[发明专利]二硝基甲苯的制备方法

说明书

本发明涉及通过在绝热条件下用硝化酸硝化甲苯制备二硝基甲苯的方法。

在绝热条件下将甲苯转化成二硝基甲苯(DNT)是已知的(EP-A-597361)。使甲苯与能满足特定组成要求的至少2当量的硝化酸进行绝热反应。最终温度能达到120℃以上。在该温度进行相分离后，将酸相再浓缩(真空下闪蒸)。将酸相的热量用于该再浓缩。将该再浓缩的酸用硝酸补足并再进入该工艺循环。

该方法的主要问题在于溶于酸中的一定量DNT随水在闪蒸时蒸出。该残留的DNT在水冷凝条件下固化(异构体混合物在约55℃固化)并使热交换器堵塞。对此问题，有两个可能的解决办法。

在一个可能的解决办法中，可以使用交错热交换器。交替操作这些交错热交换器。当一些交换器被堵塞时，使它们停机，并使用备用的交换器。然后在将那些交换器停机时使存在于堵塞的交换器中的DNT熔出。交换表面的堵塞会导致冷却性能迅速劣化。因此必须频繁更换。将闲置的冷凝器中的DNT熔化需要额外的能源(加热和冷却)。

在可解决堵塞问题的第二个方法中，可使用热交换器、共冷凝器或喷射冷凝器来冷凝会形成固体的废蒸气(R.A.Vauck,H.A.Muller,Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik [BasicChemical Process Engineering Operations]，第5版，VEBLeipzig 1962,p.447)。在此方法中，废蒸气被引入冷水喷射喷雾器中，DNT以细分散的固体形式被分离。可以进行同流和逆流操作。由于在该过程中需要大量的水，水在回路中循环并在回支中冷却。为将DNT与水分开，使一部分液流通过闸门流出。这会增加低熔点有机成分堵塞管道和喷嘴的危险，所述低熔点有机成分往往会粘附在这样的管道和喷嘴上。以纯品形式回收DNT需要大量的能量，因为必须先将其熔化后才能回收。    

解决堵塞热交换器问题的一个更简便且更佳的办法是二硝基甲苯的等温两步制备方法，例如Ullmann,Encyklopadie dertechnischen Chemie[Encycolopedia of Industrial Chemistry],第4版，第17卷，第392页，Verlag Chemie,Weinheim(1979)中所述的方法。在该两步法中，首先制备一硝基甲苯(MNT)的异构混合物。在第二个独立的操作步骤中将该异构混合物转化成二硝基甲苯的异构混合物。在将用过的酸真空再浓缩时堵塞热交换器的问题能通过将得自第一步的MNT注入废蒸气中而得以排除(DE-A 3409719)。注入的MNT能降低DNT的熔点，因而确保废蒸气即使在水冷凝的条件下仍是流体。使经相分离得到的有机相进入反应循环。

该较佳的办法不能用于甲苯二硝基化的一步绝热法(EP～A597361)，因为在一步法中无可自由利用的MNT存在。在这样的一步法中，MNT是不可分离的中间产物。

本发明的目的是提供制备二硝基甲苯的连续的一步绝热法。

本发明的另一个目的是提供能避免堵塞热交换器的问题的制备二硝基甲苯的一步法。

本发明的又一个目的是提供费用大的操作步骤和额外的能量耗费能得以避免的制备二硝基甲苯的一步绝热法。    

这些目的和对本领域技术人员是显而易见的其它目的这样来实现：将甲苯在绝热条件下在一步中用满足特定组成标准的硝化酸组合物硝化，去除至少5％(重量)的反应混合物中存在的水并将反应混合物分离成酸相和含二硝基甲苯的有机相。在加入足够的硝酸以补充在硝化反应中消耗的硝酸后使酸相再循环。