[发明专利]管道化制备甲基硝基苯的方法及装置

说明书

本发明公开了一种管道化制备甲基硝基苯的方法及装置，该装置包括：储罐、二氧化氮钢瓶、臭氧发生器、流量泵、气体流量计、填充有催化剂的反应管路、混合管路、二个T型混合接头、冷却系统、加热系统、背压阀、接收罐。该方法具体包括：打开冷却系统和加热系统；打开臭氧发生器；设置流量泵和气体流量计；原料液态甲基苯与二氧化氮经过第一T型混合接头混合后进入混合管路内，之后与臭氧在第二T型混合接头中混合后，进入填充有催化剂的反应管路内进行硝化反应，反应液经过后处理得到甲基硝基苯。本发明方法精密自动化控制，操作简单，反应条件温和，后处理简单，传质传热迅速，安全性高，经济效益好。

技术领域

本发明涉及管式硝基化技术领域，具体涉及一种管道化制备甲基硝基苯的方法及装置。

背景技术

甲基硝基苯化合物是一种重要的化工中间体，常用于制备染料、医药、农药、合成纤维、合成橡胶及炸药等。目前，工艺上向分子中引入硝基，最常用的硝化剂是采用浓硝酸和浓硫酸混酸进行硝化，生产过程中会产生大量的废硫酸，且硝基化合物的洗涤会产生大量的酸性含酚废水，导致严重的环境污染。有文献报道(ACS Sym.Ser.623 1996:214.)仅采用浓硝酸作为硝化试剂进行硝化工艺时，硝化产率低，同时分离过程中需要硝酸保持较高的浓度，才能使连续分离工艺得以实施，这也就意味着反应原料必须采用更高浓度的硝酸，因此，对于一些活泼化合物，特别是甲基取代的苯的硝化反应，副反应的发生是不可避免的，同时在洗涤废水问题上仍然无法从根本上解决。

五氧化二氮在硫酸介质中可以对甲苯、氯苯等一元取代苯进行硝化反应(火炸药学报,2000,23(1):25)，且获得了较高的收率，但是在硝化过程中生成硝基化合物的同时还生成了等摩尔的硝酸，生成的硝酸在硫酸的作用下可进一步硝化底物，虽然可以降低硫酸的用量，但是其与混酸进行的硝化反应没有本质上的区别。

1980年，日本京都大学Hitomi Suzuki大量报道了关于臭氧介质中用二氧化氮硝化芳香族化合物的研究(Chem.Lett.1993,2:1421；J.Chem.Soc.Chem.Commun.1991,1:1409.)，从而引起广泛的关注和研究(辽宁化工,2011,40(7),739-741.)。二氧化氮-臭氧硝化剂被认为是可能取代混酸的绿色硝化剂。但是，由于臭氧本身是一种较强的氧化剂，因此在进行釜式硝化反应时，伴有相当比例的氧化副反应，选择性差。同时，臭氧的产生还需要消耗大量的能源。此外，该工艺技术不可避免地存在有机溶剂回收等问题，所以，目前工业化硝化中，仍以传统的硝/硫混酸工艺为主。

发明内容

本发明针对目前二氧化氮-臭氧硝化工艺存在的不足，提供一种管道化制备甲基硝基苯的方法，以克服现有技术的不足，该工艺收率高、选择性强、环保安全绿色，且具有工业化前景。

本发明的目的之二在于提供一种实现上述制备方法的专用装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种管道化硝化装置，包括：

用于存储液态甲基苯的储罐；

与所述储罐连接的流量泵；

二氧化氮钢瓶；

与所述二氧化氮钢瓶连接的气体流量计；

第一T型混合接头，所述的流量泵的出口和气体流量计的出口均接入所述第一T型混合接头的进口；

与所述第一T型混合接头的出口连接的混合管路；

用于对所述第一T型混合接头和混合管路冷却的冷却系统；

臭氧发生器；

第二个T型混合接头，所述的混合管路的出口和臭氧发生器的出口均接入所述第二个T型混合接头的进口；

与所述第二个T型混合接头的出口连接的填充有催化剂的反应管路；