CC BY
39Х
И
М
И
Ч
Е
С
К
И
Е
НАУКИ
С.Г. Низельник
ОБЗОР ПРОМЫШЛЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СЕЛЕКТИВНОГО ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ НИТРОБЕНЗОЛА В АНИЛИН
В статье рассмотрены различные катализаторы для проведения процесса гидрирования нитробензола с целью получения анилина, и проведен их сравнительный анализ.
Ключевые слова: анилин, нитробензол, гидрирование, гетерогенный катализ.
Анилин является ценным сырьем, применяемым в качестве промежуточного продукта в производстве красителей, фармацевтических препаратов, взрывчатых веществ, ускорителей вулканизации каучука, в текстильной промышленности при черно-анилиновом крашении, в производстве пластических масс, ок-таноповышающих добавок к бензинам.
В промышленности анилин синтезируют каталитическим восстановлением нитробензола водородом контактным методом в газовой фазе на различных катализаторах гидрирования, отличающихся по составу, свойствам и показателям эффективности.
В работе [1] описан катализатор, содержащий, мас.%: никель 8,5-13,5; медь 1,2-1,7; оксид олова (IV) 3,8-15, оксид алюминия - остальное. На данном катализаторе процесс проводят при температуре 260-430 С и атмосферном давлении. Основным недостатком этого катализатора, является потеря активности из-за осмоления каталитическими ядами, при достижении температуры свыше 300 °С. Также к недостаткам данного катализатора можно отнести короткий межрегенерационный период (200ч).
В работах [2,3] приводится результаты испытания катализаторов на основе никеля и меди с добавлением ванадия в процессе гидрирования нитробензола в анилин. Процесс на данных катализаторах проводится при температуре 300-400 °С, что благоприятно влияет на образование большого числа побочных продуктов, поэтому еще одним недостатком данного катализатора является относительно низкий показатель селективности: он не превышает 90%
Существуют катализаторы гидрирования нитробензола [4], на которых достигается относительно высокая конверсия сырья, порядка 98%, но при этом катализаторы имеют короткий межрегенерационный период работы, составляющий 200 часов, примером такого катализатора служит медьсодержащий катализатор следующего состава, мас.%: №0 1-3; CuO 1-3; 0-20э1-3; TiO284-93. Процесс проводят при температуре 240-300 °С, мольном соотношении водород : нитробензол 10:1.
© Низельник С.Г., 2021.
Научный руководитель: Небыков Денис Николаевич - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
Как было отмечено, катализаторы селективного гидрирования нитробензола имеют общие недостатки, а именно: низкая производительность, малый регенерационный период, осмоление катализаторов ввиду высоких температур, малый межрегенерационный период. Именно эти недостатки катализаторов, создали необходимость поиска катализатора, имеющего высоки показатели выхода, конверсии, селективности и возможность проведения процесса гидрирования нитробензола до анилина, при относительно низкой температуре. Первым катализатором, который отвечал бы вышеупомянутым требованиям, выступил катализатор НТК-4 [5], который позволил проводить процесс при температуре 155-240°С и атмосферном давлении, что в свою очередь благоприятно сказывалось на его сроке активности без регенерации. На данном катализаторе удалось достичь конверсию по нитробензолу близкой к 100%, выход анилина составил 99,2-99,8%. Но у данного катализатора были выявлены в процессе его эксплуатации неудовлетворительные прочностные характеристики. Также при проведении процесса гидрирования нитробензола на катализаторе НТК-4 наблюдается разогрев катализатора до 320 °С, ввиду значительного экзотермизма процесса, а используемые в промышленности аппараты не обеспечивают необходимого теплоотвода. Из-за того, что достигается высокая температура, катализатор НТК-4 начинает разрушаться, повышая гидравлическое сопротивление слоя, поэтому появляется необходимость постепенно повышать не только температуру, но и давление.
В работе [6] был модернизирован состав катализатора НТК-4. Было предложено ввести дополнительный компонент - соединения кремния в пересчете на оксид 0,5-5 мас.%. Данный катализатор (состава, мас.%: CuO 50-57; Cr2Oз 11-16; ZnO 9,5-13; SiO2 0,5-5,0; оксид алюминия - остальное.) позволяет проводить процесс гидрирования нитробензола при температуре 155-240 °С, достигая при исчерпывающей кон-версси и выход анилина до 99,8%. Главной отличительной чертой этого катализатора являются его высокая термостабильность, что позволяет ему выдерживать температуру до 500 °С без потери активности и уменьшения срока службы. Также катализатор отличается повышенной механической прочностью, относительно своих предшественников.
Библиографический список
1. Пат. СССР 2970710/23-04, Способ получения анилина / Гельбштейн А. И., Любарский Г. Д., Бабкова П. Б., Погорелов В. В., Сокольский В. А., Аветисов А.К., Вигдорович Ф. Л., Николаев Ю . Т., Дюмаев К. М., Веселова Н. П., Лукашова Л. В., Савостьянов Н. И., Гордеев К. Н.; заявк. 07.08.1980; опубл. 15.08.1982
2. Пат. СССР 732820/23-4, Способ получения анилина / Цацко И. М.; заявк. 27.07.1959; опубл. 29.01.1973
3. Пат. СССР 2053676/23-04, Катализатор для гидрирования нитробензола в анилин / Гельбштейн А. И., Любарский Г. Д., Бабкова П. Б., Погорелов В. В., Николаев Ю. Т.; заявк. 13.08.1974; опубл. 25.03,1978.
4. Пат. СССР 2086810/04, Способ получения анилина / Николаев Ю. Т., Григоров А. Ф., Шикунов Б. И., Лукашова Л. В., Веселова Н. П., Колесников А. С., Савостьянов Н. И., Гишплинг М. Я., Рудакова Р. Е., Гельбштейн А. И.; заявк. 25.12.1974; опубл. 23.04.1984.
5. Пат. РФ 98121555/04, Способ получения анилина / Якушкин М. И., Старовойтов М. К., Батрин Ю. Д., Головачев В. А., Качегин А. Ф., Фокин Н. С., Гайдин Л. И., Донцов В. Н., Водолажский С. В., Кудряшова Т. З., Свешникова А. М., Тихановский В. И., Калиновский А. И.; заявл. 04.12.98; опубл. 27.08.1999
6. Пат. РФ 2014112863/04, Медьхромцинковый катализатор для гетерогенных реакций / Елохина Н. В., Бобрина Т. Ф.; заявл. 02.04.2014; опубл. 10.07.2015
НИЗЕЛЬНИК СЕРГЕЙ ГЕННАДИЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
