[发明专利]用于制备硝基丙烷的方法

说明书

对在先申请的交叉引用

本申请要求于2008年4月16日提出的美国临时申请号61/045,378的利益。

发明领域

本发明涉及一种用于制备硝基丙烷如2-硝基丙烷和2，2-二硝基丙烷的方法。更具体地，所述方法包括在特定反应条件下使硝酸水溶液与丙烷反应。

发明背景

取决于反应条件和进料结构，烃的硝化通常产生各种各样的产物。例如，用于丙烷硝化的商业汽相方法产生基本上固定相对浓度的四种硝基烷产物(硝基甲烷，1-硝基丙烷，2-硝基丙烷，和硝基乙烷)的混合物。

然而，某些产物可能是比其他更理想的，以较不有用的化合物为代价来选择性生产更有用的硝化化合物已经是一个长期目标。与商业汽相硝化相反，在过去已经将丙烷的混合汽-液相或高压硝化假定为以下一种技术，通过该技术，2-硝基丙烷，一种更理想的硝基烷，可以潜在地生产，而不制备在汽相硝化过程中典型形成的其他硝基化合物。参见例如美国专利号2,489,320(Nygaard等)和Albright，L.F.，″Nitration of Paraffins(链烷烃的硝化)″，Chem.Engr.(化学工程)，(1966)第149-156页。

现有技术中用于在混合汽-液相中硝化丙烷的技术由于许多原因是不实用的，所述原因包括因为硝酸的转化率低，硝酸不容易回收，硝酸导致的反应器腐蚀问题，和难以控制反应放热量。

获得高产率的选择性硝化烃是要考虑的一个关键经济因素，因为低产率使得需要使用更多进料和因此导致更高成本。此外，当将硝酸用作硝化剂时，未反应的硝酸变成废物，导致适当处理废物的成本。反应物烃的高转化率也是经济学上关键的，以便将与未反应的反应物的纯化和回收相关的资本和能量费用降至最低。因此，存在对更经济、选择性的和环境友好的制备选择性硝化硝基烷的方法的需要。

发明概述

在一方面，本发明提供一种用于选择性硝化丙烷的方法。本发明的方法避免了过去遇到的实际问题，如低产率、转化率和过多的废物产生。所述方法包括：将丙烷与硝酸水溶液在至少约1000psi的压力和约215至约325摄氏度的温度下反应；和回收形成的硝化化合物，其中所述硝酸水溶液是20至40重量％的溶液。

在另一方面，本发明提供了来自硝基烷硝化方法的产物流，其含有重量比为至少约15∶1的2-硝基丙烷∶2，2-二硝基丙烷。

发明详述

如上所述，在一方面本发明提供了一种用硝酸硝化丙烷的方法。本文所述反应条件(包括特别是反应温度和酸水溶液中硝酸的浓度)的使用提供了一种硝化方法，其相对于现有技术的方法显著改进。

本发明方法的一个重要优势是它提供了硝酸至所需产物的提高的转化率。因此，在一些实施方案中，本发明能够将至少15mol％，优选至少20mol％，更优选至少25mol％，和还更优选至少30mol％的硝酸转化为2-硝基丙烷和/或2，2-二硝基丙烷(计算为进料的硝酸摩尔数除以形成的2-硝基丙烷和2，2-二硝基丙烷的总摩尔数)。与此对比，例如在美国专利2,489,320的现有技术方法中描述的硝酸至2-硝基丙烷和2，2-二硝基丙烷的最大转化率是12％(参见其实施例1)。

除了向所需产物的这种提高的转化率，在一些实施方案中，本发明还允许至少95％的硝酸被消耗(如下确定：(进入的硝酸-出来的硝酸)/进入的硝酸)。没有产生硝基烷的转化的硝酸是容易回收的氧化一氮(NO)的形式。

本发明方法的另一个重要优势是与现有技术系统可获得的转化率相比，它提供了增加的烃进料向所需产物的转化率。因此，在一些实施方案中，本发明能够将至少约10mol％，优选至少约15mol％，更优选至少约20mol％的起始丙烷转化为2-硝基丙烷和/或2，2-二硝基丙烷产物(通过将形成的2-硝基丙烷和2，2-二硝基丙烷的摩尔数除以进料到反应中的丙烷的摩尔数来确定)。与此对比，例如在美国专利2,489,320的现有技术方法的实施例1中丙烷至2-硝基丙烷和2，2-二硝基丙烷的转化率仅为6.2mol％。