[發明專利]一種硝基苯合成方法及專用裝備

無效

• 申請號: 200810011998.X
• 申請日: 2008-06-25
• 公開（公告）號: CN101613285A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 陳光文;焦鳳軍;趙玉潮;袁權;李恒強;初建勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C07C205/06
• 分類號: C07C205/06;C07C201/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬 馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及一種硝酸和硫酸的混合酸硝化苯合成高純度硝基苯的方 法，以及實現這種方法所用的專用裝置，具體地說是苯混酸硝化合成硝基 苯過程在微反應器與攪拌式硝化反應器中聯合完成。屬芳烴硝化及新型硝 化過程裝備領域。

背景技術

硝基苯是重要的染料、醫藥中間體，主要用于生產苯胺。在工業上是 采用較低濃度硝硫混合酸硝化苯來生產的，所用的硝化反應器多為機械攪 拌式反應釜，且需多釜串聯操作(一般為3～4臺)。這種多釜串聯的硝化工 藝存在混合不均勻，易出現釜內物料局部過熱現象，其直接的影響是，產 物硝基苯的產率不高，一般最高只有96～98.5％，或二硝副產物多，其另外 一個缺點是過程不安全。

微反應器用于芳烴硝化反應是個很有前景的硝化裝備，它包括一些常 規硝化器所不具備的獨特特征：尺度微型化；流體間熱量和質量傳遞速率 較常規化工設備提高1～3個數量級；可實現快速直接放大(模塊結構、并 行放大)；內在安全和過程可控；過程連續和高度集成；分散和柔性生產等。

在微反應器中進行芳烴硝化的一個最大優勢是可使用強硝化能力的酸 以提高硝化反應的本征反應速率，且過程安全。這對于如苯、甲苯和氯苯 的二硝化反應極其有效，尤其是這種二硝化過程一般都允許少量的單硝基 芳烴存在，且因為是強硝化能力的酸，二硝化產物并不會堵塞微通道，而 是溶解在強酸中。但使用這種強硝化酸進行一硝化時，同樣也由于微反應 器的這種熱質傳遞能力使得二硝化副產物較多包含在一硝化產物中，降低 了一硝化產物的選擇性；且由于二硝化產物的熔點高，易結晶積聚導致爆 炸，對于硝基苯的生產來說往往要求產物中的二硝產物濃度低于3000ppm。

因而必須降低硝化酸的硝化能力，主要方法是通過提高混酸中的含水 量實現。但高含水量的硝化酸用于微通道中進行苯硝化，由于微反應器中 物料停留時間短，反應為動力學控制，苯單程轉化率較低。

盡管在高水濃度的混酸中，苯硝化轉化率低，但由于微反應器為微尺 度結構，可以促進有機物與混酸間的混合，因此微反應器出口產物是高度 分散的，包括未反應的苯。使這種低轉化的且混合良好的一段硝化產物在 未分相前經由攪拌釜反應器攪拌并繼續二段硝化，促使苯完全轉化，可獲 得高純度一硝基苯。

因而，本發明提出將新型的微反應器與攪拌釜式硝化反應器串聯聯合 硝化工藝，由于有機物和混酸在微反應器內實現了良好混合，可顯著改善 攪拌釜反應器中因混合不良所致的局部過熱現象，避免潛在爆炸危險；同 時可減少常規硝化所需的釜式反應器級數，并消除因微反應器中停留時間 過短所致的苯一次轉化不完全的問題，既保證苯的總轉化率，且提高了主 產物一硝基苯選擇性。

發明內容

本發明采取微反應器與攪拌式反應器聯合硝化工藝，實現苯混酸硝化 合成硝基苯。為硝基苯生產過程提供了一種安全高效的工藝，此工藝顯著 提高了一硝基苯的選擇性。

一種硝基苯合成方法，其是將苯混酸硝化過程在微反應器與攪拌釜反 應器中聯合完成，過程如下，

1)苯和硝酸與硫酸的混酸同時泵入微反應器，在微通道中進行預混合， 并進行一段硝化反應。其中混酸質量濃度為硝酸8～30％，硫酸50～80％，水 10～25％；進料硝酸和苯的摩爾比為0.9-1.2。此時苯轉化率為15～75％，一 硝基苯選擇性大于99.8％；

2)來自一段硝化反應的產物直接輸送至攪拌釜硝化反應器，于常壓下 攪拌10～30分鐘得硝基苯。

所述硝酸/硫酸的混酸質量濃度為：硝酸13～20％，硫酸60～70％，水 15～20％。

所述兩種流體苯和混酸在微反應器中的液時空速為10²～10⁵h^-1，優先在 10³～10⁴h^-1下操作；所述微反應器的操作壓力為流體流動產生的壓力，限定 為0.05～0.5MPa。

微反應器出口連接攪拌釜反應器，所述攪拌釜反應器與反應物料流入微 反應器同步運行；微反應器和攪拌釜反應器在常溫下絕熱操作，反應溫度 由硝化反應熱決定，攪拌釜反應器無需溫度控制系統。

用以實現聯合法生產硝基苯的過程，采用由一個微反應器與一個攪拌 釜反應器串聯而成的集成反應裝置。