目前苯胺生產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,分別占苯胺總生產能力的5%、10%和85%,開發(fā)的新工藝路線中以苯直接胺化法較有前途,但與實現(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)生產方法,其污染環(huán)境,設備腐蝕嚴重,操作維護費用高,難以連續(xù)化生產,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率為99%,優(yōu)點是原料易得、生產方法簡單、催化劑廉價、產品質量好、“三廢”少,適于大規(guī)模連續(xù)生產,并可根據(jù)需要聯(lián)產二苯胺,但比硝基苯催化加氫工藝成本高,目前只有美國阿里斯特克化學公司和日本三井石油化學公司采用此工藝。
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,理論產率為99%,我國全部采用該法生產。該法的硝化環(huán)節(jié)很關鍵,設備投資占總固定投資的50%以上。硝基苯催化加氫生產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,反應時間長,副產物多,收率低,產品質量差;絕熱硝化工藝突破了反應必須在低溫下恒溫操作的傳統(tǒng)觀念,物料停留時間短,副反應少,是當前最有前途的一種硝化技術。國外采用絕熱硝化工藝的公司較多,而國內的主流技術為等溫硝化工藝。胺化過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。除德國巴斯夫公司采用流化床外,其他公司多采用固定床反應器。我國除山東煙臺萬華聚氨酯集團有限公司采用固定床反應器外,其他公司均采用流化床反應器。
硝基苯催化加氫技術進展
硝基苯催化加氫技術不斷改進:氣相催化加氫改為液相催化加氫;開發(fā)活性高、負荷大、穩(wěn)定性好、機械強度高、壽命長而價廉的催化劑;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63min,苯胺收率98.1%以上。
英國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,用電化學方法在其一側或兩側電鍍上一層鋅,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。
英國Reading大學和皇家學院與JohnsonMatthey合作開發(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化制苯胺的研究,其反應時間較對比催化劑縮短了1/2。采用涂石墨的磁鐵心,外部為納米級貴金屬涂層,磁性使貴金屬易于回收,納米粒子可增加相對的表面積,提高催化活性。
天津大學、蘭州大學和青島化工學院分別研制成功了功能性磷樹脂,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,改進了硝基苯催化加氫技術。
2004年清華大學公開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器及其底部的反應原料氣體入口;設置在該入口上部的第1氣體分布器;設置在反應器軸向高度中部的將反應器分為2個催化劑密相區(qū)的第2氣體分布器;設置在反應器內2個催化劑密相區(qū)中的換熱器;設置在所述反應器外部或內部的分別與上下2個催化劑密相區(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,控制反應器2個催化劑密相區(qū)的溫度等步驟。該項技術具有反應器操作彈性大,硝基苯轉化率高、產生苯胺的選擇性高、產品純度高、催化劑用量少、能耗低等優(yōu)點。
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