[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2087463C1 - Method of nitration of benzene - Google Patents

Method of nitration of benzene Download PDF

Info

Publication number
RU2087463C1
RU2087463C1 RU94009094/04A RU94009094A RU2087463C1 RU 2087463 C1 RU2087463 C1 RU 2087463C1 RU 94009094/04 A RU94009094/04 A RU 94009094/04A RU 94009094 A RU94009094 A RU 94009094A RU 2087463 C1 RU2087463 C1 RU 2087463C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
benzene
nitration
nitric acid
nitrobenzene
reactor
Prior art date
Application number
RU94009094/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94009094A (en
Inventor
О.В. Бахвалов
К.Г. Ионе
Original Assignee
Новосибирский институт органической химии СО РАН
Институт катализа СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Новосибирский институт органической химии СО РАН, Институт катализа СО РАН filed Critical Новосибирский институт органической химии СО РАН
Priority to RU94009094/04A priority Critical patent/RU2087463C1/en
Publication of RU94009094A publication Critical patent/RU94009094A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2087463C1 publication Critical patent/RU2087463C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: preparation of nitrobenzene stock for synthesis of aniline, benzidine, quinoline, and azobenzene. SUBSTANCE: benzene is nitrated with 65-70% nitric acid on alumosilicates (ZSM-5 and ZSM-11 modified with iron oxides) and/or glass granular packing at 70-90 C under continuous conditions at nitric acid to benzene molar ratio of 1.4- 4.5. Alumosilicates are used many times and unreacted benzene and nitric acid are recycled for nitration. Yield is 39-82%. EFFECT: continuous benzene and nitric acid closed cycle conditions, reaction is accelerated by 2-2!5 times, catalyst efficiency increased by 1!2-3!5 times, and yield is increased by 1!1-2!4 times. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам нитрования бензола и может быть использовано для получения нитробензола, который является сырьем для синтеза анилина, бензадина, хинолина, азобензола. Нитробензол имеет также самостоятельное применение. The invention relates to methods for nitration of benzene and can be used to produce nitrobenzene, which is a raw material for the synthesis of aniline, benzadine, quinoline, azobenzene. Nitrobenzene also has independent use.

В промышленности нитрование бензола осуществляется нитрирующей смесью (356% HNO3, 50% H2SO4, 15% H2O) в каскаде емкостных реакторов при температуре 60-70oC [1] Молярное отношение HNO3 к бензолу равно 0,95-0,98.In industry, the nitration of benzene is carried out by a nitrating mixture (356% HNO 3 , 50% H 2 SO 4 , 15% H 2 O) in a cascade of capacitive reactors at a temperature of 60-70 o C [1] The molar ratio of HNO 3 to benzene is 0.95 -0.98.

Основной недостаток этого способа наличие больших количеств (0,0-1,0 т на 1 т нитробензола) трудно утилизируемой отработанной серной кислоты. Кроме того, получаемый нитробензол содержит примеси динитробензола и нитрофенола. The main disadvantage of this method is the presence of large quantities (0.0-1.0 tons per 1 ton of nitrobenzene) of difficultly utilized spent sulfuric acid. In addition, the resulting nitrobenzene contains impurities of dinitrobenzene and nitrophenol.

В ряде статей и патентов описаны модификации приведенного способа: адиабатическое [2] и азеотропное [3] нитрование. Сущность первой модификации в ускорении реакции за счет повышения температуры по ходу потока реагентов через реакторы до 140oC. Сущность второй модификации в непрерывном удалении воды из реакционной среды в виде азеотропа с избыточным бензолом, в результате чего появляется возможность возвращать на нитрование серную кислоту без обработки. Обладая некоторыми достоинствами, описанные варианты гомогенного нитрования не устраняют из процесса серную кислоту и требуют повышенной температуры.In a number of articles and patents, modifications of the above method are described: adiabatic [2] and azeotropic [3] nitration. The essence of the first modification is to accelerate the reaction by increasing the temperature along the flow of reagents through the reactors to 140 o C. The essence of the second modification is the continuous removal of water from the reaction medium in the form of an azeotrope with excess benzene, as a result of which it is possible to return sulfuric acid to nitration without treatment . Possessing some advantages, the described variants of homogeneous nitration do not eliminate sulfuric acid from the process and require an elevated temperature.

В ряде патентов и статей предложены гетерогенно-каталитические способы нитрования ароматических соединений, включая бензол. Подавляющее большинство этих способов имеет какой-либо существенный недостаток: либо дорого и труднодоступен катализатор [4] либо сложны условия реакции (температура до 300oC [5] ), либо низкая эффективность процесса [6] В некоторых случаях необходимо использование активирующих добавок-серной кислоты, уксусного ангидрида [7]). Наиболее перспективным представляется использование в качестве твердых катализаторов синтетических цеолитов. Наиболее часто предлагаемый при этом режим нитрования бензола газофазный (170oC). Нитрурующий агент 65-70% -ная азотная кислота при избытке бензола. Необходимо применение газа-носителя [8]
Основной недостаток такого варианта использования цеолита его быстрая дезактивация. Кроме того, повышенная температура содействует протеканию побочных реакций и осложняет аппаратурное оформление процесса.
A number of patents and articles suggest heterogeneous-catalytic methods for nitration of aromatic compounds, including benzene. The vast majority of these methods have any significant drawback: either the catalyst is expensive and difficult to reach [4], the reaction conditions are difficult (temperature up to 300 o C [5]), or the process efficiency is low [6] In some cases, it is necessary to use activating sulfuric additives acid, acetic anhydride [7]). The most promising is the use of synthetic zeolites as solid catalysts. The most frequently proposed gas-nitration regimen is gas-phase (170 o C). Nitrating agent 65-70% nitric acid with an excess of benzene. Carrier gas required [8]
The main disadvantage of this use of zeolite is its quick deactivation. In addition, elevated temperature contributes to the occurrence of adverse reactions and complicates the hardware design of the process.

Наиболее близкий к предлагаемому способу процесс нитрования бензола описан в патенте [9] Реакцию осуществляли в стеклянном сосуде в присутствии цеолита ZSM-5 (0,8 г на 1 т бензола). В сосуд вводили 5 г бензола и 12,5 г 61%-ной азотной кислоты. Молярное отношение HNO3 к бензолу равно 1,89. Смесь перемешивали 2 ч при 75oC. Выход нитробензола, не содержащего динитропроизводных, составлял 34% Производительность катализатора 335 кг на 1 т цеолита в 1ч.The closest to the proposed method the process of nitration of benzene is described in the patent [9]. The reaction was carried out in a glass vessel in the presence of zeolite ZSM-5 (0.8 g per 1 ton of benzene). 5 g of benzene and 12.5 g of 61% nitric acid were introduced into the vessel. The molar ratio of HNO 3 to benzene is 1.89. The mixture was stirred for 2 hours at 75 ° C. The yield of nitrobenzene free of dinitro derivatives was 34%. The catalyst productivity was 335 kg per 1 ton of zeolite in 1 hour.

Недостатками описанного способа являются невысокие скорость реакции и выход нитробензола и, как следствие, невысокая производительность катализатора и эффективность процесса, что усугубляется его периодическим режимом работы. Отсутствуют данные о возможности повторного использования катализатора и отработанной азотной кислоты, данные по обработке продукта нитрования, по содержанию в нем иных, кроме динитробензола, побочных продуктов, в частности нитрофенола. The disadvantages of the described method are the low reaction rate and yield of nitrobenzene and, as a result, the low productivity of the catalyst and the efficiency of the process, which is aggravated by its periodic mode of operation. There is no data on the possibility of reuse of the catalyst and spent nitric acid, data on the processing of the nitration product, on the content in it of other, except dinitrobenzene, by-products, in particular nitrophenol.

Цель изобретения ускорение реакции нитрования, повышение производительности катализатора, интенсификация работы реактора и процесса в целом. Второй целью является создание непрерывного процесса с замкнутым циклом по бензолу и азотной кислоте. The purpose of the invention is the acceleration of the nitration reaction, increasing the productivity of the catalyst, the intensification of the reactor and the process as a whole. The second goal is to create a continuous process with a closed cycle on benzene and nitric acid.

Поставленные задачи достигаются непрерывным покачиванием реагентов через слой цеолита типа ZSM-5 или типа ZSM-11 определенного состава и(или) слой стеклянной насадки, засыпаемых в реактор, в сочетании с повышенной против прототипа концентрацией азотной кислоты, переводом процесса нитрования в непрерывный режим с уменьшением продолжительности контакта реагентов в катализаторе, многократным использованием катализатора после регенерации, возвратом на нитрование непрореагировавшего бензола и отработанной азотной кислоты. The tasks are achieved by continuously swaying the reagents through a layer of zeolite of type ZSM-5 or type ZSM-11 of a certain composition and (or) a layer of a glass nozzle, filled in the reactor, in combination with an increased concentration of nitric acid against the prototype, transferring the nitration process to a continuous mode with a decrease the duration of contact of the reagents in the catalyst, repeated use of the catalyst after regeneration, return to nitration of unreacted benzene and spent nitric acid.

Предлагается использовать цеолиты с размером каналов в пределах 5,1-5,6

Figure 00000001
, имеющие следующие химические формулы:
(0,02-0,03)Na2O•Al2O3•(27-150)SiO2 •(0,09-0,5)Fe2O3
Отличительной особенностью способа синтеза таких цеолитов является применение следующей последовательности стадий: получение цеолитного порошка из алюмокремнегеля, силикагеля, смеси силикагелей различного состава или метасиликата натрия в присутствии или отсутствии спиртов, в присутствии одного или нескольких изоморфнозамещающих элементов (алюминию, железо) при температуре не выше 175oC в течение не менее 4 ч; промывка синтезированного порошка до нейтральной pH; удаление органического соединения (спирта) с одновременным декатионированием (удалением части катионов Na) путем обработки раствором HNO3 с концентрацией не более 10% при температуре не выше 100oC в течение не более 4 ч; промывка цеолитного порошка дистиллированной водой; сушка цеолитного порошка при температуре не выше 110oC. В процессе кристаллизации цеолитов при введении в реакционную смесь, поступающую на гидротермальную обработку, соединений (источников) катионов железа происходит модификация алюмосиликатного каркаса цеолитов.It is proposed to use zeolites with channel sizes in the range of 5.1-5.6
Figure 00000001
having the following chemical formulas:
(0.02-0.03) Na 2 O • Al 2 O 3 • (27-150) SiO 2 • (0.09-0.5) Fe 2 O 3
A distinctive feature of the method for the synthesis of such zeolites is the application of the following sequence of stages: obtaining a zeolite powder from alumina-silica gel, silica gel, a mixture of silica gels of various compositions or sodium metasilicate in the presence or absence of alcohols, in the presence of one or more isomorphous substituting elements (aluminum, iron) at a temperature of no higher than 175 o C for at least 4 hours; washing the synthesized powder to a neutral pH; removal of the organic compound (alcohol) with simultaneous decationation (removal of part of the Na cations) by treatment with a solution of HNO 3 with a concentration of not more than 10% at a temperature not exceeding 100 o C for no more than 4 hours; washing the zeolite powder with distilled water; drying of the zeolite powder at a temperature of no higher than 110 o C. In the process of zeolite crystallization, when the iron cation compounds (sources) are introduced into the reaction mixture entering the hydrothermal treatment, the zeolite aluminosilicate framework is modified.

Предложенная последовательность стадий приготовления цеолитых катализаторов обеспечивает их активность в реакциях, идущих по кислотно-основному механизму, и описывается в примерах 1, 2. The proposed sequence of stages for the preparation of zeolite catalysts ensures their activity in reactions proceeding according to the acid-base mechanism, and is described in examples 1, 2.

Гранулированную стеклянную насадку получают измельчением и рассевом стекла. A granular glass nozzle is obtained by grinding and sieving glass.

Нитрование на указанных цеолитах осуществляют азотной кислотой концентрации 65-70% при температуре 70-90oC, молярном отношении азотной кислоты к бензолу 1,4-4,5. Производительность катализатора находится в пределах 400-1188 кг нитробензола на 1 т в 1 ч (392-864 кг на 1 м3 в 1 ч).Nitration on these zeolites is carried out with nitric acid at a concentration of 65-70% at a temperature of 70-90 o C, the molar ratio of nitric acid to benzene is 1.4-4.5. The productivity of the catalyst is in the range of 400-1188 kg of nitrobenzene per 1 ton per 1 hour (392-864 kg per 1 m 3 in 1 h).

Приведенные выше в обобщенной химической формуле цеолитов интервалы величин молей окислов, приходящихся на 1 моль Al2O3, обеспечивая рациональное сочетание активности катализаторов с их селективностью. Увеличение относительного содержания модифицирующих добавок (алюминия, железа) приводит к резкому ускорению побочных реакций, а уменьшение содержания модифицирующих добавок к снижению активности катализатора и ухудшению технологических показателей.The above ranges of moles of oxides per mole of Al 2 O 3 given in the generalized chemical formula of zeolites provide a rational combination of the activity of the catalysts with their selectivity. An increase in the relative content of modifying additives (aluminum, iron) leads to a sharp acceleration of adverse reactions, and a decrease in the content of modifying additives leads to a decrease in catalyst activity and a deterioration of technological parameters.

При использовании в качестве катализатора стеклянной гранулированной насадки снижаются технологические показатели, но упрощается технология. When using glass granular packing as a catalyst, technological parameters are reduced, but the technology is simplified.

Катализаторы алюмосиликаты регенерировали любым способом, например продувкой воздухом при температуре 500oC в течение 1,5 ч.The aluminosilicate catalysts were regenerated by any method, for example, by blowing air at a temperature of 500 o C for 1.5 hours

Уменьшение концентрации азотной кислоты до 65% снижает технологические результаты примерно на 20% Повышение концентрации HNO3 сверх 70% необратимо дезактивирует цеолит.A decrease in the concentration of nitric acid to 65% reduces the technological results by about 20%. An increase in the concentration of HNO 3 in excess of 70% irreversibly deactivates the zeolite.

Осуществление нитрования в приведенных температурном интервале концентраций HNO3 с дифференциацией в зависимости от вида катализатора и некоторых технологических параметров ведет к рациональному сочетанию интенсивности и селективности реакции.The implementation of nitration in the temperature range of concentrations of HNO 3 with differentiation depending on the type of catalyst and some technological parameters leads to a rational combination of intensity and selectivity of the reaction.

Величина избытка азотной кислоты может быть выбрана в зависимости от желаемого конечного результата: увеличение избытка повышает степень превращения бензола и выход нитробензола за один проход через реактор, но ухудшает чистоту продукта. The amount of excess nitric acid can be selected depending on the desired end result: an increase in excess increases the degree of conversion of benzene and the yield of nitrobenzene in one pass through the reactor, but impairs the purity of the product.

В принятых интервалах условий нитрования конкурентоспособность предлагаемого способа сохраняется. In the accepted ranges of nitration conditions, the competitiveness of the proposed method is maintained.

В качестве реактора использовали трубку из стекла или нержавеющей стали с внутренним диаметром 16 мм, высотой рабочей зоны 80 мм, имеющей решетку, на которую насыпали алюмосиликаты. Реагенты подводились к рабочей зоне по системе трубок. A tube made of glass or stainless steel with an inner diameter of 16 mm and a working zone height of 80 mm, with a grate on which aluminosilicates were poured, was used as a reactor. Reagents were brought to the working area through a system of tubes.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого способа являются:
1. Применение цеолитов типа ZSM-5 или ZSM-11 с молярным отношением SiO2/Al2O3, равным 27-150, модифицированных малыми количествами катионов железа, а также стеклянной гранулированной насадки.
Thus, the hallmarks of the proposed method are:
1. The use of zeolites of the type ZSM-5 or ZSM-11 with a molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 equal to 27-150, modified with small amounts of iron cations, as well as glass granular packing.

2. Неоднократное повторное использование насадки реактора, катализирующей реакцию нитрования. 2. Repeated reuse of the nozzle of the reactor, catalyzing the nitration reaction.

3. Непрерывное проведение процесса нитрования, что обеспечивает снижение потерь, отходов, стабилизацию качества продукта, который не содержит динитробензола и нитрофенола. 3. The continuous process of nitration, which reduces losses, waste, stabilization of the quality of the product, which does not contain dinitrobenzene and nitrophenol.

Перечисленные отличительные признаки позволяют расширить круг катализаторов процесса нитрования бензола, в 2,5-5 раз ускорить реакцию нитрования, повысить в 1,1-2,4 раза выход нитробензола, в 1,2-3,5 раза увеличить производительность катализатора. Создается основа для эффективного непрерывного производства нитробензола. The above distinguishing features allow us to expand the range of catalysts for the benzene nitration process, accelerate the nitration reaction by 2.5–5 times, increase the yield of nitrobenzene 1.1–2.4 times, and increase the catalyst productivity by 1.2–3.5 times. The basis is created for the efficient continuous production of nitrobenzene.

Сущность способа иллюстрируется следующими примерами. The essence of the method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Реакционную смесь для синтеза цеолитного порошка готовят смешением в 158 мл воды тонкодисперсных 0,98 г затравки цеолита и 31,63 г порошка марки ШСК-Г, содержащего 91,6% SiO2 и 0,33% Al2O3, с последовательным добавлением при перемешивании следующих растворов: 3,65 мл 0,5 М алюмината натрия; 5,1 мл 0,28 М хлорида железа; 15,5 мл 0,2 М борной кислоты; 8,8 мл 11,7 М едкого натра и 12,3 мл бутилового спирта.Example 1. The reaction mixture for the synthesis of zeolite powder is prepared by mixing in 158 ml of water finely dispersed 0.98 g of seed of zeolite and 31.63 g of powder brand SHSK-G containing 91.6% SiO 2 and 0.33% Al 2 O 3 , with successive addition of the following solutions with stirring: 3.65 ml of 0.5 M sodium aluminate; 5.1 ml of 0.28 M iron chloride; 15.5 ml of 0.2 M boric acid; 8.8 ml of 11.7 M sodium hydroxide and 12.3 ml of butyl alcohol.

Смесь выдерживают при 170-175oC в течение 4 ч. Цеолитная масса, полученная при синтезе, отмывается водой на фильтре от избытка щелочи, затем к ней добавляют тройное количество 6%-ного раствора HNO3 (что соответствует отношению жидкости к твердому, равному 3), нагревают до 90oC и выдерживают при перемешивании 0,5 ч.The mixture was kept at 170-175 o C for 4 hours. The zeolite mass obtained by synthesis was washed with excess alkali from the filter water with water, then a triple amount of a 6% HNO 3 solution was added to it (which corresponds to a liquid to solid ratio of 3), heated to 90 o C and maintained with stirring for 0.5 hours

Затем массу отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до pH 4-5 и высушивают при температуре 110oC.Then the mass is filtered off, washed with distilled water to a pH of 4-5 and dried at a temperature of 110 o C.

Химическая формула конечного продукта:
0,02Na2O•Al2O3•150SiO2 •0,5Fe2O3
По структуре и составу цеолит соответствует типу ZSM-11.
The chemical formula of the final product:
0.02Na 2 O • Al 2 O 3 • 150SiO 2 • 0.5Fe 2 O 3
The structure and composition of the zeolite corresponds to the type ZSM-11.

Пример 2. Синтез цеолита проводят аналогично примеру 1, но в реакционную смесь добавляют 20,3 мл 0,5 М раствора алюмината натрия. Example 2. The synthesis of zeolite is carried out analogously to example 1, but 20.3 ml of a 0.5 M solution of sodium aluminate are added to the reaction mixture.

Химическая формула готового продукта:
0,3Na2O•Al2O3•27SiO2 •0,09Fe2O3
По структуре и составу цеолит соответствует типу ZSM-5.
The chemical formula of the finished product:
0.3Na 2 O • Al 2 O 3 • 27SiO 2 • 0.09Fe 2 O 3
The structure and composition of the zeolite corresponds to the type ZSM-5.

Пример 3. Стеклянный реактор, имеющий опорную решетку для насадки, заполняют стеклянными гранулами размером 1-1,5 мм. Масса насадки в рабочей зоне 15,21 г (11,6 мл). Насадку прогревают в течение 1,5 ч при 135oC с продувкой 17л/ч воздуха. Охлаждают реактор до 80 oC.Example 3. A glass reactor having a support grid for a nozzle is filled with glass granules 1-1.5 mm in size. The mass of the nozzle in the working area of 15.21 g (11.6 ml). The nozzle is heated for 1.5 hours at 135 o C with a purge of 17 l / h of air. Cool the reactor to 80 o C.

Непрерывно прокачивают через реактор в течение 12 ч при средней температуре насадки 81-83oC бензол (скорость 5,9 мл/ч) и 68,6%-ную азотную кислоту (скорость 19,6 мл/ч). Молярное отношение HNO3: бензол 4,5. Продукты нитрования собирают в приемнике отделяют органический слой от водного. Из водного слоя экстрагируют органические вещества метилхлоридом, экстракт объединяют с органическим слоем, смесь промывают водой, высушивают сульфатом натрия, фильтруют, упаривают растворитель. Получают 79,22 г продуктов нитрования, содержащих 92,2 нитробензола, 7,2 бензола, 0,15% нитрофенола, 0,4% неидентифицированных примесей. Динитробензол отсутствует. Из полученной смеси промывкой 2,5%-ным раствором NaOH может быть удален нитрофенол. Из оставшейся смеси отгонкой в вакууме (остаточное давление 60-70 мм рт.ст.) при 40oC удаляют бензол, который возвращают на нитрованние. Отработанную азотную кислоту (концентрация 59,4%) после укрепления также возвращают на нитрование. Выход нитробензола за один проход через реактор 72% Производительность насадки реактора по нитробензолу в 1ч на 1 т и на 1 м3 соответственно 400 кг и 525 кг.Continuously pumped through the reactor for 12 hours at an average nozzle temperature of 81-83 o C benzene (speed of 5.9 ml / h) and 68.6% nitric acid (speed of 19.6 ml / h). The molar ratio of HNO 3 : benzene is 4.5. The nitration products are collected in a receiver, the organic layer is separated from the aqueous layer. Organic substances were extracted from the aqueous layer with methyl chloride, the extract was combined with the organic layer, the mixture was washed with water, dried with sodium sulfate, filtered, and the solvent was evaporated. Obtain 79.22 g of nitration products containing 92.2 nitrobenzene, 7.2 benzene, 0.15% nitrophenol, 0.4% unidentified impurities. Dinitrobenzene is absent. Nitrophenol can be removed from the resulting mixture by washing with a 2.5% NaOH solution. From the remaining mixture, vacuum distillation (residual pressure 60-70 mm Hg) at 40 ° C. remove benzene, which is returned to nitration. Spent nitric acid (concentration of 59.4%) after strengthening is also returned to nitration. The output of nitrobenzene in one pass through the reactor is 72%. The productivity of the nozzle of the reactor for nitrobenzene is 1 hour per 1 ton and 1 m 3, respectively 400 kg and 525 kg.

Пример 4. Рабочую зону стеклянного реактора заполняют (снизу вверх) стеклянной насадкой (цилиндры диаметром 1-1,5 мм, длиной 3-6 мм; гранулы размером 1-1,5 мм и цеолитом типа ZSM-11, полученном в условиях примера 1. Масса и объем стеклянных частиц 5,4 г, 4,5 мл. Масса и объем цеолита 5,58 г, 8,1 мл. Реактор нагревают печью до 500oC и продувают воздухом (20л/ч) при 500-525oC в течение 1,5 ч. Охлаждают реактор до 80oC в течение 4,7 ч ведут нитрование при средней температуре 76oC. Прокачивая через реактор бензол (5,9 мл/ч) и 69,5%-ную азотную кислоту (18,1 мл/ч). Молярное отношение HNO3: бензол 4,2. После обработки, описанной в примере 3, получают 30,68 г смеси, содержащей 94,8% нитробензола, 4,8% бензола, 0,4% нитрофенола. Динитробензол отсутствует. Выход нитробензола за один проход через реактор 75% Производительность насадки реактора по нитробензолу в 1ч на 1 т 560 кг, на 1 м3 488 кг.Example 4. The working zone of the glass reactor is filled (bottom to top) with a glass nozzle (cylinders 1-1.5 mm in diameter, 3-6 mm long; granules 1-1.5 mm in size and ZSM-11 type zeolite obtained under the conditions of Example 1 The mass and volume of glass particles is 5.4 g, 4.5 ml, The mass and volume of zeolite is 5.58 g, 8.1 ml, The reactor is heated by an oven to 500 o C and purged with air (20 l / h) at 500-525 o C for 1.5 hours. Cool the reactor to 80 ° C. for 4.7 hours. Nitrate at an average temperature of 76 ° C. Pumping benzene (5.9 ml / h) and 69.5% nitric acid through the reactor (18.1 ml / h). Molar ratio of HNO 3 : be nzol 4.2 After the treatment described in example 3, 30.68 g of a mixture containing 94.8% nitrobenzene, 4.8% benzene, 0.4% nitrophenol are obtained, dinitrobenzene is absent, nitrobenzene is released in one pass through the reactor 75 % Productivity of the reactor nozzle for nitrobenzene in 1 hour per 1 ton 560 kg, per 1 m 3 488 kg.

Пример 5. На решетку стеклянного реактора насыпают 5,57 г (4,5мл) стеклянной насадки использовавшейся в примере 4 и поверх нее 4,56 г (8,5 мл) цеолита типа ZSM-5, полученного в условиях примера 2 и прошедшего три цикла нитрования и регенерации. Прокаливают и охлаждают реактор, как описано в примере 4, и проводят непрерывно в течение 21,9 ч нитрование при средней температуре 81-84oC, прокачивая через реактор бензол (12 мл/ч) и 70%-ную азотную кислоту (12мл/ч). Молярное отношение HNO3:бензол 1,4. Смесь, собранную в приемнике на выходе из реактора, разделяют на органическую и водную фазы.Example 5. 5.57 g (4.5 ml) of the glass nozzle used in Example 4 is poured onto the glass reactor grate and on top of it 4.56 g (8.5 ml) of ZSM-5 type zeolite obtained under the conditions of Example 2 and having passed three nitration and regeneration cycle. The reactor is calcined and cooled, as described in example 4, and nitration is carried out continuously for 21.9 hours at an average temperature of 81-84 o C, pumping benzene (12 ml / h) and 70% nitric acid (12 ml / h). The molar ratio of HNO 3 : benzene is 1.4. The mixture collected in the receiver at the outlet of the reactor is separated into organic and aqueous phases.

Органическую фазу промывают водой (0,39 г на 1 т органической фазы), 2,6% -ным раствором гидроксида натрия (0,17 г на 1 г органической фазы) и снова водой (0,33 на 1 г органической фазы). Высушивают смесь сульфатом натрия (0,024 г на 1 г органической фазы), деканируют жидкость. Получают 295,0 г смеси органических продуктов, содержащей 51,7% нитробензола, 48,2% бензола, 0,1% неидентифицированных примесей. Динитробензол и нитрофенол отсутствуют. От этой смеси при температуре 36oC и остаточном давлении 15 мм рт.ст. отгоняют бензол, который возвращают на нитрование.The organic phase is washed with water (0.39 g per 1 ton of the organic phase), 2.6% sodium hydroxide solution (0.17 g per 1 g of the organic phase) and again with water (0.33 per 1 g of the organic phase). Dry the mixture with sodium sulfate (0.024 g per 1 g of the organic phase), decanter the liquid. Obtain 295.0 g of a mixture of organic products containing 51.7% nitrobenzene, 48.2% benzene, 0.1% unidentified impurities. Dinitrobenzene and nitrophenol are absent. From this mixture at a temperature of 36 o C and a residual pressure of 15 mm RT.article benzene is distilled off, which is returned to nitration.

Водную фазу промывают бензолом (0,36 г на 1 г водной фазы). Экстракт, содержащий извлеченные из отработанной азотной кислоты органического вещества, используют в дальнейшем в качестве исходного продукта для нитрования. Промытую отработанную азотную кислоту (концентрация 57%) укрепляют дымящейся кислотой до 65% и в дальнейшем используют в качестве нитрирующего агента. The aqueous phase is washed with benzene (0.36 g per 1 g of the aqueous phase). An extract containing organic matter recovered from spent nitric acid is subsequently used as a starting material for nitration. The washed spent nitric acid (concentration 57%) is strengthened with smoking acid to 65% and is further used as a nitrating agent.

Выход нитробензола за один проход реагентов через реактор в первые 21,9 ч нитрования составил 41% Часовая производительность насадки реактора по нитробензолу составила в этот период 688 кг на 1 т и 536 кг на 1 м3.The output of nitrobenzene in one pass of the reagents through the reactor in the first 21.9 hours of nitration was 41%. The hourly productivity of the reactor nozzle for nitrobenzene was 688 kg per 1 ton and 536 kg per 1 m 3 during this period.

Без какого-либо воздействия на насадку реактора продолжают при температуре 82oC процесс нитрования, уменьшив скорости подачи бензола и 70%-ной азотной кислоты до 8,5 мл/ч. После 10 ч нитрования и описанной выше обработки продуктов получают 94,4 г смеси нитробензола (67,9%) и бензола (32,1%). Выход нитробензола 54% Производительность насадки по нитробензолу в 1ч составила 633 кг га 1 т, 493 кг на 1 м3.Without any effect on the reactor nozzle, the nitration process is continued at a temperature of 82 ° C., reducing the feed rates of benzene and 70% nitric acid to 8.5 ml / h. After 10 hours of nitration and processing of the products described above, 94.4 g of a mixture of nitrobenzene (67.9%) and benzene (32.1%) are obtained. The yield of nitrobenzene 54%. The productivity of the nozzle for nitrobenzene in 1 h was 633 kg ha 1 t, 493 kg per 1 m 3 .

Продолжают нитрование при 80oC, подавая в реактор экстракт (см. выше) и отработанную укрепленную азотную кислоту, полученные на первом отрезке цикла нитрования. После 13,6 ч нитрования имеют 123,7 г смеси нитробензола (56%), бензола (43,9% ) и неидентифицированных примесей (0,1%). Выход нитробензола 43% С 1 т насадки получают в 1ч 504 кг нитробензола, 1 м3 392 кг.The nitration is continued at 80 ° C., feeding the extract (see above) and spent fortified nitric acid obtained in the first section of the nitration cycle to the reactor. After 13.6 hours of nitration, 123.7 g of a mixture of nitrobenzene (56%), benzene (43.9%) and unidentified impurities (0.1%) are present. The yield of nitrobenzene 43% With 1 t of nozzle receive in 1 h 504 kg of nitrobenzene, 1 m 3 392 kg

Пример 6. Рабочую зону стеклянного реактора заполняют (снизу вверх) стеклянной насадкой, использовавшейся в примере 3 (4,11 г, 3,2 мл), и свежим цеолитом типа ZSM-5, использовавшимся в примере 5 (4,98 г, 9,3 мл). Прокаливают реактор при 200-225oC в течение 1,5 ч с подачей 17 л/ч воздуха, затем охлаждают до 80oC.Example 6. The working area of a glass reactor is filled (bottom to top) with a glass nozzle used in example 3 (4.11 g, 3.2 ml) and fresh zeolite type ZSM-5 used in example 5 (4.98 g, 9 3 ml). The reactor is calcined at 200-225 o C for 1.5 hours with a flow of 17 l / h of air, then cooled to 80 o C.

Проводят нитрование при средней температуре насадки 84oC в течение 10,7 ч, подавая бензол со скоростью 13,8 мл/ч, а 69,3%-ную азотную кислоту со скоростью 18,0 мл/ч. Молярное отношение HNO3: бензол 1,8.Nitration is carried out at an average nozzle temperature of 84 ° C. for 10.7 hours, feeding benzene at a rate of 13.8 ml / h and 69.3% nitric acid at a rate of 18.0 ml / h. The molar ratio of HNO 3 : benzene is 1.8.

Обрабатывают продукт нитрования аналогично примеру 3 с получением 160,5 г смеси органических продуктов, содержащих 72,2% нитробензола, 27,7% бензола и 0,1% неидентифицированных примесей. Динитробензол и нитрофенол отсутствуют. The nitration product is treated analogously to example 3 to obtain 160.5 g of a mixture of organic products containing 72.2% nitrobenzene, 27.7% benzene and 0.1% unidentified impurities. Dinitrobenzene and nitrophenol are absent.

Выход нитробензола за один проход реагентов через реактор составил 54%
Часовая производительность насадки реактора по нитробензолу составила 1183 кг на 1 т и 864 кг на 1 м3 насадки.
The output of nitrobenzene in one pass of the reagents through the reactor was 54%
The hourly productivity of the reactor nozzle in nitrobenzene was 1183 kg per 1 ton and 864 kg per 1 m 3 of nozzle.

Пример 7. Проводят нитрование в реакторе из стали Х18Н10Т, содержащем в рабочей зоне 7,5 г (5,4 мл) стеклянной насадки и 4,21 г (8,0 мл) цеолита типа ZSM-5, использовавшегося в примере 5. Насадка прошла два цикла нитрования и регенерации. Прокачивают через реактор при температуре 85oC бензол и 68,6% -ную азотную кислоту в течение 10 ч. Оба реагента подают со скоростями 12 мл/ч, что соответствует молярному отношению HNO3:бензол 1,4.Example 7. Nitration is carried out in a reactor made of X18H10T steel, containing in the working zone 7.5 g (5.4 ml) of a glass nozzle and 4.21 g (8.0 ml) of the ZSM-5 type zeolite used in Example 5. Nozzle went through two cycles of nitration and regeneration. Benzene and 68.6% nitric acid are pumped through the reactor at a temperature of 85 ° C. for 10 hours. Both reagents are supplied at a rate of 12 ml / h, which corresponds to a molar ratio of HNO 3 : benzene 1.4.

Продукт реакции обрабатывают так же, как в примере 5, и получают 132,94 г смеси нитробензола (48,3%) с бензолом (51,7%). The reaction product is treated in the same manner as in Example 5, and 132.94 g of a mixture of nitrobenzene (48.3%) with benzene (51.7%) are obtained.

Выход нитробензола составил 39% Часовые производительности 1 т и 1 м3 насадки соответственно 548 и 479 кг.The yield of nitrobenzene was 39%. The hourly productivity of 1 ton and 1 m 3 of nozzle was 548 and 479 kg, respectively.

Уменьшают скорость прокачивания бензола до 8,5 мл/ч, в результате чего отношение NHO3:бензол возрастает до 1,9 и продолжают нитрование еще 9,2 ч.The benzene pumping rate is reduced to 8.5 ml / h, as a result of which the ratio of NHO 3 : benzene increases to 1.9 and nitration is continued for another 9.2 hours.

Органическая часть продукта нитрования, обработанного по примеру 5, представляет собой смесь нитробензола и бензола в соотношении 62,6:37,4. The organic part of the nitration product treated in Example 5 is a mixture of nitrobenzene and benzene in a ratio of 62.6: 37.4.

Выход нитробензола за один проход реагентов через реактор составил 50% съем нитробензола с 1 т и 1 м3 насадки 508 кг и 444 кг соответственно.The output of nitrobenzene in one pass of the reagents through the reactor amounted to 50% removal of nitrobenzene from 1 t and 1 m 3 of nozzle 508 kg and 444 kg, respectively.

В таблице приведены условия и результаты нитрования, достигнутые в прототипе и примерах 3-7 данного изобретения. The table below shows the conditions and results of nitration achieved in the prototype and examples 3-7 of this invention.

Таким образом, предлагаемый способ нитрования бензола по сравнению с известным способом позволяет в 2,5-5 раз ускорить реакцию нитрования; в 1,2-3,5 раза увеличить производительность катализатора; в 1,1-2,4 раза повысить выход нитробензола; разработать технологию нитрования бензола в непрерывном режиме с замкнутыми циклами по бензолу и азотной кислоте. Thus, the proposed method of nitration of benzene in comparison with the known method allows 2.5-5 times to accelerate the nitration reaction; to increase the productivity of the catalyst by 1.2-3.5 times; 1.1-2.4 times increase the yield of nitrobenzene; to develop a technology for nitration of benzene in a continuous mode with closed cycles on benzene and nitric acid.

Указанные преимущества в сочетании с расширением круга применяемых алюмосиликатов и возможностью их многократного использования открывают перспективу промышленной реализации нового процесса нитрования бензола. These advantages, combined with the expansion of the range of aluminosilicates used and the possibility of their repeated use, open up the prospect of industrial implementation of a new benzene nitration process.

Источники информации, принятые во внимание:
1. М. В.Горелик, Л.С.Эфрос. Основы химии и технологии ароматических соединений. М. Химия, 1992, с.140.
Sources of information taken into account:
1. M.V. Gorelik, L.S. Efros. Fundamentals of chemistry and technology of aromatic compounds. M. Chemistry, 1992, p. 140.

2. Патент США N 4.021.498. 2. US patent N 4.021.498.

3. Европейская патентная заявка N 395556. 3. European patent application N 395556.

4. PCT Int. Appl. WO 9000,087. 4. PCT Int. Appl. WO 9000,087.

5. Заявка Японии 249755. 5. Application of Japan 249755.

6. Патент США 3957889. 6. US patent 3957889.

7. Патент США 5030776. 7. US patent 5030776.

8. W. F. Holderich and van Bekkum. Stud. Surf. Sci. Catal. v.58(1991),p. 677. 8. W. F. Holderich and van Bekkum. Stud. Surf Sci. Catal. v. 58 (1991), p. 677.

9. Патент Японии 63-225339. 9. Japanese Patent 63-225339.

Claims (3)

1. Способ нитрования бензола водными растворами азотной кислоты в присутствии алюмосиликатов при нагревании, отличающийся тем, что его осуществляют непрерывно и в качестве алюмосиликатов используют стеклянную гранулированную насадку и (или) цеолиты ZSM-5 и ZSM-11, модифицированные окислами железа. 1. The method of nitration of benzene with aqueous solutions of nitric acid in the presence of aluminosilicates upon heating, characterized in that it is carried out continuously and glass granular packing and (or) zeolites ZSM-5 and ZSM-11 modified with iron oxides are used as aluminosilicates. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нитрование на алюмосиликатах осуществляют 65-70%-ной азотной кислотой при молярном отношении азотная кислота бензол, равном 1,4-4,5. 2. The method according to p. 1, characterized in that the nitration on aluminosilicates is carried out with 65-70% nitric acid with a molar ratio of nitric acid to benzene equal to 1.4-4.5. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что алюмосиликаты, загружаемые в реактор, используют многократно, а непрореагировавшие бензол и азотную кислоту возвращают на нитрование. 3. The method according to p. 1, characterized in that the aluminosilicates loaded into the reactor are used repeatedly, and unreacted benzene and nitric acid are returned to nitration.
RU94009094/04A 1994-03-16 1994-03-16 Method of nitration of benzene RU2087463C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94009094/04A RU2087463C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of nitration of benzene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94009094/04A RU2087463C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of nitration of benzene

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94009094A RU94009094A (en) 1995-10-27
RU2087463C1 true RU2087463C1 (en) 1997-08-20

Family

ID=20153586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94009094/04A RU2087463C1 (en) 1994-03-16 1994-03-16 Method of nitration of benzene

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2087463C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100522922C (en) * 2006-03-06 2009-08-05 北京夏一催化技术有限公司 Method of preparing nitrobenzene from benzene by nitric acid nitrating

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Горелик М.В., Эфрос Л.С. Основы химии и технологии ароматических соединений. - М.: Химия, 1992, с.140. 2. Патент США N 4021498, кл. C 07 C 79/10, 1977. 3. Патент США N 5030776, кл. C 07 C 205/11, 1991. 4. Holderich W.F. and van Bekkum. Stud. Suvf. Sci. Catal. 1991, v. 58, p.677. 5 Патент Японии N 63-225339, кл. C 07 C 205/06, 1988. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100522922C (en) * 2006-03-06 2009-08-05 北京夏一催化技术有限公司 Method of preparing nitrobenzene from benzene by nitric acid nitrating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2529489C2 (en) Method of carbonylation
RU2658820C2 (en) Carbonylation method
EP0001922B1 (en) Gas phase nitration of chlorobenzene
US7642383B2 (en) Process for preparing alkylamines by reacting olefins with ammonia
US4415744A (en) Vapor phase nitration of aromatic compounds
US5731449A (en) Triethylendiamine synthesis with base-treated zeolites as catalysts
JPS5869846A (en) Manufacture of methylamine
RU2087463C1 (en) Method of nitration of benzene
CA1190532A (en) Process for making catalytically active aluminosilicates and their uses
US2394515A (en) Manufacture of amines
CN1020039C (en) Synthesis of mercerized zeolite with high silicon content
JP3811205B2 (en) Production method of dimethylamine
US5780681A (en) Preparation of amines from olefins over oxides of group IVB or VIB or mixtures thereof on carriers
RU2095342C1 (en) Method of inhibition of zeolite catalysts
US5900508A (en) Preparation of amines from olefins over zeolites of the type PSH-3, MCM-22, SSZ-25 or mixtures thereof
JPH0311042A (en) Catalyst nitration method
CA1058634A (en) Process for producing pure racemic acid and mesotartaric acid
JPH02275842A (en) Production of ethylenediamines
US5773660A (en) Preparation of amines from olefins over hexagonal faujasites
JPH0263554A (en) Method for maintaining activity of zeolite catalyst
RU2079482C1 (en) Method for nitration of naphthalene
RU2786692C1 (en) Method for obtaining 3,5-xylenol
CA1231721A (en) Process for the isomerization of o-, m- and/or p- toluidine
US5886226A (en) Process for producing amines from olefins on zeolites of types SSZ-33, CIT-1 or mixtures thereof
JPS61112040A (en) Production of phenylacetaldehyde

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060317