[发明专利]用于芳香族化合物绝热硝化的方法及装置

说明书

本发明涉及一种优选用于可硝化芳香族有机化合物（芳香族化合物）的绝热硝化的方法及相应系统，特别是用于实施所述方法的生产装置（硝化装置）。

技术领域

本发明涉及硝化技术领域，尤其涉及硝化有机芳香族化合物(以下同义词称为“硝基芳香化合物”、“硝化产物”、“芳香硝基产物”、“芳香硝基化合物”等)的制备，优选地通过绝热硝化制备。

本发明尤其涉及一种可硝化的芳香族有机化合物(芳族化合物)的硝化方法，特别是绝热硝化的方法，以得到相应的硝化芳香族有机化合物(硝基芳香化合物)。

本发明还涉及一种用于硝化、特别是绝热硝化可硝化芳香族有机化合物(芳族化合物)的生产装置(硝化装置或装置)，以得到相应的硝化芳香族有机化合物(硝基芳香化合物)形式的硝化产物，尤其涉及一种用于执行本发明方法的生产装置。

最后，本发明涉及本发明的硝化芳香族有机化合物(硝基芳香化合物)的用途。

芳香硝基化合物(例如硝基苯(MNB)、单硝基甲苯(MNT)、二硝基甲苯(DNT)、三硝基甲苯(TNT)、硝基氯苯(MNCB)等)通常通过相应起始芳族化合物(例如苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯等)的硝化制备，特别是在催化剂硫酸和水结合剂存在的情况下，通过相应的起始芳族化合物和硝酸的反应制备，即通过相应的起始芳族化合物与硝化酸(即硝酸/硫酸硝化酸混合物，其在反应开始时也称为混合酸，在反应结束时也称为废(硝化)酸)的反应。

在现有技术中，通过硝酸/硫酸硝化酸混合物对芳族化合物的硝化优选地以有机相和酸相的非均相液/液混合物进行，其中待硝化的芳族化合物与硝酸在酸相中发生反应，形成相应的硝基芳香族化合物。因此，首先待硝化的芳香族化合物必须从有机相转移到酸相中，以便能够与其反应。在酸相中形成的硝基芳香族化合物在超过溶解极限后作为有机相分离出来；该有机相在硝化开始时主要由待硝化芳香族化合物组成，在反应结束时(当全部硝酸或待硝化芳族化合物已完成反应时)主要由期望的硝基芳香族化合物组成。

芳香族化合物快速且有效反应的先决条件是，总有足够的待硝化芳香族化合物从有机相转移到酸相中。这通常是通过在上述两个相之间形成非常大的交换区域来实现的，特别是通过在酸相中分散有机相(水包油或油/水乳液)，或相反地，在有机相中分散酸相(油包水或水/油乳液)。有机相和酸相之间的交换面积越大(即分散相的液滴尺寸越小)，硝化中的转化率(例如苯硝化生成硝基苯或甲苯生成一硝基甲苯等中的转化率)就越大(正如在所有传质限制反应中)。

例如，当硝化在搅拌容器中持续且等温进行时，或者在级联的搅拌容器中顺流和/或逆流地进行时，在每个反应器中普遍存在恒定条件，例如有机相和酸相的组成，以及与之相关的有机相和酸相的两相混合物的恒定理化条件或参数。硝化在每个反应器中总是在相同的条件下进行。

另一方面，具有完全回混的间歇操作的搅拌容器内和在无回混的塞流管式反应器中的硝化的进行则截然不同。在这两种情况下，不仅是有机相和酸相的组成，而且它们的理化条件或参数，特别是密度、界面张力等，都会随着硝化的进行不断变化。在不断变化的条件或参数下，在整个反应过程中，要为受控反应产生一个恒定的交换区域要困难得多甚至几乎是不可能的。

众所周知，纯芳族化合物如苯或甲苯，难以在硫酸或硝化酸混合物中分散，并且芳族化合物在硫酸或硝化酸混合物中的分散体相对较快地聚结。例如在EP 0373966 A2中所述的，由于有机相聚结速度过快，待硝化芳香族化合物(苯)在混合酸中一次性分散的情况下，硝酸的转化率仅为55.3％，苯的转化率仅为52.5％。因此，在硝化混合物中存在两个相的硝化的情况下(即首先是由待硝化芳香族化合物和产生的硝基芳香族化合物组成的有机相，然后是硝化酸混合物)，有必要不断地引入混合能量，以便保持两个相之间所需的交换面积，从而在给定的停留时间内实现所需的转换率。