그 안으로 도입된다. 특히, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은, 이 특정 구체예에서, 반응이 시작되기 직전에 및/또는, 시간을 기준으로, 마지막 구성요소 (반응물)로서, 바람직하게는 전환 및/또는 니트로화 반응을 촉발하는 초기 분산 작동 직전에 첨가되거나 및/또는 도입될 수 있다.
발명의 공정의 또 다른 추가의 특정 구체예에서, 특히, 전환 및/또는 니트로화 반응 후에 얻어진 폐 니트로화 산이, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)의 제거 후 및 후속되는 농축 후에, 니트로화 반응으로 재활용 산으로서 재활용되거나 및/또는 순환되거나 및/또는 재순환되는 것이 가능하여, 먼저 농축된 재활용 산 및 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 또한 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)과, 후속해서 분산에 첨가되는, 특히 그 안에 분산된 질산과의 분산이 얻어지고, 니트로화 반응이 이 방법으로 개시된다. 특히, 질산은, 이 특정 구체예에서, 반응이 시작되기 직전에 및/또는 시간을 기준으로, 마지막 반응 구성요소 (반응물)로서, 바람직하게는 전환 및/또는 니트로화 반응을 촉발시키는 첫 번째 분산 작동 직전에 첨가되거나 및/또는 도입될 수 있다.
상기에서 나타낸 것과 같이, 발명의 공정은 공정 조건과 관련하여 탄력적이고 실제로 각각의 조건 (예컨대 기구와 관련된 상황)에 대해 임의의 방법으로 적응되거나 매치될 수 있다. 이런 맥락에서, (반응) 출발 온도는 또한 광범위한 범위 내에서 다를 수 있다.
전환 및/또는 니트로화 반응에 대한 초기 온도는 통상적으로 70℃ 내지 120℃, 특히 80℃ 내지 120℃, 바람직하게는 80℃ 내지 110℃, 특히 바람직하게는 85℃ 내지 105℃의 온도 범위에서 선택될 수 있다.
발명의 공정의 장점 및 특수한 측면과 관련하여 상기에서 나타낸 것과 같이, 발명의 공정의 유리한 구체예에서, 전환 및/또는 니트로화 반응에 대한 초기 온도는 120℃ 이하, 특히 100℃ 이하, 바람직하게는 95℃ 이하, 특히 바람직하게는 90℃ 이하인 것이 가능하다.
특히, 발명의 공정은 선행 기술과 비교하여 더 낮은 초기 온도에서 (및 더 높은 초기 온도를 갖지만 그렇지 않으면 동일한 조건을 가진 선행 기술에 따르는 공정에서보다 더 긴 반응 또는 거주 시간을 필요로 하지 않으면서) 또한 시작될 수 있는 니트로화 반응으로 이어진다. 특히, 발명의 공정은 니트로화반응이 100℃ 아래, 바람직하게는 95℃ 아래, 특히 바람직하게는 90℃ 아래의 (반응) 출발 온도에서, 더 높은 초기 온도를 갖지만 그렇지 않으면 동일한 조건을 가진 선행 기술에 따르는 공정에서보다 더 긴 반응 또는 거주 시간을 필요로 하지 않으면서 개시되거나 시작되는 것을 가능하게 한다.
니트로화제로서 발명에 따라 사용된 질산/황산 니트로화 산 혼합물과 관련하여, 이것은, 특히 수성 질산/황산 니트로화 산 혼합물일 수 있다.
통상적으로 사용된 질산/황산 니트로화 산 혼합물은, 질산/황산 니트로화 산 혼합물을 기준으로, 60 내지 79 중량%, 특히 62 내지 75 중량%, 바람직하게는 65 내지 72 중량%의 양의 황산, 및 1 내지 8 중량%, 특히 2 내지 6 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량%의 양의 질산을 함유한다. 100 중량%를 만들기 위한 나머지는 물이다.
발명의 공정의 특정 구체예에서, 질산/황산 니트로화 산 혼합물은, 특히, 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의, 사용된 질산/황산 니트로화 산 혼합물에 존재하는 니트로화될 질산에 대한 화학양론적 비율이 1.0 내지 1.5의 범위, 특히 1.05 내지 1.15의 범위 내에 있게 되는 양으로 사용될 수 있다.
발명의 공정의 유리한 구체예에 따르면, 질산/황산 니트로화 산 혼합물은, 특히, 폐 니트로화 산의 니트로화된 유기 화합물 (니트로방향족)에 대한 부피-기준 상 비율이 3 : 1 내지 25 : 1의 범위, 특히 4 : 1 내지 15 : 1의 범위, 바람직하게는 5 : 1 내지 8 : 1의 범위에 있게 되는 양으로 사용될 수 있다.
통상적인 과정에 따르면, 발명의 공정 또는 전환 및/또는 니트로화 반응은 반응기, 특히 튜브 반응기에서 수행될 수 있다.
발명의 공정의 구체예에서, 공정 또는 전환 및/또는 니트로화 반응은, 특히, 반응기, 특히 튜브 반응기에서 수행될 수 있고, 이때 반응기, 특히 튜브 반응기에서의 반응 시간 및/또는 반응 혼합물의 거주 시간은 질산/황산 니트로화 산 혼합물 중의 질산이 적어도 98%, 특히 적어도 99%, 바람직하게는 적어도 99.5% 정도로 반응되도록 하는 방식으로 선택된다.
발명의 공정의 추가의 구체예에서, 공정 또는 전환 및/또는 니트로화 반응은, 특히, 튜브 반응기에서 수행될 수 있다. 여기서, 튜브 반응기에서 반응 시간 및/또는 반응 혼합물의 거주 시간은 10 내지 180초, 특히 30 내지 180초, 바람직하게는 40 내지 120초, 특히 바람직하게는 60 내지 90초일 수 있다. 나아가, 이 구체예는 튜브 반응기에서의 반응 시간 및/또는 반응 혼합물의 거주 시간이 180초, 특히 120초를 초과하지 않도록 하는 방식으로 수행될 수 있다. 나아가, 튜브 반응기에서 반응 혼합물의 유속은, 이 구체예에서, 플러그 흐름이, 특히 역혼합 없이 존재하도록 선택될 수 있다. 특히, 반응 혼합물은, 이 구체예에서, 플러그 흐름으로, 특히 역혼합 없이, 튜브 반응기를 관통한다. 특히, 튜브 반응기에서 반응 혼합물의 유속은 0.01 내지 10　m/s, 특히 0.1 내지 5　m/s, 바람직하게는 0.2 내지 3　m/s, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2　m/s, 보다 더 바람직하게는 0.8 내지 1.5　m/s일 수 있다.
발명의 공정의 특정 구체예에서, 공정 또는 전환 및/또는 니트로화 반응은, 특히, 튜브 반응기에서 수행될 수 있고, 이때 튜브 반응기에는 하나 이상, 바람직하게는 하나 이상의 혼합 요소(들) (분산 요소)가, 특히 추가적인 혼합 에너지의 도입을 위해 장착된다. 이 구체예에서, 혼합 요소는, 특히, 금속 플레이트, 특히 충돌(impingement) 또는 편향 플레이트로서, 오리피스 플레이트로서, 정적 혼합기로서 또는 흐름 분할기로서 구성될 수 있다. 특히, 혼합 요소에 의해 도입될, 10 내지 1000　줄(joule)/리터, 바람직하게는 10 내지 500　줄/리터, 특히 바람직하게는 20 내지 200　줄/리터의 혼합 에너지가 제공될 수 있다. 나아가, 혼합 요소당 압력 강하는, 특히 0.1 bar 내지 3.0　bar, 바람직하게는 0.3 내지 1.5　bar, 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.8　bar일 수 있다. 이 구체예에서, 혼합 요소는 질산 또는 질산/황산 니트로화 산 혼합물의 전환율이 반응기의 처음 10 내지 30 부피%에서 적어도 40%, 특히 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%가 되는 방식으로 튜브 반응기에서 배열되는 것이 선호될 수 있다. 이 구체예에서, 마찬가지로 혼합 요소는 튜브 반응기의 단부에서 도입된 질산의 전환율이 적어도 98%, 바람직하게는 적어도 99%, 특히 바람직하게는 적어도 99.5%가 되는 방식으로 튜브 반응기에서 배열되는 것이 선호될 수 있다.
마지막으로, 발명의 공정의 추가의 특정 구체예에 따르면, 공정 또는 전환 및/또는 니트로화 반응은 반응기, 특히 튜브 반응기에서 수행될 수 있고, 여기서, 특히 분산 또는 에멀션, 특히 출발 반응 혼합물 또는 니트로화반응 혼합물을 생성하기 위한 분산 장치, 바람직하게는 혼합 장치는 반응기, 특히 튜브 반응기의 상류에 위치한다. 이 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 교반된 용기, 제트 혼합기 또는 펌프, 특히 원심분리 펌프로서 구성될 수 있다. 이 구체예의 특정 변형예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 펌프, 특히 원심분리 펌프로서 구성될 수 있다. 이 구체예의 또 다른 특정 변형예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 제트 혼합기로서 구성될 수 있다; 특히, 제트 혼합기는 바람직하게 중심 구동 제트류 및 매질 주위의 구동 제트류를, 특히 환상 제트류의 형태로 생성할 수 있다. 특히, 분산 장치, 특히 혼합 장치는, 이 구체예에서, 반응기, 특히 튜브 반응기의 상류, 바람직하게는 바로 상류에 위치할 수 있고, 특히 이때 분산 장치는 반응기 등으로 뻗어 나가며, 특히 분산 장치는 반응기 안으로 일체화되거나 및/또는 반응기의 구성요소가 될 수 있다.
발명의 공정은 특히 바람직하게는 다음과 같이 수행되며, 공정은 벤젠의 니트로벤젠을 얻기 위한 니트로화반응에 대해 실시예에 의해 기술된다. 그러나, 발명의 공정은, 특히, 또한 황산 또는 니트로화 산에서의 분산이 어려운 모든 다른 방향족 (예컨대 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 등)에 대해서도 사용될 수 있다.
니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 단열 니트로화반응의 기저에 있는 공정 및 이 목적을 위해 사용된 반응기는 EP　1　272　268　A2, EP　1　291 078 A2 및 EP 2 168 942 A1에서 실시예에 의해 기술된다.
단열 니트로화반응에서, 또한 바람직하게 발명의 공정에서 사용되는 바와 같이, 전형적으로 60 내지 79 중량%, 특히 62 내지 75 중량%, 바람직하게는 65 내지 72 중량%의 황산의 중량부를 가지며 1 내지 8 중량%, 바람직하게는 2 내지 6 중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 5 중량%의 질산의 중량부를 가지는 혼합 산 (니트로화 산 혼합물 또는 니트로화 산)을, 니트로화될 벤젠과, 바람직하게는 분산 기구에서, 1.0 내지 1.5, 바람직하게는 1.05 내지 1.15의 벤젠의 질산에 대한 화학양론적 비율로 혼합하는 것이 꽤 일반적으로 가능하다. 니트로화반응 혼합물 중의 유기 상과 산 상 사이의 상 비율은 사용된 혼합 산 중의 질산의 농도에 의해 결정된다: 4.5 중량%의 질산을 함유한 혼합 산의 경우에, 중량 기준으로 10%의 벤젠의 초과량에서, 혼합 산/벤젠의 비율은 16.3이다. 반응이 종결될 때, 약 10.3의 폐 산/생성물의 비율을 가지는, 총 반응 열이 저장되는 니트로화반응 혼합물이 얻어진다. 니트로화반응 혼합물의 온도 상승, 즉 최종 온도와 초기 온도 사이의 차이 (△T)는 99% 이상의 질산의 생성물로의 전환의 상 비율에 의해 분명하게 측정된다. 만약 상 비율이, 예컨대 혼합 산 중의 질산의 더 높은 함량으로 인해 더 작아지면, 최종 온도와 초기 온도 사이의 차이 (△T)는 더 커지고, 그 역도 마찬가지이다.
반응 참가물들의 혼합 후에 유기 상 및 산 상의 2-상 혼합물은, 니트로화반응 혼합물의 급격한 온도 증가로부터 인지될 수 있는 니트로화반응이, 예컨대 튜브 반응기에서 시작되는 방식으로 분산된다. 초기 온도는 개별적인 공급 스트림의 혼합 온도에 의해 제공되고, 특히 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 단열 니트로화반응의 경우에는, 전형적으로 70 내지 120℃의 범위, 특히 80 내지 120℃의 범위, 바람직하게는 80 내지 110℃의 범위, 특히 바람직하게는 85 내지 105℃의 범위에 있다. 특히, 전환 및/또는 니트로화 반응의 초기 온도는 120℃ 이하, 특히 100℃ 이하, 바람직하게는 95℃ 이하, 특히 바람직하게는 90℃ 이하이다.
적어도 98%, 바람직하게는 99% 이상의, 도입된 질산이 단부에서 반응되는, 튜브 반응기에서 니트로화반응 혼합물의 거주 시간은 보통 30 내지 180초, 바람직하게는 120초 이하, 특히 바람직하게는 60 내지 90초일 수 있다. 튜브에서의 니트로화반응 혼합물의 유속은 0.1 내지 5.0　m/s, 바람직하게는 0.2 내지 3.0　m/s, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.0　m/s, 아주 특히 바람직하게는 0.8 내지 1.5　m/s일 수 있어서, 플러그 흐름이 역혼합 없이 튜브 반응기에서 우세할 수 있다. 튜브 반응기의 치수는 튜브 반응기에서의 생성물의 시간당 산출, 혼합 산 중의 질산의 함량, 거주 시간 및 유속의 설정에 의해 유한하게 고정된다.
특정 구체예에서, 혼합 산은 바람직하게 황산 및 질산의 조합에 의해 시작할 때 제조될 수 있다. 그런 후 두 번째 단계에서, 니트로화될 방향족은 이 혼합 산에 분산될 수 있다. 그런 후 초기 온도는 개별적인 공급 스트림의 혼합 온도로서 발생한다. 공급 스트림의 온도는 바람직하게는 원하는 초기 온도가 혼합 후에도 우세할 수 있는 방식으로 구성된다.
적합한 초기 온도의 선택과는 별개로, 규정된 거주 시간을 고수하면서 질산의 거의 완전한 전환을 위한 추가의 전제조건인, 최종 온도와 초기 온도 사이의 온도 차이 (△T) 및 또한 니트로화반응 혼합물 자체의 최종 온도의 설정은, 표적화된 방식으로 제1 분산 작동이 수행된 직후에 니트로화반응 혼합물에서 원하는 온도 상승이 발생하는 방식으로 (선행 기술로부터 당업자들에게 알려져 있고 친숙함) 니트로화반응이 시작되게 하는 혼합 산 중의 니트로화될 방향족의 분산이다. 이 목적을 위해, 니트로화될 방향족은 혼합 산에, 예컨대 적절하게 형상화된 노즐에 의해 분산될 수 있거나 (예를 들어, EP　0　373　966 A2, EP 0 436 443 A2 또는 EP 0 708 076 A2 참조), 또는 니트로화반응 혼합물은 먼저 정적 혼합기에 의해 (예를 들어, EP　0　489 211 A1 또는 EP 0 779 270 A1 참조) 또는 제트 혼합기에 의해 (예를 들어, EP　0　771　783　A1 참조) 또는 특수하게 형상화된 오리피스 플레이트에 의해 (예를 들어, EP　1　272　268　A2 또는 EP 1 291 078 A2 참조) 분산될 수 있으며, 이것들은 바람직하게는 또한 재분산 작동에서도 사용된다.
사용된 분산 기술과 무관하게, 상들의 서로에 대한 상에서의, 예컨대 대량으로 존재하는 혼합 산 중의 벤젠의 제1 분산에서, 가장 바람직하지 못한 계면 장력이, 최적 분산의 방해받은 결과로서, 상들 사이에서 우세하다. 더불어, 에너지 유입에 의해 생성된 혼합 산 중의 순수한 니트로화될 방향족의 분산은 신속하게 합체하려는 경향이 있다.
니트로방향족과 수성 상 사이의 (예컨대 니트로벤젠과 물 사이의) 계면 장력은 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)과 물 사이의 계면 장력보다 상당히 더 낮다. 반응을 촉발시키는 처음 초기 분산 작동 전의 니트로화된 생성물의 발명에 따른 첨가는 상 계면에서의 계면 장력을 효율적으로 및 상당히 감소시키고, 그 결과로서 개선된 분산이 시작될 때 이루어지며 초기에 생성된 분산이 합체되려는 경향성은 감소된다.
니트로화반응, 바람직하게는 튜브 반응기에서의 단열 니트로화반응에 대한 시작 전에, 특히 반응의 시작 직전에, 즉 니트로화반응을 촉발하는 제1 초기 분산 작동 전에, 니트로화반응 혼합물에 대한 황산, 질산 및 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)에 더불어 추가의 구성요소로서 니트로화된 생성물의 발명에 따라 제공된 추가적인 첨가에서, 첨가 순서에 다양한 변화가 가능하다. 재순환될 생성물은, 특히,
a) 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)의 첨가 전 및 질산의 믹싱-인(mixing-in) 전에 농축되고 재활용된 황산 (재활용 산) 안으로 도입되거나 및/또는
b) 질산의 믹싱-인 직후 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)의 첨가 전에 혼합 산으로 도입되거나 및/또는
c) 니트로화될 방향족과 함께 도입되거나 및/또는
d) 재활용 산 또는 혼합 산으로의 상 분리 전에 니트로화반응 에멀션의 아류로서 도입되거나 및/또는
e) a) 내지 c)의 조합으로서, 특히 첨가된 니트로화된 생성물 (예컨대 니트로벤젠)의 일부가 a) 및/또는 b)에서처럼 수성 상으로 도입되고 다른 부분이 c)에서처럼 니트로화될 방향족과 함께 도입되는 방식으로 도입될 수 있다.
질산과 별개로 니트로화반응 혼합물의 제2 반응성 구성요소로서 니트로화될 방향족의 첨가는 유리하게도 a) 내지 e)에서 언제나, 특히, 끝에서, 바람직하게는 반응을 촉발시키는 제1 분산 작동 직전에 수행된다.
이들 변화와 별도로, 특히 또한 제1 분산 작동 전에 니트로화될 방향족의 최종 구성요소로서의 니트로화반응 혼합물에의 첨가와 별도로, 니트로화반응 혼합물에 대한 제1 분산 작동 전에 마지막 구성요소로서 니트로화반응에 참여하는 제2 파트너로서 질산을 첨가하는 것이 특히 유리하다.
재활용 산과의 균일한 혼합 (질산의 경우에) 또는 재활용 황산에서의 사전분산 (재순환된 니트로화된 생성물 또는 니트로화될 방향족의 경우에)은 적합한 혼합 장치 (예컨대 정적 혼합기, 오리피스 플레이트, 제트 혼합기, 등)에 의해, 니트로화반응 혼합물의 주요 구성요소인 농축된 재활용 황산으로의 출발 물질의 각각의 도입 후에 이들 혼합 장치에서 단지 작은 압력 강하가 발생하는 방식으로 실시되는 것이 유리한 것으로 나타났다.
농축된 재활용 산, 혼합 산 또는 니트로화될 방향족 (예컨대 벤젠)에 첨가된 생성물 (예컨대 니트로벤젠)은 공정의 다양한 단계로부터 동등하게, 즉,
A) 특히 폐 니트로화 산 및 니트로벤젠으로 구성된 니트로화반응 혼합물의 상 분리 후에, 냉각 전 또는 후에 및 바람직하게는 스크러빙 매질로의 처리 전에 미정제 니트로벤젠으로서 (이 미정제 니트로벤젠은, 생성물 외에, 2 내지 10%의 벤젠, 0.2 내지 0.25%의, 용해된 형태로의 니트로페놀 및 미량의 황산, 및 미세에멀션으로서 폐 산을 함유하지만 물은 함유하지 않음); 및/또는
B) 산 스크럽 후에, 산이 없는, 부분적으로 정제된 니트로벤젠으로서 (산 스크럽으로부터의 이 니트로벤젠은, 총 니트로페놀에 더불어, 과잉 벤젠을 모두 함유하며 물로 포화되어 있음); 및/또는
C) 중성 스크럽 후에 정제된 니트로벤젠으로서 (중성 스크럽으로부터의 이 니트로벤젠은 약 2 내지 60 ppm의, 단지 미량의 니트로페놀, 및 모든 과잉 벤젠을 함유하며 마찬가지로 물로 포화되어 있음); 및/또는
D) 폐 산의 재활용 산으로의 농축에서 증기 응축물로서 얻어진 니트로벤젠으로서 (폐산의 농축의 축합물로부터 유래된, 생성물의 약 10 내지 15%인 이 니트로벤젠은 실질적으로 니트로페놀이 없지만 마찬가지로 여전히 벤젠의 적은 잔류물을 함유하고 마찬가지로 물로 포화되어 있음); 및/또는
E) 과잉의 벤젠의 제거 후에, 물이 없거나 물로 포화된 최종 생성물로서; 및/또는
F) 또한 후속되는 니트로화반응 공정으로의 재순환으로 상 분리 전에 니트로화반응 에멀션의 부분적인 오프테이크(offtake)로서; 및/또는
G) A) 내지 F)의 조합으로서
잘 얻어질 수 있다.
상기 언급된 위치 A) 내지 C) 후에 여전히 벤젠을 함유하고 있는 니트로벤젠의 재순환은 유리하고 상기 언급된 위치 B) 및 C) 후에 여전히 벤젠을 함유하고 있는 니트로벤젠의 재순환은 재활용 산에서 미량의 질산을 포함한 부산물, 특히 니트로벤젠으로부터의 다이니트로벤젠의 형성을 최소화하기 위해 특히 유리하다.
질산의 첨가 또는 혼합 산에의 첨가 전에 농축된 재활용 산에 대한 생성물의 첨가의 경우에, 특히 0.1 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3.0 중량%, 특히 바람직하게는 1.1 내지 2.0 중량%가 재활용 산에 첨가된다.
유기 상과 산 상 사이의 계면 장력의 효율적인 저하는 마찬가지로 니트로화될 벤젠을, 0.1 내지 50%, 바람직하게는 5.0 내지 45%, 특히 바람직하게는 11 내지 40%의 니트로벤젠을 포함하는 벤젠/니트로벤젠의 혼합물이 도입되는 방식으로 니트로벤젠과 혼합함으로써 이루어진다.
니트로화된 생성물 (예컨대 니트로벤젠)의 재활용 산으로의 직접적인 첨가의 경우에 및 또한 생성물 (예컨대 니트로벤젠)의 니트로화될 방향족에의 첨가의 경우에 모두, 니트로화된 생성물의 또는 니트로화된 생성물/니트로화될 방향족의 혼합물의 사전 분산 및 특정 거주 시간을 제공하는 것이 유리하고, 그것의 기간은 재활용 산에서 첨가된 유기 상의 사전분산의 품질에 좌우되어서, 산과 유기 상 사이의 니트로화된 생성물의 분배 평형은 니트로화된 생성물을 함유하는 두 상 사이의 최적으로 변경된 계면 장력이 효과적이 되기 전에 확립될 수 있다.
제1 분산 작동 전에 이 거주 시간을 단축시키기 위하여, 니트로화된 생성물 (예컨대 니트로벤젠)을, 각각의 산에서 첨가된 생성물에 대한 용해도 한계가 초과되는 양으로 재활용 산 또는 혼합 산에 첨가하는 것이 특히 유리하다. 그런 후에 두 상으로 구성되는 니트로화된 생성물/산의 혼합물이 형성된다.
이 혼합물로의 니트로화될 방향족의 첨가에서, 산에 용해되지 않는 첨가된 니트로화된 생성물의 부분은 즉시 니트로화될 방향족과 혼합되어서, 벤젠/니트로벤젠의 혼합물이 제1 분산 작동 적이라도 유기 상으로서 발생한다. 각각 니트로벤젠을 함유하는 두 상은, 이런 방식으로 제1 분산 작동에 바람직한 감소된 계면 장력에 기여한다.
제1 분산 작동 전에 튜브 반응기에서의 거주 시간을 단축시키고 그로써 두 상 사이에서 첨가된 생성물에 대한 적절한 분배 평형을 보다 빠르게 얻기 위한 추가의 가능한 방법은 생성물 (예컨대 니트로벤젠)을 산 상 및 또한 유기 상 둘 다를 통해 니트로화반응 회로 안으로, 특히, 예를 들어, 재활용 산의 양을 기준으로, 0.1 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량%, 특히 바람직하게는 1.1 내지 1.5 중량%가 산 상에 첨가될 수 있고 및/또는, 예를 들어, 0.1 내지 32 중량%, 바람직하게는 11.0 내지 25 중량%의 니트로벤젠이 니트로화될 벤젠 및 니트로벤젠으로 구성된 유기 상에 첨가될 수 있게 하는 방식으로 도입하는 것이다.
상기에서 기술된 것과 같이, 완전한 니트로화반응 혼합물의 제1 분산 작동 전에 마지막 구성요소로서 니트로화될 방향족의 첨가의 변화와 별개로, 먼저 재활용 산, 니트로화된 생성물 및 니트로화될 방향족의 혼합물을 사전분산시키고, 계속해서 질산을 마지막 구성요소로서 니트로화반응 혼합물에, 특히 질산이 적합한 혼합 장치에 의해 수초 이내에 수성 상으로 균일하게 일정하게 분산될뿐만 아니라 사전분산된 니트로화반응 혼합물이 보유될뿐만 아니라 추가적인 추가의 분산이 이루어지고, 이것들과 결부되어, 분산된 유기 상과 균일한 산 상 사이에 더 큰 교환 구역이 생성되게 하는 방식으로 첨가하는 것이 마찬가지로 아주 유리할 수 있다.
상기 발명 또는 발명의 공정은 원칙적으로 선행 기술로부터 공지된 임의의 단열 니트로화반응 공정에, 바람직하게는 순수한 출발 물질, 특히 분산이 어려운 방향족 (바람직하게는 벤젠) 및 순수한 혼합 산 (수성 질산/황산 니트로화 산 혼합물)을 사용하는 니트로화반응이, 예를 들어, EP　0　373　966　A2, EP　0　436　443　A2, EP　0　489　211　A1, EP　0　708　076　A2, EP　0　771　783　A1, EP　0　779　270　A1, EP　1　272　268　A2, EP 1 291 078 A2, EP 2 168 942 A1, EP　2　354　117　A1 및 EP 2 473 477 A1에서 기술된 것과 같이, 기계적 혼합 에너지의 도입에 의해 시작되는 튜브 반응기와 함께 단열 니트로화반응 공정에 사용될 수 있다.
본 발명은 추가로, 본 발명의 제2 측면에 따라, 니트로화된 생성물을 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 형태로 얻기 위한, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한 생산 설비 (즉 니트로화반응 설비 또는 설비), 특히 상기에서 기술된 것과 같은 본 발명에 따르는 공정을 수행하기 위한 설비를 제공하며,
여기서 생산 설비는 다음의 유닛 및 기구를 포함한다:
(a) 니트로화된 생성물을 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 형태로 얻기 위한, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)의 니트로화반응, 특히 단열 니트로화반응을 위한, 특히 니트로화반응을 수행하기 위한 하나 이상의 반응기, 바람직하게는 튜브 반응기를 가진 니트로화반응 유닛;
(b) 선택적으로, 생산 라인에서 니트로화반응 유닛의 하류에 배열된, 특히 니트로화된 미정제 생성물로부터 폐 니트로화 산을 분리하기 위한 적어도 하나의 분리 기구, 특히 분리용 기구 (분리기);
(c) 니트로화반응 유닛의 하류 및 생산 라인에 존재하는 임의의 분리 기구의 하류에 배열된, 특히 하나 이상의 스크러빙 단계에서, 스크러빙 매질로 니트로화된 미정제 생성물의 스크럽을 수행하기 위한 적어도 하나의 스크러빙 유닛;
(d) 생산 라인에서 스크러빙 유닛의 하류에 배열된, 스크러빙 매질로부터 스크럽된 니트로화된 생성물을 분리하기 위한 분리 기구, 특히 분리용 기구 (분리기);
여기서 생산 설비는 추가적으로 니트로화된 생성물의 니트로화반응 유닛으로의, 특히 니트로화반응 유닛의 출발 반응 혼합물 안으로의 부분적인 재순환을 위한 적어도 하나의 재순환 장치를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 니트로화반응 유닛은 반응기로서 적어도 하나의 튜브 반응기를 포함한다.
특히, 니트로화반응 유닛은, 발명의 생산 설비의 바람직한 구체예에서, 반응기로서 적어도 하나의 튜브 반응기를 포함하고, 여기서 튜브 반응기에는, 특히 추가 혼합 에너지의 도입을 위한 하나 이상의, 바람직하게는 다수의 혼합 요소 (분산 요소)가 장착된다. 이 구체예에서, 혼합 요소는, 특히, 금속 플레이트로서, 특히 충돌 또는 편향 플레이트로서, 오리피스 플레이트로서, 정적 혼합기로서 또는 흐름 분할기로서 구성될 수 있다. 나아가, 이 구체예에서 혼합 요소들은, 특히, 작동 상태에서 10 내지 1000　줄/리터, 바람직하게는 10 내지 500　줄/리터, 특히 바람직하게는 20 내지 200　줄/리터의 혼합 에너지가 혼합 요소에 의해 도입되게 하는 방식으로 구성되는 것이 가능하다. 나아가, 작동 상태에서 혼합 요소당 압력 강하는, 이 구체예에서, 0.1 bar 내지 3.0　bar, 바람직하게는 0.3 내지 1.5　bar, 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.8　bar일 수 있다. 나아가, 이 구체예의 특정 변형예에서, 혼합 요소는, 작동 상태에서 질산/황산 니트로화 산 혼합물 중의 질산의 전환율이 반응기의 처음 10 내지 30 부피%에서 적어도 40%, 특히 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%가 되게 하는 방식으로 튜브 반응기에 배열될 수 있다. 마지막으로, 이 구체예의 특정 변형예에서, 혼합 요소는, 도입된 질산의 전환율이 튜브 반응기의 단부에서 적어도 98%, 바람직하게는 적어도 99%, 특히 바람직하게는 적어도 99.5%가 되게 하는 방식으로 튜브 반응기에 배열될 수 있다.
나아가, 발명의 생산 설비의 특정 구체예에 따라, 특히, 출발 반응 혼합물 또는 니트로화반응 혼합물의 분산 또는 에멀션을 생성하기 위한 분산 장치, 바람직하게는 혼합 장치가 니트로화반응 유닛의 반응기 또는 반응기들, 특히 튜브 반응기의 상류에 위치할 수 있다.
이 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 교반된 용기, 제트 혼합기 또는 펌프, 특히 원심분리 펌프로서 구성될 수 있다. 이 구체예의 특정 변형예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 펌프, 특히 원심분리 펌프로서 구성될 수 있다. 이 구체예의 또 다른 특정 변형예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는 제트 혼합기로서 구성될 수 있고, 특히 제트 혼합기는 바람직하게는 중심 구동 제트류 및 매질 주위의 구동 제트류를, 특히 환상 제트류의 형태로 생성한다. 이 구체예에서, 분산 장치, 특히 혼합 장치는, 특히, 반응기, 특히 튜브 반응기의 상류에, 바람직하게는 바로 상류에 위치할 수 있고, 이때 분산 장치는 반응기 등으로 들어가며, 특히 분산 장치는 반응기와 일체가 되거나 및/또는 반응기의 구성요소가 된다.
생산 라인 및 존재하는 임의의 분리 기구에서 니트로화반응 유닛의 하류에 배열된 스크러빙 유닛과 관련하여, 이 스크러빙 유닛은 전형적으로 다음을 포함할 수 있다:
- 니트로화된 미정제 산물 및 스크러빙 매질을 접촉시키고 유화시키기 위한 적어도 하나의 분산 장치, 특히 적어도 하나의 혼합 장치, 및
- 분산 장치의 하류에 배열된, 분산 장치에서 생성된 니트로화된 미정제 산물 및 스크러빙 매질의 에멀션으로 공급하기 위한 튜브 반응기; 특히 튜브 반응기는 튜브 반응기를 통하여 에멀션이 통과하는 중에 니트로화된 미정제 산물에 초기에 존재하는 불순물의 제거가 가능하게 되거나 및/또는 니트로화된 미정제 산물에 초기에 존재하는 불순물이 튜브 반응기를 통해 에멀션이 통과하는 중에 스크러빙 매질로 전달되거나 및/또는 그로써 중화되도록 하는 방식으로 구성된다.
종래의 스크러빙 장치 (예컨대 혼합/정착 기구, 추출 칼럼, 등)가 추가적으로 존재할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
스크러빙 유닛은 보통 적어도 2개의 스크러빙 단계, 특히 적어도 하나의 산 스크럽 및 적어도 하나의 중성 스크럽으로 스크럽을 수행하기 위해 구성될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 스크러빙 유닛 (W)은, 특히, 적어도 3개의 스크러빙 단계를 가지는 스크럽을 수행하기 위해 구성될 수 있고, 특히 적어도 3개의 스크러빙 단계를 포함하는 스크럽은: (i) 산 매질에서, 바람직하게는 스크러빙 매질로서 물 또는 무기 산을 사용하여 수행되는 적어도 하나의 제1 스크러빙 단계 ("산 스크럽"), (ii) 알칼리성 (염기성) 매질에서, 바람직하게는 스크러빙 매질로서 염기를 사용하여 수행되는 적어도 하나의 제2 스크러빙 단계 ("염기성 스크럽"), 및 (iii) 중성 매질에서, 바람직하게는 스크러빙 매질로서 물을 사용하여 수행되는 적어도 하나의 제3 스크러빙 단계 ("중성 단계")를 포함할 수 있다.
발명의 공정과 관련하여 상기에서 설명된 것과 같이, 발명의 공정은 공정 조건의 관점에서 탄력적이고 각각의 조건 (예컨대 기구의 관점에서의 조건)에 대해 실제로 어떠한 방식으로든지 조정될 수 있다. 그러므로, 상기에서 표시된 것과 같이, 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 도입 및 옵테이크는, 특히, 발명의 다양한 공정 단계 및 공정 위치에서 이루어질 수 있다. 이것은 또한 발명의 생산 설비에도 적용된다.
그러므로, 니트로화반응 유닛으로의 니트로화된 생성물의 부분적인 재순환을 위해 발명의 생산 설비에서 제공된 재순환 장치는, 본 발명의 특정 구체예에서, 특히, 부분적으로 재순환될 니트로화된 생성물이 생산 스트림의 다음의 위치 (i) 내지 (iv): (i) 바람직하게는 산성 수성 상 (산 상)의 제거 후의 및/또는 얻어진 니트로화반응 혼합물의 폐 니트로화 산 및 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족)로의 분리 후의, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물 (미정제 니트로방향족); 및/또는 (ii) 특히 산 또는 중성 스크럽 후의 스크러빙된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족); 및/또는 (iii) 특히, 산 또는 중성 스크럽 후에 얻어지고, 스트리핑되거나 증류되거나 또는 건조된 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족); 및/또는 (iv) 폐 니트로화 산의 농축 후에 증기 응축물로 얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족) 중 적어도 하나로부터 취해지는 방식으로 구성되거나 및/또는 배열된다. 원칙적으로, 이들 변수의 둘 이상의 조합이 또한 가능하다.
나아가, 니트로화된 생성물의 니트로화반응 유닛으로의 부분 재순환을 위해 발명의 생산 설비에 제공된 재순환 장치는, 본 발명의 추가의 특정 구체예에서, 특히, 니트로화된 생성물이 생산 스트림의 다음의 위치 (i) 내지 (iv): (i) 모든 다른 반응물의 출발 반응 혼합물; 및/또는 (ii) 특히, 질산/황산 니트로화 산 혼합물의 생성 전의, 질산/황산 니트로화 산 혼합물 중의 황산; 및/또는 (iii) 질산/황산 니트로화 산 혼합물; 및/또는 (iv) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 중 적어도 하나로 부분적으로 재순환되거나 및/또는 도입되도록 하는 방식으로 구성되거나 및/또는 배열될 수 있다. 원칙적으로, 이들 변수의 둘 이상의 조합이 또한 가능하다.
마지막으로, 생산 설비는, 발명의 생산 설비의 추가의 특정 구체예에서, 추가적으로 폐 니트로화 산을 재활용하기 위한 적어도 하나의 재활용 장치를 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 공정 경제 및 공정 효율은 추가로 개선될 수 있다. 특히, 재활용 장치는, 이 특정 구체예에서, 폐 니트로화 산을 농축하기 위한 장치 및 선택적으로 신선한 질산 및/또는 황산을 첨가하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
발명의 생산 설비의 추가의 상세한 설명과 관련하여, 발명의 공정에 대해 상기에서 언급된 것들에 대한 참조가 이루어질 수 있고, 그것은 불필요한 반복을 피하기 위하여 발명의 생산 설비에도 유사하게 적용된다.
본 발명은 추가로, 본 발명의 제3 측면에 따라, 니트로화반응, 특히 상응하는 비니트로화된 방향족 유기 화합물의 니트로화반응을 위한 분산제 (분산 제제), 특히 유화제로서 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 용도를 제공한다.
나아가, 본 발명은 추가로, 발명의 이 측면에 따라, 니트로화반응에서, 특히 상응하는 비니트로화된 방향족 유기 화합물의 니트로화반응에서 유기 상 및 산 상의 계면 장력을 저하시키기 위한 및/또는 유기 상 및 산 상의 분산성을 개선시키기 위한 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 용도를 제공한다.
마지막으로, 본 발명은 추가로, 발명의 이 측면에 따라, 니트로화반응에서, 특히 상응하는 비니트로화된 방향족 유기 화합물의 니트로화반응에서 수율을 증가시키기 위한 및/또는 부산물 형성을 감소시키기 위한 및/또는 총 반응 시간을 단축시키기 위한 및/또는 반응 출발 온도를 저하시키기 위한 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 용도를 제공한다.
발명에 따르는 용도의 맥락에서, 다음의 과정이 일반적으로 사용될 수 있다: 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족)은 바람직하게는 질산/황산 니트로화 산 혼합물과의 단열 니트로화 반응으로 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)로 전환되며;
여기서 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 (방향족) 및 질산/황산 니트로화 산 혼합물을 포함하는 출발 반응 혼합물에 첨가되고 전환 및/또는 니트로화 반응은 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 존재 하에 시작되거나 및/또는 수행되며; 및/또는
얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)은 니트로화 반응으로 부분적으로 재순환되고 후속 전환 및/또는 니트로화 반응은 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)의 존재 하에 시작되거나 및/또는 수행된다.
발명에 따르는 용도의 추가의 상세한 설명과 관련하여, 발명의 공정에 대해 상기에서 언급된 것들에 대한 참조가 이루어질 수 있고, 그것은 불필요한 반복을 피하기 위하여 발명의 용도에도 유사하게 적용된다.
본 발명의 추가의 장점, 특성, 측면 및 특징들은 도 1, 2a 내지 2d 및 3에서 도시된 것과 같은 발명에 따르는 바람직한 구체예들의 도면을 이용한 제공의 다음의 설명으로부터 유래될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 발명에 따르는 공정 또는 발명에 따르는 생산 설비의 개략도이다.
도 2a 내지 2d는 선행 기술 (도 2a)과 비교하여 본 발명의 추가의 바람직한 구체예 (도 2b 및 2c)에 따라 발명의 공정 또는 발명의 생산 설비의 다양한 변화에 대한 추가의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 추가의 바람직한 구체예에 따라 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 발명에 따르는 공정 또는 발명에 따르는 생산 설비의 또 다른 추가의 개략도이다.
도 1은 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 니트로화반응의 실례에 대해 니트로화반응 혼합물로의 생성물의 재순환을 위한 다양한 변화에 대한 발명에 따르는 공정의 구체예를 개략적으로 도시하는 한편, 도 2b 내지 2d는 니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 니트로화반응의 실례에 대해 다양한 출발 물질의 첨가를 위한 다양한 가능한 변화 및 순서 중 가장 중요한 것을 개략적으로 도시한다.
도 1에서 알 수 있는 것과 같이, 출발 물질 질산 (1), 벤젠 (2) 및 재순환된 니트로벤젠 (9, 12, 13, 14 및 15)은 규정된 또는 정의된 순서로 (도 2b 내지 2d에서 도시된 것과 같이) 튜브 반응기 (TR)의, 이 튜브 반응기에 직접 연결된 계량/사전혼합 유닛 (PM)에서, 규정된 승인 압력 (P1) (적어도 튜브 반응기에서의 모든 압력 강하 플러스 최종 압력 (P2)의 합)에서 적합한 펌프 (P) (예컨대 원심분리 펌프)에 의해 계량/사전혼합 유닛 (PM)으로 공급된 농축된 재활용 황산 (3)으로 도입된다. 질산은 재활용 산에서 완전하고 균일하게 용해된다. 벤젠 (2) 및 재순환된 니트로벤젠 (9, 12, 13, 14 또는 15)은 재활용 산 (황산)/질산 (=　혼합산)과 함께 두 상으로 구성되는 초기 니트로화반응 혼합물 (4)을 형성하고 사전분산된다. 혼합산, 벤젠 및 니트로벤젠의 이 니트로화반응 혼합물 (4)의 온도는 개별적인 공급스트림 (1, 2, 3 및/또는 9, 12, 13, 14, 15)의 온도로부터 혼합 온도 (즉 초기 온도)로서 측정되고 니트로화반응이 분산 장치 (FD)에서 제1 분산 작동 후에 시작되도록 하는 방식으로 80 내지 120℃의 범위에서 선택된다. 계량/사전혼합 유닛 (PM)에서 사전혼합되어 있는 이들 출발 물질은 후속적으로, 분산 장치 (FD) 후에서 니트로화반응 혼합물 (4)의 매우 급격한 온도 상승으로부터 인지될 수 있는 니트로화반응이 개시되거나 시작되기 위해 위해 유기 상과 산 상 사이에 충분히 큰 교환 구역 (상 계면)이 형성되도록 하는 방식으로 분산 장치 (FD)에서 서로 분산된다. 튜브 반응기 (TR)를 통한 니트로화반응 혼합물의 통과 중에 합체에 의해 유발된, 유기 상과 산 상 사이의 상 계면의 감소는 튜브 반응기 (TR)에서 분포된 추가의 분산 요소 RD1 내지 RDn에 의해 반대가 된다. 튜브 반응기의 출구에서, 니트로화반응 혼합물 (5) (이제 폐 산 및 생성물의 혼합물)은 보통 120 내지 145℃ 범위의 최종 온도 및 압력 (P2)에서 상 분리 기구 (S) 안으로 들어간다. 압력 (P2)은 상 분리 기구에서 니트로화반응 혼합물 (5), 특히 미정제 니트로벤젠 (니트로벤젠을 얻기 위한 벤젠의 니트로화반응의 경우에 지방족/벤젠/니트로벤젠의 혼합물)의 휘발성 구성요소들의 플래시 증발을 믿을만하게 피할 수 있도록 선택된다.
도 1에서 또한 알 수 있는 것과 같이, 미소에멀션으로서 및 용해된 황산, 또한 모든 불순물 (예컨대 미반응 벤젠, 니트로페놀, 등)을 함유한 미정제 니트로벤젠 (6)의 하위스트림 (13)은, 상 분리 기구 (S)에서 상 분리 후에, 계량/사전혼합 유닛 (PM)을 통한 냉각 전 또는 후에 니트로화반응으로 재순환될 수 있다. 미정제 니트로벤젠 (6)의 대부분의 양은 1 내지 3개의 스크러빙 단계로 물 (염기가 첨가되었거나 첨가되지 않았음)에 의해 스크럽 (W)에서 모든 산성 화합물 (예컨대 무기 산, 니트로페놀, 등)이 없다. 다수의 스크러빙 단계로 이루어진 스크러빙 단계의 하나 이상으로부터 갈라져 나온 이 니트로벤젠/벤젠 혼합물 (7)의 하위스트림 (14)은, 바람직하게는 니트로화반응으로 재순환된다. 미량을 제외한, 모든 무기 산 및 니트로페놀이 없는 니트로벤젠/벤젠 혼합물 (7)의 대부분의 양은 계속해서 미반응 벤젠 (10) 및 휘발성 지방족 불순물이, 예컨대 정제 유닛 (DS)에서의 증류 또는 스팀 스트리핑에 의해 없을 수 있다. 회수된 벤젠 (10)은, 과잉 지방족이 제거된 후에, 니트로화반응으로 재순환된다. 완전히 정제된 니트로벤젠 (8)의 하위스트림 (9)은 마찬가지로 니트로화반응으로 재순환될 수 있다.
도 1에서 최종적으로 알 수 있는 것과 같이, 니트로화반응으로부터 기원하는 물 및 질산 및 니트로벤젠은 폐 산에 최대 용해도 한계까지 용해되고 또한 미량의 추가의 휘발성 구성요소 (예컨대 벤젠, 질산, 지방족, 등)는 120 내지 145℃의 온도에서 (예컨대 증발기 (AR)에서의 플래시 증발에 의해) 상 분리 유닛 (S)에서 분리된 폐 산 (11)으로부터 완전하게 제거될 수 있다. 폐 산의 플래시 증발에서 얻어진, 물과 순수한 니트로벤젠 (12) (생성된 총니트로벤젠의 약 10% 내지 15%로 구성됨)의 혼합물인 증기 응축물은 보통 상 분리 기구 (S)로부터 미정제 니트로벤젠 (6)과 함께 스크럽으로 정제되고 추가로 처리되며, 증기 응축물로부터의 이 순수한 니트로벤젠 (12)은, 마찬가지로 상 분리 후에, 그 전체가 니트로화반응으로 재순환될 수 있다.
더불어, 니트로화반응으로부터의 니트로벤젠은 상 분리 전에, 니트로화반응 혼합물 (5)의 하위스트림 (15)을 재순환시킴으로써 니트로화반응 회로에 재순환될 수 있다.
발명의 공정에서 묘사되지 않은 추가의 변화는 폐수 처리로부터, 예컨대 폐수 스트리핑으로부터 재순환하는 니트로벤젠을 포함한다.
도 2a 내지 2d에서 도면을 이용한 설명과 관련하여, 다음의 것들을 특히 말할 수 있다:
도 2a는 출발 물질 질산 및 벤젠의 재활용 황산으로의 첨가의 통상적인 순서에 대해 선행 기술과의 비교를 위해: 질산 (1)이 먼저 재활용 산 (3)에 첨가되고 재활용 산 (3)과 균일하게 혼합된다. 니트로화될 벤젠 (2)이 그 결과로 얻어진 혼합산 (스트림 3 + 1)에 첨가되고 그 결과로 얻어진 출발 니트로화반응 혼합물 (4) 또는 출발 반응 혼합물 (혼합산/벤젠)이, 분산 장치 (FD) 후에서 출발 니트로화반응 혼합물 (4)의 매우 급격한 온도 상승에 의해 인지될 수 있는 니트로화반응이 시작되기 위해 위해 충분히 큰 교환 구역 (상 계면)이 형성되도록 하는 방식으로 분산 유닛 (FD)에 분산된다.
도 2b에서, 출발 물질 질산 (1), 벤젠 (2) 및 다양한 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠이, 발명에 따라, 재활용 황산에 다음의 순서로 첨가된다: 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠, 그 다음에 질산 (1) 및 마지막으로 벤젠 (2). 니트로벤젠은 질산의 첨가 전에 재활용 황산 (3)에 사전분산될 수 있다. 질산은 가능한 빠르게 균일하게 혼합되며, 벤젠의 혼합산/니트로벤젠의 혼합물에의 첨가 후에 출발 니트로화반응 혼합물 (4)이, 분산 장치 (FD) 후에서 출발 니트로화반응 혼합물 (4)의 매우 급격한 온도 상승에 의해 인지될 수 있는 니트로화반응이 시작되기 위해 위해 충분히 큰 교환 구역 (상 계면)이 형성되도록 하는 방식으로 분산 장치 (FD)에 분산된다.
도 2c에서, 출발 물질, 질산 (1), 벤젠 (2) 및 다양한 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠이 재활용 황산 (3)에 다음의 순서로 첨가된다: 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠, 질산 (1) 및 마지막으로 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠과 벤젠의 혼합물로서 존재하는 벤젠 (2). 니트로벤젠은 질산의 첨가 전에 재활용 황산 (3)에 사전분산될 수 있다. 질산은 가능한 빠르게 균일하게 혼합되며, 벤젠/니트로벤젠 혼합물의 혼합산 (니트로화 산)/니트로벤젠의 혼합물로의 첨가 후에, 출발 니트로화반응 혼합물 (4)이, 분산 장치 (FD) 후에서 출발 니트로화반응 혼합물 (4)의 매우 급격한 온도 상승에 의해 인지될 수 있는 니트로화반응이 시작되기 위해 위해 충분히 큰 교환 구역 (상 계면)이 형성되도록 하는 방식으로 분산 장치 (FD)에 분산된다.
마지막으로, 도 2d에서 출발 물질, 즉 질산 (1), 벤젠 (2) 및 다양한 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠이 재활용 황산에 다음의 순서로 첨가된다: 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠의 첨가, 그 다음 벤젠 (2)이 단독으로 및/또는 공급원 (9, 12, 13, 14 또는 15)으로부터의 니트로벤젠과의 혼합물로서 또는 별도의 스트림으로 재활용 산에 첨가된다. 니트로벤젠/벤젠 혼합물은 질산의 첨가 전에 재활용 산에 사전분산된다. 질산은 최종적으로 첨가되며 가능한 빠르게 균일하게 혼합된다. 이 출발 니트로화반응 혼합물은, 분산 장치 (FD) 후에서 출발 니트로화반응 혼합물 (4)의 매우 급격한 온도 상승에 의해 인지될 수 있는 니트로화반응이 시작되거나 개시되기 위해 위해 충분히 큰 교환 구역 (상 계면)이 형성되도록 하는 방식으로 분산 장치 (FD)에 분산된다.
도 3은 본 발명의 특정 구체예에 따라 발명의 공정 또는 본 발명에 따르는 발명의 생산 설비의 추가의 개략적인 도면을 도시한다: 도 3에 따르면, 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물 (니트로방향족)을 얻기 위한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 출발 화합물 (방향족)의, 특히 단열 조건 하에서의 니트로화반응은 상기 기술된 반응 접근법에 따라 니트로화반응 유닛 (N)에서 먼저 발생한다 (즉 출발 반응 혼합물은 니트로화될 방향족 및 질산/황산 니트로화 산 혼합물로 구성되고 상응하는 니트로화된 생성물이 첨가된다). 생산 라인에서 니트로화반응 유닛 (N)의 하류에는, 니트로화된 미정제 산물로부터 폐 니트로화 산 또는 폐 니트로화 산 혼합물을 분리하기 위한 분리 장치 (S), 특히 분리용 장치 (분리기)가 있다. 생산 라인에서 니트로화반응 유닛 (N) 및 분리 장치 (S)의 하류에는, 상기 기술된 것과 같이 니트로화된 미정제 산물의 스크럽을 수행하기 위한 스크러빙 장치 (W)가 있어서, 스크럽되고 정제된 니트로화된 생성물 (NP)이 계속해서 형성된다 (스크러빙 매질의 제거 및 선택적으로 스크럽된 니트로화된 생성물의 건조 후에).
도 3에 따른 발명의 설비 및 공정 과정은, 상기에서 기술된 것과 같이, 니트로화된 생성물의 출발 반응 혼합물로의 부분 재순환을 위한 재순환 장치 (R)가 발며에 따르는 상기 기술된 공정 과정을 가능하게 만들기 위하여 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 발명에 따르는 재순환 장치가, 상기에서 상세하게 기술된 것과 같이, 니트로화된 생성물이 발명의 생산 설비의 다양한 위치에서 또는 발명의 공정의 다양한 위치에서 취해질 수 있도록 (예컨대 니트로화반응 직후의 2-상 니트로화반응 혼합물로서 및/또는 폐 니트로화 산의 제거 후 및/또는 스크럽전, 스크럽으로부터 또는 스크럽 후, 특히 산 스크럽 후 또는 중성 스크럽 후의 니트로화된 미정제 생성물로서, 및/또는 재활용 유닛 (RA)에서 폐 니트로화 산의 농축으로부터 순수한 니트로벤젠으로서 또는 정제되고 선택적으로 건조된 최종 니트로화된 생성물로서, 이때 이들 가능성의 조합 또한 제공될 수 있음) 구성되고 재순환될 수 있다.
니트로화된 생성물의 출발 반응 혼합물로의 부분적인 재순환은 상기에서 상세하게 기술된 장점들, 특히 유기 상 및 산 상의 분산성의 개선과 관련되고 따라서 개선된 전체 반응 (즉 개선된 수율, 부산물 형성의 감소, 더 낮은 초기 온도, 개선된 에너지 효율, 개선된 취급성, 등)과 관련된다.
도 3 및 상기의 설명에서 나타난 것과 같이, 생산 설비는, 발명의 생산 설비의 추가의 특정 구체예에서, 폐 니트로화 산을 재활용하기 위한 적어도 하나의 재활용 장치 (RA)를 추가적으로 포함한다. 특히, 상기에서 설명된 것과 같이, 재활용 장치 (RA)는, 이 특정 구체예에서, 폐 니트로화 산을 농축시키는 장치 및 선택적으로 신선한 질산 및/또는 황산을 첨가하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
전체적으로, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물을 위한 개선된 니트로화반응 공정 및, 전체적인 개선된 효율, 특히 개선된 기술적 효율성 및 또한 개선된 에너지 효율, 및 전체적인 개선된 공정 경제 및 또한 개선된 취급성을 나타내는, 이 공정을 수행하기 위한 상응하는 (생산) 설비는 그러므로 본 발명에 의해 제공된다.
본 발명의 추가의 구체예, 조정, 변화, 변형 등은 설명을 판독하는 당업자에 의해, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 쉽게 인지 및 실현될 수 있다.
본 발명은 다음의 작업 실시예의 도움으로 예시될 것이지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않는다.
작업 실시예
실시예 1 (비교예)
762　g/h의 벤젠 (10% 초과) 및 65.73%의 황산 및 4.99%의 질산의 함량을 가진 15.4　kg/h의 혼합산을 80℃의 초기 온도에 대하여 계량하여 내부 부피가 231 ml이고 17개의 혼합 요소 (정적 혼합 요소와 오리피스 플레이트의 조합임)가 비균등 간격으로 장착되어 있는 튜브 반응기에 넣는다. 벤젠을 초기 분산을 이루기 위해 노즐을 통해 반응기 안에 약 9 bar의 내부 압력에서 넣는다. 반응기에서 80초의 니트로화반응 혼합물 (중량을 기준으로 11.7 및 부피를 기준으로 9.6의 폐 산/생성물 상 비율을 가짐)의 거주 시간에, 니트로화반응 혼합물의 유속은 0.42　m/s이다. 초기 분산 후 제5 혼합 요소 후에서 반응기의 온도는 98℃이고 반응기의 단부에서는 121℃이다. 폐 니트로화 산 중의 질산의 잔류 함량은 1200 ppm 이다 (97%의 질산의 전환율에 상응함). 니트로화반응 혼합물의 온도 상승은 41℃이다. 미정제 니트로벤젠은, 도입된 과량의 벤젠과는 별개로, 120 ppm 미만의 다이니트로벤젠 (DNB) 및 1200 ppm 미만의 니트로페놀 및 아주 적은 부분의 피크르산을 함유한다.
실시예　2 (발명에 따름)
762　g/h의 벤젠 (10% 초과) 및 니트로화반응으로부터 발생하는 190.5 g/h의 재순환된 니트로벤젠 (계량된 벤젠의 25%에 상응함) 및 또한 65.73%의 황산 및 4.99%의 질산의 함량을 가진 15.4　kg/h의 혼합산의 혼합물을 80℃의 초기 온도에 대하여 계량하여 실시예 1에서 기술한 튜브 반응기에 넣는다. 벤젠/니트로벤젠 혼합물을 초기 분산을 이루기 위해 노즐을 통해 반응기 안에 약 9 bar의 내부 압력에서 도입한다. 반응기에서 78초의 니트로화반응 혼합물 (중량을 기준으로 10.2 및 부피를 기준으로 8.0의 폐 산/생성물 상 비율을 가짐)의 거주 시간에, 니트로화반응 혼합물의 유속은 0.43　m/s이다. 초기 분산 후 제5 혼합 요소 후에서 반응기의 온도는 102℃이고 반응기의 단부에서는 122.1℃이다. 폐 니트로화 산 중의 질산의 잔류 함량은 200 ppm 미만이다 (99.5%의 질산의 전환율에 상응함). 니트로화반응 혼합물의 온도 상승은 42.1℃이다. 미정제 니트로벤젠은, 도입된 과량의 벤젠과는 별개로, 약 80 ppm의 다이니트로벤젠 (DNB) 및 900 ppm 미만의 니트로페놀 및 아주 적은 부분의 피크르산을 함유한다.
실시예　3 (발명에 따름)
65.73%의 황산 및 4.99%의 질산의 함량을 가진 15.4　kg/h의 혼합산 및 또한 니트로화반응으로부터 발생하는 190.5　g/h의 재순환된 니트로벤젠 (혼합산의 1.31%에 상응함) 및 762 g/h의 벤젠 (10% 초과)의 혼합물을 약 80℃의 초기 온도에 대하여 계량하여 실시예 1에서 기술한 튜브 반응기에 넣고, 이때 니트로벤젠은 벤젠의 첨가 전에 혼합산에서 사전분산시킨다. 벤젠을 초기 분산을 이루기 위해 반응기의 혼합산 및 니트로벤젠의 혼합물에 노즐을 통해 약 9 bar의 내부 압력에서 도입한다. 중량을 기준으로 10.2 및 부피를 기준으로 8.0의 폐 산/생성물 상 비율을 가진 니트로화반응 혼합물의 반응기에서의 78초의 거주 시간에, 니트로화반응 혼합물의 유속은 0.43　m/s이다. 초기 분산 후 제5 혼합 요소 후에서 반응기의 온도는 102℃이고 반응기의 단부에서는 122.1℃이다. 폐 니트로화 산 중의 질산의 잔류 함량은 200 ppm 미만이다 (99.5%의 질산의 전환율에 상응함). 니트로화반응 혼합물의 온도 상승은 42.1℃이다. 미정제 니트로벤젠은, 도입된 과량의 벤젠과는 별개로, 약 80 내지 90 ppm의 다이니트로벤젠 (DNB) 및 900 ppm 미만의 니트로페놀 및 아주 적은 부분의 피크르산을 함유한다.
실시예　4 (발명에 따름)
65.73%의 황산 및 4.99%의 질산의 함량을 가진 15.4　kg/h의 혼합산 및 160　g/h의 니트로벤젠 (재활용 산의 1.1%에 상응함) 및 또한 762 g/h의 벤젠 (10% 초과)과 76 g/h의 니트로벤젠 (도입된 벤젠의 10%에 상응함)의 혼합물을 약 80℃의 초기 온도에 대하여 계량하여 실시예 1에서 기술한 튜브 반응기에 넣고, 이때 니트로벤젠은 벤젠의 첨가 전에 혼합산에서 사전분산시킨다. 벤젠/니트로벤젠 혼합물을 초기 분산을 이루기 위해 반응기의 혼합산 및 니트로벤젠의 혼합물에 노즐을 통해 약 9 bar의 내부 압력에서 도입한다. 중량을 기준으로 10.2 및 부피를 기준으로 8.0의 폐 산/생성물 상 비율을 가진 니트로화반응 혼합물의 반응기에서의 80초의 거주 시간에, 니트로화반응 혼합물의 유속은 약 0.43　m/s이다. 초기 분산 후 제5 혼합 요소 후에서 반응기의 온도는 102℃이고 반응기의 단부에서는 122.1℃이다. 폐 니트로화 산 중의 질산의 잔류 함량은 200 ppm 미만이다 (99.5%의 질산의 전환율에 상응함). 니트로화반응 혼합물의 온도 상승은 42.1℃이다. 미정제 니트로벤젠은, 도입된 과량의 벤젠과는 별개로, 약 80 ppm의 다이니트로벤젠 (DNB) 및 900 ppm 미만의 니트로페놀 및 아주 적은 부분의 피크르산을 함유한다.

Claims (37)

  1. 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물을 제조하기 위한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 공정으로서,
    니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물은, 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물의 존재하에 니트로화 반응을 통하여, 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물로 전환되며,
    상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물은 반응 시작 혼합물에 첨가되고, 반응 시작 혼합물은 (i) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 및 (ii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물을 포함하며, 니트로화 반응은 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며; 및
    얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물은 부분적으로 니트로화 반응에 재순환되고 후속되는 니트로화 반응은 이들 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며;
    니트로화 반응은 단열 반응 조건 하에서 수행되고,
    니트로화 반응은 튜브 반응기에서 수행되며, 및
    니트로화 반응에 첨가된 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양은, 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양이 유기 상 및 산 상 사이의 계면 장력의 저하를 초래하고 유기 상 및 산 상의 개선된 분산성을 초래하도록 선택되는, 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양은, 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 중량 비율이, 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물을 기준으로, 0.01 내지 60 중량%의 범위에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양은, 첨가된 방향족 유기 화합물의 중량 비율이, 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물 중의 황산을 기준으로, 0.01 내지 10 중량%의 범위에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
  4. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물은 다음의 위치 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나에 도입되는 것을 특징으로 하는 공정:
    (i) 반응 시작 혼합물,
    (ii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물 중의 황산,
    (iii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물,
    (iv) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물은 다음의 위치 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 공정:
    (i) 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (ii) 스크러빙된 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (iii) 스크러빙되고 후속적으로 스트리핑되거나, 증류되거나 또는 건조된 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (iv) 폐 니트로화 산 혼합물의 농축 후에 증기 응축물로 얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물은 반응 시작 혼합물의 유기 상 및 또한 산 상 둘 다에 도입되는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응에 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물은 반응 시작 혼합물의 유기 상 및 또한 산 상 둘 다에 도입되고, 유기 상을 기준으로, 0.1 내지 35 중량%의 니트로화된 방향족 유기 화합물이 유기 상에 첨가되며, 산 상을 기준으로, 0.01 내지 3 중량%의 니트로화된 방향족 유기 화합물이 산 상에 첨가되는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    니트로화 반응 후에 결과적으로 얻어진 폐 니트로화 산 혼합물은, 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물이 분리된 후에 및 후속되는 농축 및 신선한 질산 및 신선한 황산 중 적어도 하나의 첨가 후에, 니트로화 반응에 재활용되고 재순환되며, 농축된 재활용된 산, 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 및 니트로화된 방향족 유기 화합물의 분산이 먼저 생성되고, 질산이 후속적으로 분산에 첨가되며 니트로화 반응이 이 방식으로 개시되는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. 니트로화된 생성물을 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 형태로 제조하기 위한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 생산 설비로서,
    생산 설비는 다음의 유닛 및 기구:
    (a) 니트로화된 생성물을, 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물의 존재 하에 니트로화 반응을 통하여 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 형태로 제조하기 위한, 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물의 단열 니트로화반응을 위한 니트로화반응 유닛 (N)으로서, 여기서 니트로화반응 유닛 (N)은 니트로화 반응을 수행하기 위한 반응기로서 적어도 하나의 튜브 반응기를 포함하는, 니트로화반응 유닛 (N);
    (b) 생산 라인에서 니트로화반응 유닛 (N)의 하류에 배열된, 결과적으로 얻어지는 니트로화된 미정제 생성물로부터 폐 니트로화 산 혼합물을 분리하기 위한 적어도 하나의 분리 기구 (S);
    (c) 생산 라인에서 니트로화반응 유닛 (N)의 하류 및 분리 기구 (S)의 하류에 배열된, 스크러빙 매질로 니트로화된 미정제 생성물의 스크럽을 수행하기 위한 적어도 하나의 스크러빙 유닛 (W);
    (d) 생산 라인에서 스크러빙 유닛 (W)의 하류에 배열된, 스크러빙 매질로부터 스크럽된 니트로화된 생성물을 분리하기 위한 분리 기구를 포함하며;
    생산 설비는 추가적으로 니트로화된 생성물의 니트로화반응 유닛 (N)으로의 부분적인 재순환을 위한 적어도 하나의 재순환 장치 (R)를 포함하는,
    생산 설비.
  10. 제9항에 있어서,
    생산 설비는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서 청구되는 공정을 수행하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  11. 제9항에 있어서,
    니트로화반응 유닛 (N)의 튜브 반응기에는 추가적인 혼합 에너지를 도입하기 위하여 하나 이상의 혼합 요소가 장착되며, 혼합 요소는 금속 플레이트로서, 충돌 플레이트로서, 편향 플레이트로서, 오리피스 플레이트로서, 정적 혼합기로서 또는 흐름 분할기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  12. 제9항에 있어서,
    니트로화된 생성물의 니트로화반응 유닛 (N)으로의 부분적인 재순환을 위한 재순환 장치 (R)는 부분적으로 재순환될 니트로화된 생성물이 생산 스트림의 다음의 위치 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나로부터 취해지는 방식으로 구성되고 배열되는 것을 특징으로 하는 생산 설비:
    (i) 미정제 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (ii) 스크러빙된 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (iii) 스크러빙되고 후속적으로 스트리핑되거나, 증류되거나 또는 건조된 니트로화된 방향족 유기 화합물,
    (iv) 폐 니트로화 산 혼합물의 농축 후에 증기 응축물로 얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물.
  13. 제9항에 있어서,
    니트로화된 생성물의 니트로화반응 유닛 (N)으로의 부분적인 재순환을 위한 재순환 장치 (R)는 부분적으로 재순환될 니트로화된 생성물이 생산 스트림의 다음의 위치 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나로 도입되도록 하는 방식으로 구성되고 배열되는 것을 특징으로 하는 생산 설비:
    (i) 반응 시작 혼합물,
    (ii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물 중의 황산,
    (iii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물,
    (iv) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물.
  14. 제9항에 있어서,
    생산 설비는 폐 니트로화 산 혼합물을 재활용하기 위한 적어도 하나의 재활용 장치 (RA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  15. 제9항에 있어서,
    생산 설비는 추가적으로 폐 니트로화 산 혼합물을 재활용하기 위한 적어도 하나의 재활용 장치 (RA)를 포함하고, 재활용 장치 (RA)는 폐 니트로화 산을 농축하기 위한 장치 및 선택적으로 신선한 질산 및 신선한 황산 중 적어도 하나를 첨가하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 설비.
  16. 니트로화된 방향족 유기 화합물의 사용에 의한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물의 니트로화 반응에서 유기 상 및 산 상의 계면 장력을 저하시키는 방법 및 유기 상 및 산 상의 분산성을 개선시키는 방법 중 적어도 하나의 방법으로서,
    니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물은, 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물의 존재 하에 단열 니트로화 반응을 통하여, 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물로 전환되며;
    상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물은 반응 시작 혼합물에 첨가되고, 반응 시작 혼합물은 (i) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 및 (ii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물을 포함하며, 니트로화 반응은 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며; 및
    얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물은 부분적으로 니트로화 반응에 재순환되고 후속되는 니트로화 반응은 이들 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며;
    니트로화 반응은 단열 반응 조건 하에서 수행되고,
    니트로화 반응은 튜브 반응기에서 수행되며, 및
    니트로화 반응에 첨가된 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양은, 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양이 유기 상 및 산 상 사이의 계면 장력의 저하를 초래하고 유기 상 및 산 상의 개선된 분산성을 초래하도록 선택되는,
    방법.
  17. 니트로화된 방향족 유기 화합물의 사용에 의한 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물의 니트로화 반응에서 수율을 증가시키고 부산물 형성을 감소시키며 총 반응 시간을 단축시키고 반응 시작 온도를 저하시키는 방법 중 적어도 하나의 방법으로서,
    니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물은, 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물의 존재 하에 단열 니트로화 반응을 통하여, 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물로 전환되며;
    상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물은 반응 시작 혼합물에 첨가되고, 반응 시작 혼합물은 (i) 니트로화될 니트로화될 수 있는 방향족 유기 화합물 및 (ii) 질산 및 황산을 포함하는 니트로화 산 혼합물을 포함하며, 니트로화 반응은 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며; 및
    얻어진 니트로화된 방향족 유기 화합물은 부분적으로 니트로화 반응에 재순환되고 후속되는 니트로화 반응은 이들 니트로화된 방향족 유기 화합물의 존재 하에 시작되고 수행되며;
    니트로화 반응은 단열 반응 조건 하에서 수행되고,
    니트로화 반응은 튜브 반응기에서 수행되며, 및
    니트로화 반응에 첨가된 상응하는 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양은, 첨가된 니트로화된 방향족 유기 화합물의 양이 유기 상 및 산 상 사이의 계면 장력의 저하를 초래하고 유기 상 및 산 상의 개선된 분산성을 초래하도록 선택되는,
    방법.
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