[发明专利]制备单硝基甲苯的方法

说明书

本发明涉及一种连续制备单硝化有机化合物的方法，尤其是一种制备单硝基苯的方法。更特别地，本发明涉及一种制备硝基苯的改善的连续绝热方法。

一段时间以来已知硝化芳族化合物，尤其是硝化苯的方法且在商业上已使用多年以获得例如尤其用于生产苯胺的单硝基苯。硝基苯的制备通常包括将硝酸和硫酸加入苯中。该硝化可在60-70℃的温度范围内进行，其中导出反应热，或可在绝热条件下进行。为了进行反应，使硝酸和硫酸混合并计量加入苯，苯与硝酸反应并得到水和主要的硝基苯。

苯与硝酸在其中反应的反应区可由一列搅拌釜或管式反应器构成，其中所述反应需要良好的混合。因此优选使用管式反应器，其中多个分散元件在反应器的长度上排列分布，这可确保苯、硝酸、硫酸和水的强力混合。这类反应器例如描述于WO 2001/64333A2中。

将在反应后获得的基本不含硝酸的反应混合物供入相分离设备中，在其中形成两相，第一相称为粗硝基苯且基本由硝基苯、苯和一定量的溶于硝基苯中的硫酸和水构成，而第二相称为废酸，基本由水、硫酸和溶于硫酸中的硝基苯构成。

由于酸相和苯相在反应过程中不溶混，反应速率和时空产率在很大程度上受到各相之间传质，即各相彼此之间暴露大界面面积的能力的限制。当界面面积增大时，各相之间的反应速率提高。在常规硝基苯生产装置中，这些界面面积通过使反应参与物在一个或多个混合容器中转化而形成，其中对液体施加高剪切力。

在苯的工业硝化中，除了主要的硝基苯产物，还获得了许多数量级为数百ppm至数千ppm的副产物。产生的副产物可以分为两类：多硝化苯和单硝化或多硝化的酚类副产物。产生的多硝化苯为异构二硝基苯：1，2-二硝基苯、1，3-二硝基苯和1，4-二硝基苯。形成的酚类副产物为异构硝化酚类：2-硝基苯酚、3-硝基苯酚和4-硝基苯酚。还获得异构二硝化酚类2，4-二硝基苯酚和2，6-二硝基苯酚以及三硝化的2，4，6-三硝基苯酚(苦味酸)。即使仅得到低浓度的副产物，但是由于其高毒性和生态毒性及其去除的复杂性而导致产物和废水处理的复杂程度增加，并因此在非常大程度上降低了硝基苯方法的经济可行性。

为了减少上述副产物的产生，通常使用过量苯并且使用具有特殊构造的反应器，尤其是为了抑制多硝化苯的形成。为此，例如WO 2001/46433A2提出了使用其中分散区与冷却区交替排列的管式反应器。然而，该反应器的一个缺点为在反应器冷却区中相分离(沉降)显著，这要求各反应物在下游分散区中进行非常耗能的混合。

本发明的目的是提供一种连续制备硝化芳族化合物，尤其是制备硝基苯的方法，该方法可以在简单构造的管式反应器中进行，并且提供高最终转化率和少量副产物。

该目的通过一种通过使至少一种芳族化合物与包含硝酸、硫酸和水的混合物反应而连续制备硝化芳族化合物的方法实现，该方法包括如下步骤：

(a)以任意顺序将至少一种芳族化合物与包含硝酸、硫酸和水的混合物供入管式反应器，所述管式反应器具有多个偏转角为160-200°的立式弯管，该立式弯管沿反应器的整个长度以对应于反应器直径的30-70倍的距离排列；和许多静态混合元件，该静态混合元件的排列使得在管式反应器的第一部分中存在高反混且在反应器的第二部分中存在较低反混，

(b)使至少一种芳族化合物与包含硝酸、硫酸和水的混合物在该反应器中在绝热条件下转化以获得反应混合物，和

(c)在进行反应后将在步骤(b)中获得的反应混合物分离为有机相和水相。

令人惊奇地发现，借助本发明方法可以以高产率和小比例的副产物且无需使用昂贵和复杂的反应器制备芳族单硝基化合物，尤其是硝基苯。

包括多个偏转角为160-200°，优选偏转角为180°的沿反应器的整个长度以对应于反应器直径的30-70倍，优选60-40倍，更优选45-55倍的距离排列的立式弯管的管式反应器的使用以非常小的设备复杂性和低能量供应实现了所用反应物-至少一种芳族化合物与包含硝酸、硫酸和水的混合物的非常有效地混合，由此同时有利地实现了高分散作用和因此的高反应速率。对本发明而言，术语“立式弯管”应理解为指相对于基面垂直排列且因此用于再分散两相混合物的弯管。有利地，尽管两相混合物在最低程度的设备复杂度下流经立式弯管，但其可非常有效地混合。

弯管在管式反应器中的排列取决于反应条件。在本发明的一个实施方案中，管式反应器被弯管分为6-18个室，更优选10-12个室。在本发明的另一实施方案中，弯管沿着管式反应器的总长度等距排列。