Способ гидрирования органических соединений

 

Разработан способ каталитического гидрирования органических соединений, позволяющий осуществить процесс гидрирования в одной фазе. Способ состоит в том, что на катализатор, помещенный в реакторе гидрирования, подают раствор исходного продукта, который под давлением насыщен водородом. Соотношение реагирующих компонентов (исх. продукт и водород) предварительно рассчитывается, исходя из физико-химических свойств гидрируемого продукта. Способ позволяет проводить гидрирование широкого круга веществ, с конверсией до 99% и высокой селективностью. Процесс сравнительно прост в технологическом оформлении, экономичен. Приведена схема процесса. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к основному органическому и нефтехимическому синтезу, а именно каталитическому жидкофазному гидрированию органических соединений. Такому способу гидрирования могут быть подвергнуты ненасыщенные углеводороды, кислородсодержащие и азотистые соединения с целью получения насыщенных углеводородов, кетонов, карбоновых кислот, спиртов и аминов.

Известен способ проведения жидкофазных каталитических реакций [1] и в частности реакций каталитического гидрирования, проводимый в объеме жидкой фазы на поверхности катализатора, который поддерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком газа или пара, проходящим через жидкую фазу. Процесс проводят в реакторе, куда непрерывно подают исходный продукт в жидкой фазе и газообразный водород. Часть жидкой фазы, содержащую растворенные продукты и катализатор, непрерывно отводят из реактора и подвергают разделению. Целевой продукт выделяют, и непрореагировавшие компоненты и катализатор возвращают в реактор.

Известен способ жидкофазного каталитического гидрирования органических соединений на стационарно закрепленном катализаторе, который проводится под высоким давлением (до 30 МПа) и высоком соотношении водорода [2,3] Прототипом предлагаемого технического решения является способ каталитического гидрирования, при котором гидрируемый продукт подается в верхнюю часть реактора, откуда он стекает по катализатору противотоком восходящему газообразному водороду [4] При такой организации процесса во избежание локальных перегревов в реакторе необходима подача большого избытка газообразного водорода, его активная циркуляция и охлаждение с целью снятия тепла, выделяющегося в процессе взаимодействия.

Таким образом, известные способы осуществления процесса гидрирования решают проблему его проведения в системе жидкость газ. Предлагаемое изобретение решает задачу проведения гидрирования на стационарном катализаторе при взаимодействии реагентов, находящихся в одной фазе, причем эта фаза является жидкой.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема процесса.

Для осуществления такого процесса перед подачей реагентов в реактор 1 проводят предварительное насыщение жидкой фазы водородом. Эту стадию осуществляют в сатураторе 2, куда подают раствор исходного продукта в инертном к нему и к водороду растворителе. Выбор растворителя зависит от физико-химических свойств гидрируемых веществ. В качестве растворителя может быть использован и конечный продукт реакции.

Вид растворителя и его соотношение с исходным продуктом зависят от физико-химических свойств гидрируемого продукта, параметров процесса и возможностей стадии выделения, и в каждом случае подбираются индивидуально. Водород подается в сатуратор автоматически по заданному давлению.

Для того чтобы насытить водородом гидрируемый раствор, его подают в сатуратор под давлением 35 100 атм.

Величина давления подбирается таким образом, чтобы обеспечить растворение водорода, необходимого для проведения процесса. Возможно применение и более высокого давления, однако это экономически нецелесообразно.

Процесс проводится в реакторе гидрирования, который представляет собой цилиндрический аппарат, заполненный гетерогенным катализатором. Для проведения гидрирования в соответствии с предлагаемым техническим решением могут использоваться катализаторы, обычно применяемые в процессах гидрирования известными способами.

Предлагаемое изобретение осуществляется по следующей технологической схеме (см. чертеж).

В сатуратор 2 подают раствор исходного продукта в растворителе и под давлением водород. Давление поддерживается на уровне, обеспечивающем растворение количества водорода, необходимого по реакции.

Жидкофазная смесь, насыщенная водородом, поступает в нижнюю часть реактора и проходит через слой катализатора, по мере продвижения вверх превращаясь в конечный продукт. После выхода из реактора часть реакционной смеси выводится для извлечения целевого продукта, а другая часть рециклизуется.

Для обеспечения необходимого теплового режима процесса схема снабжена теплообменником 3.

Процесс обеспечивает проведение гидрирования с высокой конверсией (более 99%) и селективностью и применим для гидрирования широкого круга веществ.

Конкретные параметры температура и давление, а также катализатор - зависят от природы гидрируемых веществ и подбираются индивидуально.

Ниже приведены примеры проведения процесса гидрирования различных веществ. Процесс осуществляли на технологической установке, схема которой приведена на чертеже.

Пример 1. Гидрирование фурфурола в растворе фурфурилового спирта.

Фурфурол гидрируют в фурфуриловый спирт на катализаторе ГИПХ-126: 100% фурфурол и циркулируемый фурфуриловый спирт подают в сатуратор, туда же при постоянном давлении (35 100 атм) подается водород. Смесь насосом 5 перекачивается в нижнюю часть реактора 1, заполненного катализатором ГИПХ-126, при контактной нагрузке 0,25 0,8 ч^-1. Давление в реакторе поддерживается в пределах 35 100 атм.

Получаемую смесь отбирают из сборника 6 и анализируют на содержание целевого продукта. Примеры конкретного проведения процесса и результаты приведены в таблице, раздел 1.

Пример 2. Гидрирование паранитрозофенола.

Гидрирование 70%-ного раствора паранитрозофенола в этаноле проводили на той же технологической установке, но с использованием в качестве катализатора гидрирования палладия, нанесенного на уголь. Температура процесса 60 - 90^oC, контактная нагрузка 0,2 0,75 ч^-1. Конкретные данные приведены в таблице, раздел 2.

Пример 3. Гидрирование нитронитрата олефинов C₁₂ C₁₄ в аминоспирты.

30% -ный раствор нитронитратов олефинов C₁₂ C₁₄ в метаноле, насыщенный водородом, подают на гидрирование в реактор, заполненный сплавным никель-алюминиевым катализатором.

Температура определяется свойствами смеси нитронитрат/аминоспирт и поддерживается на уровне 60 120^oC. Контактная нагрузка 0,15 0,6. Результаты проведения показаны в таблице, раздел 3.

Пример 4. Гидрирование ортохлорнитроанилина в парахлорфенилендиамин.

Процесс проводят аналогично примеру 1.

Катализатор платина, нанесенная на активированный уголь. Процесс проводят при температуре 60 100^oC и давлении 35 100 атм. На гидрирование подают 20%-ный раствор в этилацетате. Результаты представлены в таблице, раздел 4.

Пример 5. Гидрирование динитротриэтилбензола (ДНТЭБ) в диаминотриэтилбензол (ДАТЭБ).

Гидрирование ДНТЭБ проводилось на Ni, Cu-/Cr₂O₃ катализаторе (марки К131) при давлении 50 атм и температуре 90 150^oC. В реакторный узел подавался чистый ДНТЭБ.

Пример 6. Процесс проводили аналогично примеру 5. В реакторный узел подавался 33,6%-ный раствор ДНТЭБ в метаноле.

Формула изобретения

Способ каталитического гидрирования органических соединений водородом в органическом растворителе при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что гидрированию подвергают раствор исходного органического соединения, предварительно насыщенный водородом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3