邻硝基甲苯催化合成甲基苯胺工艺研究

陈君丽

摘 要： 目前国内的甲基苯胺生产大量采用铁粉还原法，但是该方法缺陷较大，国家已经命令禁止。对邻硝基甲苯催化合成甲基苯胺的工艺进行了研究，主要研究了利用邻硝基甲苯为原料合成甲基苯胺的工艺过程中催化剂的评估和选择、反应机理、反应过程的影响因素等工作进行研究，从而得到最佳的合成工艺。

关 键 词：邻硝基甲苯；催化；加氢；甲基苯胺

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1671-03

Research on Catalytic Synthesis of Methyl Aniline From o-Nitrotoluene

CHEN Jun-li

（Henan Chemical Industry Vocational College，Henan Zhengzhou 450042，China）

Abstract： At present domestic methyl aniline production widely uses iron powder reduction method， but the method has gross defects， and has been prohibited to use. In this paper， catalytic synthesis of methyl aniline from o-nitrotoluene was studied， including evaluation and choice of catalysts， research of reaction mechanism and influence factors. At last， the best synthesis process conditions were determined .

Key words： 0-nitrotoluene； Catalytic synthesis； Hydrogenation； Methyl aniline

1 甲基苯胺合成条件的选择

1.1 反应物的结构和性质

不同结构的有机物催化氢化的难易程度存在一定差异。容易靠近催化剂活性中心的化合物氢化反应相对较为容易。而空间位阻较大的化合物，则需要在一定的条件下才能实现氢化反应，不饱和烃、芳烃、醛、酮、腈、硝基化合物、苄基化合物、稠环化合物以及羧酸衍生物等有机化合物在进行催化氢化反应时，如果各种官能团单独存在时，其反应活性如下[1]：

芳香族硝基>三键>双键>羰基，脂肪族硝基>芳香核

因此，当反应物不同时，需要选择不同的反应条件来支持催化反应的有效进行。

1.2 原料纯度

在催化氢化时可以使用纯氢以及与惰性气体进行混合的氢作为氢源。许多大吨位的品种一半采用纯氢作为氢源。本文选择纯氢作为合成硝基甲苯的氢源，在加氢的过程中需要对有机物的浓度进行控制，比如硝基苯加氢，少量的噻吩会导致催化剂中毒，对此，最好采用由石油苯制得的硝基苯。另外硝化产物中的硝基酚对催化剂也存在一定的毒害作用。在Pd-C催化剂上进行二硝基甲苯液相加氢时，需要将硝基酚的含量控制在200×10-6以内。

1.3 催化剂的影响

对于一个具体的加氢反应来说，溶剂、反应温度以及氢气压力的选择都需要受到具体催化剂种类的影响。通常情况下，加氢反应的催化剂可以分为两组，其中一组包括部分贵金属催化剂以及各种活性的雷尼镍，这些催化剂通常采用较低的氢气压力以及较低的反应温度；而另一组催化剂的活性较差，通常需要较高的氢气压力和较高的反应温度来保证催化反应的进行。应该根据被还原的具体对象、设备条件以及资源、成本等方面合理选择催化剂，在催化剂选择的基础上，还需要对催化剂的浓度、用量、负荷等进行有效控制，从而保证催化反应的安全有效进行。

1.4 温度和压力

在加氢还原过程中，反应的速度通常与温度成正比，当温度越高时，反应越迅速；但是当温度超过一定范围之后，继续升温，反应速度可能不会出现明显的增加，有时甚至可能导致反应速度下降。另外，温度过高还可能会导致焦化、积碳。压力是强化传质的重要手段，提高加氢还原的压力相当于增加了氢的浓度，会使反应速度增加，比如在进行二硝基甲苯还原時，采用骨架镍作为反应催化剂，则要求压力在50 ～100 kg/cm2之间。通常压力的增加会导致选择性降低，因此反应压力的合理选择也是非常重要的。

2 甲基苯胺合成方案

2.1 甲基苯胺合成技术方案

邻甲苯胺还原单元操作主要有化学还原法、催化氢化法、电解还原法三种方法[2]。其中化学还原法是最早出现的方法，该方法通常在反应过程中通常会产生大量的污染物，必须对其进行处理，否则会对环境造成严重污染。针对该方法中的缺陷，相继开发出加氢还原和电解还原方法。其中电解还原方法属于无公害的清洁反应，但是受到能源、技术条件、设备等方面的限制，其发展速度不如催化加氢还原法，但是其仍然具有非常大的发展潜力。催化加氢还原新工艺与传统的化学还原方法相比，在产品质量和收率上提高明显，同时具有较高的社会环境效益。另外，经过研究，拟选用骨架镍和10%钯炭作为催化剂。

2.2 实验操作过程

（1）检漏

邻硝基甲苯加氢需要在高压条件下进行，其中氢属于无色、无臭、易燃易爆的危险气体。氢的闪点范围是所有可燃气体中最宽的，其爆炸极限为：空气中氢的含量4%以上和氢气中氧的含量4%以上；另外，氢能够在空气中快速扩散，而且很容易透过金属壁或者接合部位进行扩散；氢气的燃点较低，甚至在催化活性较差的物质表面也会发现闪火。氢气的燃点非常低，只需要0.019 mJ即可引爆。在实验过程中，氢气处于高压状态下，其爆炸范围会加宽，燃点降低，从而加大火灾爆炸的危险，为了避免氢气发生泄露对实验结果和实验安全产生影响，在实验开始之前需要对实验装置的各个连接部件处进行检漏，检漏试验的氢气压力为30 atm。

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（上接第1663页）

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