RU2164222C1 - Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds - Google Patents
Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164222C1 RU2164222C1 RU99125263A RU99125263A RU2164222C1 RU 2164222 C1 RU2164222 C1 RU 2164222C1 RU 99125263 A RU99125263 A RU 99125263A RU 99125263 A RU99125263 A RU 99125263A RU 2164222 C1 RU2164222 C1 RU 2164222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- reaction
- zone
- hydrogen
- recirculation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к химической технологии, более узко к процессам получения ароматических аминов, используемых в производстве полиуретанов и других полимерных материалов, а также красителей и лекарственных соединений. The present invention relates to chemical technology, more specifically to processes for producing aromatic amines used in the manufacture of polyurethanes and other polymeric materials, as well as dyes and medicinal compounds.
Способ каталитического восстановления ароматических углеводородов водородом известен уже более 50 лет и широко используется в промышленности для получения анилина и других ароматических аминов, постепенно вытесняя другие методы восстановления. The method of catalytic reduction of aromatic hydrocarbons with hydrogen has been known for over 50 years and is widely used in industry for the production of aniline and other aromatic amines, gradually replacing other reduction methods.
В известных процессах восстановление проводят в паровой или жидкой фазе с использованием катализаторов, относящихся, преимущественно, к металлам VIII группы. In known processes, the reduction is carried out in the vapor or liquid phase using catalysts mainly related to Group VIII metals.
Восстановление в паровой фазе используют для легкокипящих нитросоединений, например нитробензола. Для восстановления динитросоединений метод парофазного восстановления практически не используется из-за повышенной опасности этих процессов. Тем не менее, в патенте ФРГ N 3734344 предложено восстанавливать динитротолуол (ДНТ) в паровой фазе, используя очень большой избыток водорода. Recovery in the vapor phase is used for boiling nitro compounds, for example nitrobenzene. To restore dinitro compounds, the vapor-phase reduction method is practically not used because of the increased danger of these processes. However, in the patent of Germany N 3734344 proposed to restore dinitrotoluene (DNT) in the vapor phase, using a very large excess of hydrogen.
Жидкофазное каталитическое восстановление нитробензола и других ароматических нитросоединений является предметом многочисленных патентов и авторских свидетельств. Оно осуществляется во многих вариантах, различающихся по составу реакционных масс, природе металлического катализатора и носителя, аппаратурному оформлению процессов и другим условиям. The liquid phase catalytic reduction of nitrobenzene and other aromatic nitro compounds is the subject of numerous patents and copyright certificates. It is carried out in many versions, differing in the composition of the reaction masses, the nature of the metal catalyst and carrier, the hardware design of the processes and other conditions.
Процесс может проводиться в присутствии инертных растворителей, в качестве которых чаще всего используют алифатические спирты (патент Англии N 852144, патент ФРГ N 1044099, патент США N 2233129, авторское свидетельство СССР N 215226), воду или смеси воды с аминами (патент США N 4185036, патент Германии DE N 4323687 А1) и другие соединения. The process can be carried out in the presence of inert solvents, of which aliphatic alcohols are most often used (England patent N 852144, Germany patent N 1044099, US patent N 2233129, USSR copyright certificate N 215226), water or mixtures of water with amines (US patent N 4185036 , German patent DE N 4323687 A1) and other compounds.
Наиболее распространенными катализаторами жидкофазного процесса восстановления нитросоединений являются металлы VIII группы, включая благородные металлы, в первую очередь, платина и палладий (патенты США N 4400538 и N 4185036), и никель в различных формах: никель Ренея, никель металлический и никель, нанесенный на поверхность носителя (патенты США N 3032586 и N 3213141, патент ФРГ N 348784). В качестве носителя чаще всего используют активированный уголь, цеолиты, алюминий и его оксид. The most common catalysts for the liquid phase reduction process of nitro compounds are Group VIII metals, including noble metals, primarily platinum and palladium (US Pat. Nos. 4,400,538 and 4,118,536), and nickel in various forms: Raney nickel, metallic nickel, and nickel deposited on the surface media (US patent N 3032586 and N 3213141, Germany patent N 348784). Activated carbon, zeolites, aluminum and its oxide are most often used as a carrier.
Очень велики различия в аппаратурном оформлении процесса восстановления. Используют периодические и непрерывные процессы с неподвижным (патент США N 4400538) или взвешенным в жидкости катализатором (патент США N 3761521). The differences in the hardware design of the recovery process are very large. Batch and continuous processes are used with a stationary (US Pat. No. 4,400,538) or liquid-suspended catalyst (US Pat. No. 3,761,521).
В качестве прототипа выбран патент США N 3546296. Согласно патенту процесс каталитического восстановления ведут в замкнутой системе, состоящей из реакционной зоны, зоны сепарации и зоны рециркуляции. Восстановление проводят в среде органического растворителя, в котором растворимы нитросоединення и продукты реакции. В качестве основного элемента реактора используют вертикальную цилиндрическую трубу, с расположенным внутри ее змеевиком. As a prototype, US Pat. No. 3,546,296 was selected. According to the patent, the catalytic reduction process is conducted in a closed system consisting of a reaction zone, a separation zone and a recirculation zone. The reduction is carried out in an organic solvent medium in which the nitro compound and reaction products are soluble. A vertical cylindrical pipe with a coil located inside it is used as the main element of the reactor.
Вверх по трубе движется трехфазный поток:
1) жидкая фаза - раствор нитросоединения и продуктов реакции (аминов и воды) в высококипящем растворителе (например, 2-этилбутаноле);
2) газовая фаза - водород;
3) твердая фаза - катализатор - никель или медь на носителе.A three-phase flow moves up the pipe:
1) liquid phase - a solution of the nitro compound and reaction products (amines and water) in a high boiling solvent (for example, 2-ethylbutanol);
2) the gas phase is hydrogen;
3) solid phase — catalyst — nickel or copper on the support.
Благодаря избытку водорода (3 - 6-кратному против необходимого), реакционная масса интенсивно перемешивается, что обеспечивает высокую скорость процесса восстановления. Кроме того, в поднимающемся потоке резко снижается плотность реакционной массы. Это позволяет обеспечить ее рециркуляцию без применения механических устройств - за счет разности плотностей поднимающегося и ниспадающего потоков (после отделения от газа часть жидкости идет на выделение продукта реакции, а суспензия катализатора в остальной части жидкости возвращается в нижнюю часть колонны по параллельно расположенной трубе). Due to the excess of hydrogen (3-6 times against the necessary), the reaction mass is intensively mixed, which ensures a high speed of the recovery process. In addition, the density of the reaction mass sharply decreases in the rising stream. This allows for its recirculation without the use of mechanical devices - due to the difference in the densities of the rising and falling flows (after separation from the gas, part of the liquid goes to isolate the reaction product, and the catalyst suspension in the rest of the liquid returns to the bottom of the column through a parallel pipe).
Прототип имеет существенный недостаток, обусловленный высокой скоростью потока в вертикальной трубе (более 1 м/с) - значительное измельчение частиц катализатора в результате их интенсивного трения между собой и о стенки реактора. При этом снижается активность катализатора и ухудшается его отделение от жидкости в сепараторе, что приводит к проскоку части катализатора на стадию выделения амина. Необходимо отметить, что технический оксид алюминия является мелкокристаллическим порошком с размером частиц менее 20 мкм и поэтому не полностью отделяется от реакционной массы в сепараторе. The prototype has a significant drawback due to the high flow rate in the vertical pipe (more than 1 m / s) - significant grinding of the catalyst particles as a result of intense friction between themselves and against the walls of the reactor. This reduces the activity of the catalyst and deteriorates its separation from the liquid in the separator, which leads to the breakthrough of part of the catalyst to the stage of separation of the amine. It should be noted that technical alumina is a fine crystalline powder with a particle size of less than 20 microns and therefore is not completely separated from the reaction mass in the separator.
Изобретение направлено на повышение устойчивости катализатора к истиранию, увеличение срока эксплуатации и уменьшение его потерь в результате неудовлетворительной сепарации катализатора от реакционной массы. Сущность изобретения заключается в способе непрерывного каталитического жидкофазного восстановления ароматических нитросоединений водородом в ароматические амины, в котором водород диспергируют в жидкой фазе, состоящей из органического растворителя, растворенных в нем нитросоединений и продуктов реакции, и суспензированного в ней катализатора; в котором процесс проводят в замкнутой реакционной системе с непрерывным рециркулирующим потоком реакционной массы, создаваемым без использования насоса за счет разности плотностей в поднимающемся трехфазном (газ - жидкость - твердое тело) потоке (реакционная зона) и в ниспадающем (суспензия катализатора в растворе продуктов реакции) потоке (рециркуляционная зона), отбирая часть готового продукта в виде раствора из зоны сепарации и возвращая катализатор с большей частью реакционной массы из зоны сепарации через зону рециркуляции в нижнюю часть реакционной колонны, в которую одновременно подают раствор нитросоединений, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют металл VII группы, нанесенный на гранулированный оксид алюминия с размером частиц 20-200 мкм и насыпной плотностью 0,6 - 0,9 г/см3 и восстановление проводят при давлении 0,1-5 МПа и температуре, которая должна быть не менее чем на 10oC ниже температуры кипения растворителя при давлении процесса.The invention is aimed at improving the abrasion resistance of the catalyst, increasing the life of the catalyst and reducing its losses as a result of unsatisfactory separation of the catalyst from the reaction mass. The essence of the invention lies in a method for continuous catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds with hydrogen to aromatic amines, in which hydrogen is dispersed in a liquid phase consisting of an organic solvent, nitro compounds and reaction products dissolved in it, and a catalyst suspended in it; in which the process is carried out in a closed reaction system with a continuous recycle stream of the reaction mass, created without using a pump due to the difference in densities in the rising three-phase (gas - liquid - solid) stream (reaction zone) and in the falling (catalyst suspension in the solution of reaction products) flow (recirculation zone), taking part of the finished product in the form of a solution from the separation zone and returning the catalyst with most of the reaction mass from the separation zone through the recirculation zone to the bottom a second part of the reaction tower into which is simultaneously fed nitro solution, characterized in that the catalyst is a Group VII metal supported on a granular alumina having a particle size of 20-200 microns and a bulk density of 0.6 - 0.9 g / cm 3 and the recovery is carried out at a pressure of 0.1-5 MPa and a temperature which should be at least 10 ° C. lower than the boiling point of the solvent at the process pressure.
Процесс проводят в присутствии органического растворителя, удовлетворительно растворяющего как исходное нитросоединение, так и образующийся амин. Наиболее удобными растворителями такого типа для широкого круга нитросоединений являются низшие спирты, в частности изопропиловый спирт, в отдельных случаях могут использоваться толуол, этилацетат и другие растворители. Использование растворителя не только снижает взрывоопасность процесса, связанную с использованием нитросоединений, но и значительно снижает концентрацию нитросоединения в реакционной зоне, что препятствует отравлению катализатора. The process is carried out in the presence of an organic solvent that satisfactorily dissolves both the starting nitro compound and the resulting amine. The most convenient solvents of this type for a wide range of nitro compounds are lower alcohols, in particular isopropyl alcohol, in some cases toluene, ethyl acetate and other solvents can be used. The use of a solvent not only reduces the explosiveness of the process associated with the use of nitro compounds, but also significantly reduces the concentration of nitro compounds in the reaction zone, which prevents catalyst poisoning.
В качестве катализатора предлагается использовать металлические никель или палладий, нанесенные на поверхность гранул оксида алюминия. Для получения катализатора гранулы насыщают раствором соответствующих солей, затем последовательно подвергают термической обработке и восстановлению водородом. Содержание никеля в катализаторе составляет 15-35%, оптимально 20-32%. Преимуществом такого катализатора по сравнению с никелем Ренея является меньшая пирофорность без снижения каталитического эффекта и более полное отделение катализатора в сепараторе. Содержание палладия в катализаторе 0,5 - 5,0%, преимущественно 3-4%. It is proposed to use metallic nickel or palladium deposited on the surface of aluminum oxide granules as a catalyst. To obtain a catalyst, the granules are saturated with a solution of the corresponding salts, then they are subsequently subjected to heat treatment and reduction with hydrogen. The nickel content in the catalyst is 15-35%, optimally 20-32%. The advantage of such a catalyst compared to Raney nickel is less pyrophoricity without reducing the catalytic effect and more complete separation of the catalyst in the separator. The palladium content in the catalyst is 0.5 to 5.0%, mainly 3-4%.
Для обеспечения высокой эффективности катализатора необходимо использовать гранулы с размером 20-200 мкм, оптимально 50-100 мкм, и с насыпной плотностью 0,6 -0,9 г/см3. Процесс проводят при давлении 0,1-5,0 МПа, оптимально 0,1-1,0 МПа.To ensure high catalyst efficiency, it is necessary to use granules with a size of 20-200 microns, optimally 50-100 microns, and with a bulk density of 0.6 -0.9 g / cm 3 . The process is carried out at a pressure of 0.1-5.0 MPa, optimally 0.1-1.0 MPa.
Пример 1
В реактор, состоящий из реакционной зоны (вертикальная труба диаметром 0,02 м и высотой 5 м, снабженная обогреваемой рубашкой, по которой поднимается со скоростью 1 м/с трехфазный поток, имеющий плотность 0,3 г/см3), зоны сепарации и зоны рециркуляции (аналогичная труба, по которой вниз движется суспензия катализатора в реакционной массе, имеющая плотность 0,9 г/см3), непрерывно подают 20% раствор ДНТ в изопропиловом спирте (1000 мл/час) и водород из расчета 15 молей H2 на 1 моль ДНТ. Перед началом непрерывной работы в аппарат загружают 3,5 л изопропилового спирта и 500 г катализатора (20% Ni на гранулах оксида алюминия со средним размером частиц 50 мкм и насыпной плотностью 0,75 г/см3), медленно нагревают суспензию до 110oC при постоянной подаче водорода, давление которого в конце подготовительного периода достигает 0,5 МПа. Опыт продолжался 400 часов без существенного снижения активности катализатора. Несмотря на большое число циклов, средняя продолжительность которых составила около 30 с, унос катализатора вследствие его измельчения не более 10%. Выход технического диаминотолуола 99,5%, содержание ДНТ в продукте менее 0,01%.Example 1
Into a reactor consisting of a reaction zone (a vertical pipe with a diameter of 0.02 m and a height of 5 m, equipped with a heated jacket, through which a three-phase flow having a density of 0.3 g / cm 3 rises at a speed of 1 m / s), a separation zone and recirculation zones (a similar pipe through which a suspension of catalyst in the reaction mass moves downward, having a density of 0.9 g / cm 3 ), a 20% solution of DNT in isopropyl alcohol (1000 ml / h) and hydrogen at the rate of 15 moles of H 2 are continuously fed per 1 mol of DNT. Before starting continuous operation, 3.5 l of isopropyl alcohol and 500 g of catalyst (20% Ni on aluminum oxide granules with an average particle size of 50 μm and bulk density of 0.75 g / cm 3 ) are loaded into the apparatus, the suspension is slowly heated to 110 ° C with a constant supply of hydrogen, the pressure of which at the end of the preparatory period reaches 0.5 MPa. The experiment lasted 400 hours without a significant decrease in catalyst activity. Despite the large number of cycles, the average duration of which was about 30 s, the ablation of the catalyst due to its grinding was not more than 10%. The yield of technical diaminotoluene 99.5%, the content of DNT in the product is less than 0.01%.
Пример 2
В реактор, состоящий из реакционной зоны (вертикальная труба диаметром 0,02 м и высотой 5 м, снабженная обогреваемой рубашкой, по которой поднимается со скоростью 1 м/с трехфазный поток, имеющий плотность 0,3 г/см3), зоны сепарации и зоны рециркуляции (аналогичная труба, по которой вниз движется суспензия катализатора в реакционной массе, имеющая плотность 0,9 г/см3) непрерывно подают 20% раствор ДНТ в изопропиловом спирте (1000 мл/час) и водород из расчета 15 молей H2 на 1 моль ДНТ. Перед началом непрерывной работы в аппарат загружают 3,5 л изопропилового спирта и 500 г катализатора (3% Pd на гранулах оксида алюминия со средним размером частиц 90 мкм и насыпной плотностью 0,83 г/см3), медленно нагревают суспензию до 70oC при постоянной подаче водорода, давление которого в конце подготовительного периода достигает 1,6 МПа (абсолютных). Опыт продолжался 200 часов без существенного снижения активности катализатора. Несмотря на большое число циклов, средняя продолжительность которых составила около 30 с, измельчение катализатора незначительное и унос его не превысил 8%. Выход технического диаминотолуола превысил 99%, содержание ДНТ менее 0,01%.Example 2
Into a reactor consisting of a reaction zone (a vertical pipe with a diameter of 0.02 m and a height of 5 m, equipped with a heated jacket, through which a three-phase flow having a density of 0.3 g / cm 3 rises at a speed of 1 m / s), a separation zone and recirculation zones (a similar pipe through which a suspension of catalyst in the reaction mass moves with a density of 0.9 g / cm 3 ) continuously feeds a 20% solution of DNT in isopropyl alcohol (1000 ml / h) and hydrogen at the rate of 15 moles of H 2 per 1 mol of DNT. Before starting continuous operation, 3.5 l of isopropyl alcohol and 500 g of catalyst (3% Pd on aluminum oxide granules with an average particle size of 90 μm and bulk density of 0.83 g / cm 3 ) are loaded into the apparatus, the suspension is slowly heated to 70 ° C with a constant supply of hydrogen, the pressure of which at the end of the preparatory period reaches 1.6 MPa (absolute). The experiment lasted 200 hours without a significant decrease in catalyst activity. Despite the large number of cycles, the average duration of which was about 30 s, the grinding of the catalyst was negligible and its ablation did not exceed 8%. The yield of technical diaminotoluene exceeded 99%, the content of DNT was less than 0.01%.
В аналогичных условиях, при использовании катализатора Pd/C практически весь катализатор истирается после 3 дней эксплуатации (при начальном размере > 120 мкм полностью проходит через сито 70 мкм). Under similar conditions, when using a Pd / C catalyst, almost the entire catalyst is abraded after 3 days of operation (with an initial size> 120 μm it completely passes through a 70 μm sieve).
Для оценки влияния размера частиц катализатора на процесс отделения его от реакционной массы в сепараторе были проведены опыты, результаты которых приведены в таблице. В них определяли скорость осаждения катализатора в зависимости от размера частиц. Время полного осаждения определяли в стеклянной трубе диаметром 40 мм и длиной 740 мм для навески 0,5 г, приведены средние значения из 5 измерений. To assess the effect of the particle size of the catalyst on the process of separating it from the reaction mass in the separator, experiments were carried out, the results of which are shown in the table. They determined the deposition rate of the catalyst depending on the particle size. The total deposition time was determined in a glass tube with a diameter of 40 mm and a length of 740 mm for a 0.5 g sample; average values from 5 measurements are given.
Уже при размере частиц 30 и более микрометров времени пребывания в узле разделения достаточно для практически полного отделения катализатора от жидкости, направляемой на стадию разделения. При размере частиц более 200 мкм в ниспадающем потоке создаются условия, приводящие к нарушению однородности системы. Already with a particle size of 30 or more micrometers, the residence time in the separation unit is sufficient for almost complete separation of the catalyst from the liquid sent to the separation stage. When the particle size is more than 200 microns in a falling flow, conditions are created that lead to a violation of the uniformity of the system.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99125263A RU2164222C1 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99125263A RU2164222C1 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2164222C1 true RU2164222C1 (en) | 2001-03-20 |
Family
ID=20227576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99125263A RU2164222C1 (en) | 1999-11-30 | 1999-11-30 | Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2164222C1 (en) |
-
1999
- 1999-11-30 RU RU99125263A patent/RU2164222C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4282200B2 (en) | Method for producing amine | |
CN1192012C (en) | Application of whole catalyst for producing tolylene diamine by hydrogenation of dinitro toluene | |
KR20080011265A (en) | Process for producing aromatic amines | |
JP2659040B2 (en) | Method for producing aliphatic polyamine | |
CA2155563A1 (en) | Process for producing aromatic amines | |
KR102472836B1 (en) | Method for hydrogenation of toluenediamine (TDA) tar | |
KR20100023912A (en) | Activated base metal catalysts | |
US6610628B2 (en) | Polymer network/carbon layer on monolith support and monolith catalytic reactor | |
US7091383B2 (en) | Method for the production of amines | |
JP5017964B2 (en) | Method for producing aromatic ring-containing amino compound and catalyst | |
CA2178701A1 (en) | Process for the manufacture of aromatic amines by gas-phase hydrogenation and catalyst useful therefor | |
CN103534230B (en) | Optimized metering of reactants for a process for preparing aromatic amines by hydrogenation of nitroaromatics | |
RU2164222C1 (en) | Method of catalytic liquid-phase reduction of aromatic nitro compounds | |
CN106883128B (en) | Method for removing heterogeneous catalyst from reaction product and method for producing aromatic amine | |
RU2169728C1 (en) | Method of liquid-phase reduction of aromatic nitrocompounds in reactor with rigid cellular catalyst | |
JP2000281631A (en) | Method for catalytic hydrogenation of dinitrotoluene, and catalyst | |
CA2178700A1 (en) | Process for producing aromatic amines by gas phase hydrogenation and a catalyst useful therefor | |
US6521791B1 (en) | Process for regenerating a monolith hydrogenation catalytic reactor | |
US8759588B2 (en) | Process for producing xylylenediamine | |
US6114277A (en) | Process for preparing cyano group-containing aromatic methylamines | |
KR100474061B1 (en) | Supercritical Hydrogenation | |
RU2549618C1 (en) | Method of producing aromatic diamines and triamines from aromatic nitro-compounds | |
CN115784898A (en) | Isomerization method of 1, 3-cyclohexyldimethylamine | |
KR20200065069A (en) | Increased catalyst selectivity in continuous hydrogenation of nitro compounds by addition of ammonia | |
MXPA00003700A (en) | Continuous method for producing aromatic amines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121201 |