目前苯胺生產(chǎn)工藝路線主要有硝基苯鐵粉還原法、苯酚氨化法和硝基苯催化加氫法,分別占苯胺總生產(chǎn)能力的5%、10%和85%,開(kāi)發(fā)的新工藝路線中以苯直接胺化法較有前途,但與實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還有一定距離。
1.硝基苯鐵粉還原法該法是最早的苯胺工業(yè)生產(chǎn)方法,其污染環(huán)境,設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,操作維護(hù)費(fèi)用高,難以連續(xù)化生產(chǎn),現(xiàn)已基本淘汰,目前只有拜爾在西維吉尼亞洲的新馬丁斯維勒的裝置采用此工藝。
2.苯酚胺化法苯酚胺化的理論產(chǎn)率為99%,優(yōu)點(diǎn)是原料易得、生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單、催化劑廉價(jià)、產(chǎn)品質(zhì)量好、“三廢”少,適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn),并可根據(jù)需要聯(lián)產(chǎn)二苯胺,但比硝基苯催化加氫工藝成本高,目前只有美國(guó)阿里斯特克化學(xué)公司和日本三井石油化學(xué)公司采用此工藝。
3.硝基苯催化加氫法該法以硝基苯為原料,氫氣為還原劑,銅/硅、鎳或鉑/鈀為催化劑,以氫為還原劑,將硝基苯還原生成苯胺,理論產(chǎn)率為99%,我國(guó)全部采用該法生產(chǎn)。該法的硝化環(huán)節(jié)很關(guān)鍵,設(shè)備投資占總固定投資的50%以上。硝基苯催化加氫生產(chǎn)主要采用混酸硝化法,可采用等溫或絕熱硝化工藝,等溫硝化能耗大,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),副產(chǎn)物多,收率低,產(chǎn)品質(zhì)量差;絕熱硝化工藝突破了反應(yīng)必須在低溫下恒溫操作的傳統(tǒng)觀念,物料停留時(shí)間短,副反應(yīng)少,是當(dāng)前最有前途的一種硝化技術(shù)。國(guó)外采用絕熱硝化工藝的公司較多,而國(guó)內(nèi)的主流技術(shù)為等溫硝化工藝。胺化過(guò)程包括固定床氣相加氫、流化床氣相加氫以及硝基苯液相催化加氫工藝。除德國(guó)巴斯夫公司采用流化床外,其他公司多采用固定床反應(yīng)器。我國(guó)除山東煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯集團(tuán)有限公司采用固定床反應(yīng)器外,其他公司均采用流化床反應(yīng)器。
硝基苯催化加氫技術(shù)進(jìn)展
硝基苯催化加氫技術(shù)不斷改進(jìn):氣相催化加氫改為液相催化加氫;開(kāi)發(fā)活性高、負(fù)荷大、穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)而價(jià)廉的催化劑;苯絕熱硝化代替苯等溫硝化等。
莫貝公司研制出由金、銀、鉑或鈀等貴金屬制成的網(wǎng)狀、波紋狀或蜂窩狀催化劑,以甲醇為溶劑,于131~150℃、6.4MPa壓力下硝基苯加氫反應(yīng)63min,苯胺收率98.1%以上。
英國(guó)石油合成研究所披露了合金膜催化劑的制備方法:將含80%~95%鈀和5%~20%銠或釕的金屬膜,用電化學(xué)方法在其一側(cè)或兩側(cè)電鍍上一層鋅,鋅與金屬膜厚度之比為1∶10~100,于250℃加熱2h后,用沸騰的20%鹽酸處理,除去鋅,得到多孔表面的金屬催化劑薄膜,用于加氫反應(yīng)。
英國(guó)Reading大學(xué)和皇家學(xué)院與JohnsonMatthey合作開(kāi)發(fā)了一種帶磁性貴金屬催化劑的新體系,將該催化劑用于硝基苯轉(zhuǎn)化制苯胺的研究,其反應(yīng)時(shí)間較對(duì)比催化劑縮短了1/2。采用涂石墨的磁鐵心,外部為納米級(jí)貴金屬涂層,磁性使貴金屬易于回收,納米粒子可增加相對(duì)的表面積,提高催化活性。
天津大學(xué)、蘭州大學(xué)和青島化工學(xué)院分別研制成功了功能性磷樹(shù)脂,活性鎳或鎳-鑭系元素為催化劑,用電弧等離子法制得納米鎳用于催化硝基苯加氫反應(yīng),改進(jìn)了硝基苯催化加氫技術(shù)。
2004年清華大學(xué)公開(kāi)了硝基苯氣相加氫制備苯胺裝置及方法的專利。主要包括流化床反應(yīng)器及其底部的反應(yīng)原料氣體入口;設(shè)置在該入口上部的第1氣體分布器;設(shè)置在反應(yīng)器軸向高度中部的將反應(yīng)器分為2個(gè)催化劑密相區(qū)的第2氣體分布器;設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)2個(gè)催化劑密相區(qū)中的換熱器;設(shè)置在所述反應(yīng)器外部或內(nèi)部的分別與上下2個(gè)催化劑密相區(qū)相連的催化劑溢流裝置以及氣固分離裝置;以及利用上述裝置制備苯胺的方法,主要包括控制氫氣與硝基苯的摩爾比,控制反應(yīng)器2個(gè)催化劑密相區(qū)的溫度等步驟。該項(xiàng)技術(shù)具有反應(yīng)器操作彈性大,硝基苯轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)生苯胺的選擇性高、產(chǎn)品純度高、催化劑用量少、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
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