硝基苯生产工艺中影响硝基酚含量控制因素分析

徐涛 潘有江

摘要：针对硝基苯生产工艺中副产物硝基酚的生成影响因素，进行分析，探寻硝基苯生产中硝化反应的最优条件，从而达到控制硝化反应中副反应的发生，进而控制硝基酚含量。

关键词：硝化反应  硝基苯  硝基酚

1. 前言

硝基苯生产工艺中副产物硝基酚的生成增加原料单耗;酚类未脱除干净而带到后处理工序，影响中和系统正常运行，还会使成品的颜色变深;增加洗涤用水、用碱量;增加废水量，造成环境污染。硝基酚属于易燃易爆物质，性质不稳定，在硝化釜中产生的硝基酚进入精馏系统，经过精馏系统的浓缩含量会增高，高浓度的硝基酚在精馏系统中存留会增大安全生产风险。因此降低硝基酚的含量对装置的安全稳定运行具有重大意义。

2. 硝化反应原理及工艺流程简介

2.1 硝化反应原理

硝化：苯和混酸中的硝酸在浓硫酸的催化作用下发生硝化反应生成硝基苯。

主反应方程式：

主要副反应方程式：

2.2 工艺流程简介

硝酸、循环废酸、硫酸一起进入三酸混合器混合，经混酸冷却器冷却，进入1#硝化釜。同时酸苯进入1#硝化釜，与混酸发生反应，并依次溢流至2#硝化釜、3#硝化釜、4#硝化釜中继续反应。反应后的物料从4#硝化釜溢出并沿切线方向进入硝化分离器，经离心分离和重力沉降，进行连续分离。下层废酸经废酸冷却器冷却后进入循环废酸罐，上层酸性硝基苯溢流至中和釜。

3. 硝基酚含量控制因素

3.1反应温度

反应温度是硝化反应重要影响因素。反应温度越高，反应速率越快，硝化反应温度每升高10℃，反应速度增加0.8～1倍。反应温度过低，反应不完全，反应温度过高硝基酚等副产物增加，同时还将造成硝酸大量分解。

以硝基酚含量小于950 mg/L为控制目标，在正常运行工况下调整各硝化釜温度控制范围如表3.1所示。硝化釜反应温度需先低后高，1#硝化釜硝酸浓度高，低温硝化可降低1#硝化釜转化率，从而降低硝基酚等副产物的生成，以及硝酸的分解，4#硝化釜反应物浓度低，采用高温硝化可提高硝化反应的转化率，降低消耗。因此各釜上述温度控制范围可满足降低硝基酚含量要求。

3.2脱水值

脱水值是指硝化反应结束时废酸中硫酸和水的计算重量之比，通常用符号D·V·S表示：

脱水值表示混酸的硝化能力。脱水值太大，反应快，但容易产生硝化副反应;脱水值太小，反应缓慢，甚至反应不完全。按照图3.1所示脱水值最大值不宜超过2.51，最小不易低于2.30，可有效控制硝基酚含量。

3.3其它影响因素

混酸中的硝酸浓度高，会增加硝基酚的生成，硝酸配料不足理论量，也会增加硝基酚的生成，因此混酸中硝酸的质量分数百分比一般控制在7.8～9.5%为宜;硝基酚的生成随硝酸过剩量的增加而降低，反应结束要求硝酸的质量分数百分比≤2.0%，一般控制在1.0%左右;因此，采用较低的温度进行硝化反应，并适量加入循环废酸或采用高水混酸，是减少硝基酚类生成的有效措施。

此外设备可靠、运行稳定，也有一定影响，尤其是存在漏点的情况下，影响巨大，因此要及时消除漏点其次搅拌也影响硝化反应的进行，硝化反应是非均相反应，反应主要在酸相和两相界面处进行，只有通过剧烈的搅拌，使有机相苯分散到酸相中才能完成硝化反应，同时避免了局部过热。一般情况下，转速越大，转化率越大，但转速超过一定值，转化率无明显变化，还可能发生乳化现象。

4.结论

通过分析，硝基苯生产工艺中为控制副反应发生，减少硝基酚含量，应采取如下措施：

4.1适宜的反应温度进行硝化反应，1#硝化釜温度控制范围是60.7℃～64.7℃;2#硝化釜温度控制范围是73.0℃～75.9℃;3#硝化釜温度控制范围是72.6℃～79.8℃;4#硝化釜温度控制范围是72.7℃～79.8℃;

4.2脱水值控制范围在2.30～2.51之间;

4.3适量加入循环废酸，降低反应温度，减少物料停留时間;

4.4控制好混酸中的硝酸浓度，硝酸配料量;

4.5保证设备稳定运行。

1.中国石油兰州石化公司化肥厂，730060，甘肃兰州 2.兰州石化职业技术学院，730060，甘肃兰州