CN111072502B - 一种固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，属于精细化工领域。操作方法为：将硝基苯类化合物和溶剂按质量比0.2‑0.3：1混合，反应温度100‑120℃，反应氢气压力1‑3Mpa，经固定床连续催化加氢得到苯胺类化合物。连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，平均摩尔收率97.5％。本发明方法中，采用固定床反应器加氢，不需要频繁地进行催化剂与物料的分离，使得生产效率大大提高，产品质量稳定，更适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备苯胺类化合物的方法，具体涉及一种使用负载型金属催化剂经固定床连续加氢合成苯胺类化合物的方法，属于精细化工合成领域。
背景技术
芳香胺是重要的有机合成中间体和原料，在医药、农药、合成树脂、橡胶助剂、表面活性剂、纺织助剂、螯合剂以及聚合物、阻燃剂、染料、有机发光材料等领域都有着广泛的应用，在现代有机化学工业发展中占据着十分重要的地位。
芳香胺一般通过含氮化合物的缩合或者芳硝基化合物的还原等方法来制备。由于缩合胺化反应复杂且大多收率不高，因此在精细化工生产中，常采用还原芳硝基化合物的方法来制备芳胺，该方法具有操作简便、原料易得且成本低等优点。
芳硝基化合物还原制备芳香胺的方法主要包括催化加氢还原法、CO还原法、金属还原法、硫化碱还原法、金属氢化物还原法、水合肼还原法、电化学还原法、生物法及光催化等方法。其中，采用CO还原法，催化剂易失活；金属还原法和硫化碱还原法污染较为严重；金属氢化物和水合肼成本较高；电化学还原法的推广及应用受到电解槽及电极材料限制；生物法及光催化还原法目前仅停留在实验室阶段；而催化加氢还原法因其工艺相对成熟、绿色环保、工业应用价值高等特点备受关注。
发明内容
本发明公开了一种制备苯胺类化合物的方法，采用负载型金属催化剂经固定床连续加氢合成苯胺类化合物，
本发明所述一种固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，采用如下技术方案，包括如下步骤：将硝基苯类化合物和溶剂混合经固定床连续催化加氢得到苯胺类化合物；其中催化剂装填在反应器中部恒温段，反应温度100-120℃，反应氢气压力1-3Mpa；氢气流速3000-6000mL/hr，原料质量空速小于1.0Kg/hr。
反应方程式表示为：
其中，式A、B中，式中R表示连接在苯环上一个取代基，取代基选自氢原子、卤素原子、C1-C10烷基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(＝O)OR’、-NHC(＝O)R’和-C(＝O)R’中的任意一种，所述R’为H、C1-C6烷基、苯基或苄基。
进一步地，在上述技术方案中，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种。
进一步地，在上述技术方案中，催化加氢反应设备为三段控温炉不锈钢固定床反应器，内径20mm，长40cm；高压恒流泵；气体质量流量计，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂。
进一步地，在上述技术方案中，所述催化剂为负载型多相催化剂，其中催化剂包括载体、活性金属组分和助剂金属，按最终催化剂重量计，活性金属组分的质量分数为15-25％，助剂金属组分的质量分数总和为0-10％，其余为载体。其中活性金属组分的质量分数优选为20％。
进一步地，在上述技术方案中，所述载体为粗孔微球硅胶20-40目。
进一步地，在上述技术方案中，所述载体为氧化硅，活性金属组分为镍，助剂金属为铁和锌。
进一步地，在上述技术方案中，所述催化剂制备方法包括如下步骤，按照催化剂活性组分与助剂的组成比例，将含有活性组分的金属盐以及含有助剂组分的金属盐分别配置成水溶液，并称取氧化硅，将其混合后，在室温下浸渍，蒸干，然后在100-110℃干燥，最后将其置于管式炉中，在400-450℃还原，气体流速为20mL/min。
进一步地，在上述技术方案中，所述含有活性组分金属盐为Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O或Zn(NO3)2·6H2O；
进一步地，在上述技术方案中，含有助剂组分金属盐水溶液浓度为Ni(NO3)2·6H2O溶液浓度为0.01mol/L，Fe(NO3)3·9H2O/Zn(NO3)2·6H2O溶液浓度为0.03mol/L。
本发明典型操作如下：硝基苯类化合物和溶剂按质量比0.2-0.3：1，将硝基苯类化合物和溶剂混合，经固定床催化加氢，氢化设备包括三段控温炉不锈钢固定床反应器(内径20mm，长40cm)、高压恒流泵和气体质量流量计。将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂，通氢气6000mL/hr，原料质量空速小于1.0Kg/hr，反应温度100-120℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，苯胺类化合物的平均摩尔收率97.5％。
发明有益效果
本发明的合成方法是一种通用方法，适用于合成苯胺及其衍生物，对芳环上的多种官能团具有较高的忍耐度。相应地，苯胺类化合物中的取代基的个数和种类也无特别限制。
本发明的特点为绿色环保，成本低廉，操作简单，催化剂寿命长，产能大，产物收率高。
具体实施例
实施例1
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、51mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.6g氧化硅，混合均匀，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为1wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒40目。
将对硝基三氟甲氧基苯和无水乙醇按照0.3：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂，通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.9kg/hr，反应温度100℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得到对氨基三氟甲氧基苯摩尔收率98.5％。
实施例2
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、152.9mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.4g氧化硅，混合均匀，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为3wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒30目。
将N,N-二(1,3-二羟基丙基)-5-硝基异酞酰胺和无水甲醇按照0.2：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂，通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.8kg/hr，反应温度100℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得N,N-二(1,3-二羟基丙基)-5-氨基异酞酰胺摩尔收率97.0％。
实施例3
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、152.9mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.4g氧化硅，混合均匀后，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为3wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒20目。
将对氯硝基苯和无水甲醇按照0.3：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂，通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.6kg/hr，反应温度110℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得对氯苯胺摩尔收率98％。
实施例4
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、305.8mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.0g氧化硅，混合均匀，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为6wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒20目。
将对硝基苯甲酸乙酯和无水甲醇按照0.3：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂,通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.7kg/hr，反应温度115℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得对胺基苯甲酸乙酯摩尔收率97.5％。
实施例5
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、305.8mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.0g氧化硅，混合均匀，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为6wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒20目。
将4-硝基苄氧基苯和无水甲醇按照0.3：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂,通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.6kg/hr，反应温度120℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得4-胺基苄氧基苯摩尔收率97.9％。
实施例6
称取3407mLNi(NO3)2·6H2O水溶液(0.01mol/L)和179.2mL Fe(NO3)3·9H2O水溶液(0.03mol/L)、305.8mLZn(NO3)2·6H2O水溶液(0.03mol/L)和7.0g氧化硅，混合均匀，在室温下浸渍12h后蒸干。然后在110℃下干燥12h，最后将其置于管式炉中，在450℃下还原5h，气体流速为20mL/min，得到10g负载量镍为20wt％、铁为3wt％、锌为6wt％的氧化硅负载金属镍-铁-锌催化剂，其中氧化硅颗粒20目。
将4-硝基苯基苯胺和无水甲醇按照0.3：1的质量比混合后，通过固定床连续加氢，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂,通氢气6000mL/hr，原料质量空速0.6kg/hr，反应温度118℃，反应氢气压力1-3Mpa，连续运转200h，催化剂没有出现明显失活，得4-胺基苯基苯胺摩尔收率97％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，其特征在于包括如下步骤：将硝基苯类化合物和溶剂混合经固定床连续催化加氢得到苯胺类化合物；其中催化剂装填在反应器中部恒温段，反应温度100-120℃，反应氢气压力1-3Mpa；氢气流速3000-6000mL/hr，原料质量空速小于1.0Kg/hr；硝基苯类化合物为4-氯硝基苯、4-苄氧基硝基苯或4-乙氧羰基硝基苯；所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种；所述催化剂为负载型多相催化剂，其中催化剂包括载体氧化硅、活性金属组分镍和助剂金属铁和锌，按最终催化剂重量计，活性金属组分镍为20wt%，助剂金属铁为3wt%，当硝基苯类化合物为4-氯硝基苯时，助剂金属锌为3wt%，当硝基苯类化合物为4-苄氧基硝基苯或4-乙氧羰基硝基苯时，助剂金属锌为6wt%，其余为载体。
2.根据权利要求1所述固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，其特征在于：催化加氢反应设备为三段控温炉不锈钢固定床反应器，内径20mm，长40cm；高压恒流泵；气体质量流量计，将10g催化剂装填在反应器中部恒温段，在催化剂上下段装填石英砂。
3.根据权利要求1所述固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，其特征在于：所述载体为粗孔微球硅胶20-40目。
4.根据权利要求1所述固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，其特征在于：所述催化剂制备方法包括如下步骤，按照催化剂活性组分与助剂的组成比例，将含有活性组分的金属盐以及含有助剂组分的金属盐分别配制成水溶液，并称取氧化硅，将其混合后，在室温下浸渍，蒸干，然后在100-110℃干燥，最后将其置于管式炉中，在400-450℃还原，气体流速为20mL/min。
5.根据权利要求4所述固定床连续加氢制备苯胺类化合物的方法，其特征在于：所述含有活性组分金属盐水溶液为Ni(NO3)2·6H2O，浓度为0.01mol/L；含有助剂组分金属盐水溶液为Fe(NO3)3·9H2O和Zn(NO3)2·6H2O，浓度均为0.03mol/L。
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