环己烷气相硝化合成硝基环己烷工艺研究
目前工业中,芳香烃的硝化生产工艺已经广泛应用,而对脂肪烃和低碳(C≤8,下同)烷烃的硝化工艺研究甚少,特别是低碳烷烃的气相硝化工艺。而现在对脂肪烃大都是硝硫混酸液相硝化工艺,这种传统的液相硝化工艺存在着很多弊端,如对设备具有较强的腐蚀、原子经济利用不佳、对环境污染严重、工艺过程复杂等。因此探索低碳烃绿色硝化反应的新工艺将是未来有机物硝化反应研究的一个重要领域。 环己烷在化工工业生产中有着广泛的应用,可以作为化工原料应用于环己酮、环己醇、己二酸、硝基环己烷、己内酰胺等的生产。其中,环己烷的硝化反应可以合成硝基环己烷,而硝基环己烷可部分加氢还原成环己酮肟、环己酮肟再经重排则是制备己内酰胺的一条新的重要途径。 本文首先围绕环己烷气相硝化制备硝基环己烷技术研究的需要,建立了以氯代苯为内标物对环己烷气相硝化反应产物进行定量分析的分析方法,并对内标方法的准确性进行了检验。结果表明这种方法快捷、方便,具有较高的准确度。 其次,本文主要对常压条件下环己烷气相非催化硝化反应制备硝基环己烷的工艺进行了研究,分别考察了反应温度、停留时间、物料配比等因素对环己烷转化率和硝基环己烷选择性的影响,并对反应条件进行了优化。结果表明:温度在250℃左右、环己烷与NO2的摩尔比为1.5:1、停留时间为71.12 s的反应条件下,环己烷的转化率为12.91％,硝基环己烷的选择性可达94.50%。这种硝化方法为脂肪烃特别是低碳烷烃的气相硝化制备硝基烷烃提供了全新的思路和线索,为以后的工业应用奠定了良好的实验基础。 另外,本文还考察了环己烷气相催化硝化反应工艺。寻找、设计和制备了一系列的分子筛、过渡金属配合物、N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)以及NHPI和9,10-蒽醌(9,10-AQ)等催化剂。重点考察了反应温度、停留时间和物料配比对对环己烷气相催化硝化反应的影响规律。结果表明,在磷钨酸、NHPI、ZSM-5、硅铝磷酸分子筛、NHPI、NHPI和9,10-AQ等一系列催化剂的作用下,环己烷的转化率较空管反应有相对的提高,尤其以NHPI、NHPI和9,10-AQ混合使用为相对较好的催化剂。在环己烷过量情况下,以NHPI和9,10-AQ混合使用为催化剂时,在反应温度250℃、环己烷与NO2的摩尔比为1.5:1、停留时间为71.12 s的反应条件下,环己烷的转化率可达到16.56%,此时硝基环己烷的选择性为76.83%。 最后,本文在前人的研究基础上对环己烷气相催化硝化的反应机理做了初步的探讨,提出了可能的反应机理。
硝基环己烷;环己烷;气相硝化工艺;催化剂;参数优化
湘潭大学
硕士
化学工艺
王良芥
2010
中文
TQ231.14
62
2014-01-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）